第三节冶金化学

胆铜法的推广

用胆水炼铜是我国古代冶金和化学史上的一项重要发明创造。这种工艺是利用金属铁将胆矾溶液的铜离子置换出来，还原为金属铜，再熔炼成锭。对这一化学现象的认识，远在西汉初年《淮南万毕术》中已有记载。《神农本草经》、《抱朴子·内篇》、《神农本草经集注》等书中也都有所记载。到了唐代，这一反应被方士用来作为点金术的技艺。唐明皇时，刘知古上《日月玄枢论》说：“或以诸青、诸矾、诸绿、诸灰结水银以为红银。”红银实际上是炼丹家炼得的纯铜。唐代炼丹家金陵子在《龙虎还丹诀》中也有多条以铁釜熬胆水炼制“红银”的要诀。

胆水炼铜成为一项生产工艺，大约始于唐代末年或五代初期，当时把这种铜称作“铁铜”。五代轩辕述在《宝藏畅微论》中指出：“铁铜，以苦水浸至生赤煤，熬炼成而坚黑。”①到了北宋年间，由于铸钱需要大量的铜，水法炼铜有了较大的规模。重要的胆铜产地有信州铅山、饶州德兴和韶州岑水等。沈括《梦溪笔谈》中关于信州铅山的胆水情况，有一段著名的记载：“信州铅山县有苦泉，流以为涧，挹其水熬之，则成胆矾。烹胆矾则成铜，熬胆矾釜久之亦化为铜。”

关于胆水炼铜的方法，《宋会要辑稿·食货》有详细记载：“浸铜之法，先取生铁打成薄片，目为锅铁，入胆水槽，排次如鱼鳞，浸渍数日，铁片为胆水所薄，上生赤煤，取出刮洗铁煤，入炉烹铁，凡三炼方成铜，其未化铜，却添新铁片，再下槽排浸。”胆矾炼铜，除了浸铜法外，还有淋铜法，即以水淋浸含胆矾的土，然后以胆水浸铁。这两种方法各有优劣，崇宁时游经曾作了比较：“胆水浸铜，工少利多，其水有限；胆土煎铜，工多利少，其土无穷。……胆水浸铜斤以钱五十为本；胆土煎铜以钱八十为本，比之矿铜，其利已厚。”①南宋建立后，胆铜生产仍有很大规模，如乾道元年（1165）胆铜产量为21万余斤。南宋后期，由于胆水资源有限且质量欠佳，胆铜生产便趋于没落了。但胆铜法作为一项重大的科学发明和技术成就，并且是后世水法冶金的先声，应该给予高度评价。

黄铜的冶炼

铜锌合金色泽金黄，现在称为锌黄铜。在宋代以前，曾叫做“鍮石”、“鍮铜”，因颜色似金，中国古代炼丹家也称它为“鍮石金”。②关于这种合金用品最可靠的记载，出自梁代宗懔的《荆楚岁时记》：“七月七日，是夕人家妇女结采缕穿七孔针，或以金、银、鍮石为针，陈瓜果于庭中以乞巧。”隋初苏元明所撰《宝藏论》中列举的药金也有鍮石金。到了唐代，鍮铜已较普遍，曾作为冠服等级的标志，其价值在铜、银之间。

我国古代炼制这种合金，最初是用炉甘石（即菱锌矿，主要成分为ZnCO3）点化。这种技艺与炼丹术有密切关系。这个炼制方法的最早记载，见于孟要

①见李时珍：《本草纲目》卷8“赤铜”。①《宋会要辑稿》食货34坑冶。②赵匡华：《中国历代“黄铜”考释》，《自然科学史研究》第6卷第4期。

甫汇辑的丹经《诸家神品丹法》卷6中的“日华子点庚法”：“百炼赤铜一斤，太原炉甘石一斤，细研，水飞过石一两，搅匀，铁合内固济阴干。用木炭八斤，风炉内自辰时下火，煅二日夜，足冷取出，再入气炉内煅，急扇三时辰，取出打开，去泥，水洗其物，颗颗如鸡冠色。母一钱点淡金一两成上等金。”日华子是五代末宋初的医药学家。其后不久，崔昉所撰《大丹药诀本草》也简要记载：“用铜一斤，炉甘石一斤，炼之即成鍮石一斤半。”①及至宋真宗时，民间以炉甘石点鍮铜的活动已相当普遍。宋以后的本草、炼丹及博物学著作中仍经常可以见到这种炼鍮法，如《格物粗谈》、《本草纲目》、《天工开物》、《物理小识》等书都有记载。在明代，冶炼这种合金的技术已逐步发展为金属铜与金属锌直接合炼。

灰吹法炼银技术

银在自然界中的含量不多，且主要以辉银矿形式存在，并多与方铅矿共生。中国古代的银大部分是从含银的粗铅中提炼出来的。由于银铅完全互溶，且溶点较低，古时炼银时加入铅，使银溶于铅中，实现银的富集；然后吹以空气，使铅氧化，入炉灰中，实现银的分离。早在东汉时期，炼丹家就发明了以金银矿粉与黑锡（铅）共炼与提炼金银的“灰吹法”。①灰吹技术在唐代已被广泛应用。唐司空图《诗品》洗炼条有“犹矿出金，如铅出银”的记载。据对唐邠王府和章怀太子李贤墓所出炼银渣块的化验和分析，可知用的就是灰吹法。五代轩辕述《宝藏畅微论》中所说“倭铅可勾金”，可能是指利用锌并由灰吹法来提炼金银。到了宋代，《云麓漫钞》、《大冶赋》等著作对灰吹技术乃至完备的银冶程序都已有较详细的记载。赵彦卫在《云麓漫钞》中提到：“取银之法，每石壁上有黑路乃银脉，随脉凿穴而入，甫容人身，深至数十丈，烛火自照所取银矿皆碎石，用臼捣碎，再上磨，以绢罗细，然后以水淘，黄者即石，弃去，黑者乃银，用面糊团入铅，以火煅为大片，即入官库，俟三两日再煎成碎银，每五十三两为一包。”这段记载概要地叙述了炼银的三个步骤：一是辨银脉与采矿，这里所说的黑色矿脉应指辉银矿（Ag2S）。二是碎矿与选矿，三是炼银，“以火煅为大片”即是灰吹法。灰吹法是古代比较先进的炼银方法。关于这种方法，明代著作《天工开物》、《菽园杂记》等的记载更为翔实。