正文 第11章 銅的冶煉技術(2 / 3)

凡銅砂,在礦內形狀不一,或大或小,或光或暗,或如俞石(按指黃銅礦),或如薑鐵(大概指黃鐵礦石)。淘洗去土滓,然後入爐煎煉,其熏蒸旁溢者為自然銅(即還原出的金屬銅),亦曰“石髓鉛”。凡銅質有數種:有全體皆銅,不夾鉛、銀者,洪爐單煉而成;有與鉛同體者,其煎煉爐法,傍通高低二孔,鉛質先化,從上孔流出,銅質後化從下孔流出。東夷銅(指日本國的銅礦)又有托體銀礦內者,入爐煉時,銀結於麵,銅沉於下。

我國自漢代以後,煉鐵、煉鋼技術發展很快,製造工具、兵器的金屬為鋼鐵所取代。而商業的發展,要求鑄造更多的貨幣,因此青銅大量轉而用於製造貨幣。此外,戰國以後,青銅還多用於製作供王公貴族享用和欣賞的小型禮器、明器、銅鏡、工藝品和樂器等,其工藝朝著精巧、美觀、藝術化的方向發展,其中多有鎦金、錯金、錯銀的裝飾,是我國文物中的珍品。而最遲從唐代以後,煉銅的原料也逐步以資源較豐富的硫銅礦為主了。宋代時曾把以礦石為原料、用火法冶煉的稱為“黃銅”,就是因為所用礦石為黃色硫銅礦的緣故。

中國首創的“膽水煉銅”

在我國的冶銅史上,除了火煉法以外,還有一種獨創的“膽水煉鋼法”曾盛行於兩宋時期。這種方法的原理就是利用化學性質較活潑的金屬鐵從含銅離子的溶液中將銅置換出來,再經烹煉,製得鋼錠。所利用的原料是天然的膽水。原來在自然界中的硫化銅礦物經大氣中氧氣的風化氧化,會慢慢生成硫酸銅,我國古代稱之為膽礬或石膽,因為它色藍如膽。再經雨水的澆淋、溶解後便彙集到泉水中,這種泉水就是所謂的“膽水”。當泉水中的硫酸銅濃度足夠大時,便可汲來,投入鐵片,取得金屬銅,所以也叫“浸銅法”。這種方法的采用以我國為最早,在世界化學史上是一項重大的發明,可謂現代水法冶金的先聲。

浸銅法的淵源很早。對於這一化學變化的觀察和認識可追溯到西漢初期。西漢淮南王劉安(前179~前122)所主撰的《淮南萬畢術》(今僅存殘篇輯錄本)已提到“白青得鐵,即化為銅”。“白青”就是孔雀石類礦物,化學組成是堿式碳酸銅。東漢時期編纂成書的《神農本草經》也記載:“石膽……能化鐵為銅。”這一“奇特”現象此後便受到曆代煉丹家的注意,東晉煉丹家葛洪(283~343)在其所著《抱樸子·內篇·黃白》中也提到:“以曾青塗鐵,鐵赤色如銅……而皆外變而內不化也。”“曾青”大概是藍銅礦石,也有人認為就是石膽。葛洪對這個化學變化的觀察便又深入了一步。梁代陶弘景在其《本草經集注》中又指出:“雞屎鞏(大概是一種含硫酸銅的黃礬,所以黃、藍相雜)……投苦酒(即醋)中塗鐵,皆作銅色。”但當時人們對這個化學反應普遍有一個錯覺,誤以為是鐵接觸到這些含銅物質後會轉變為金屬銅,因此在煉丹家們的心目中,這些物質就成了“點鐵成金”的點化藥劑了。

唐代時煉丹家們把這種“點化”的銅美其名曰“紅銀”,在煉丹術中正式出現了浸銅法。唐明皇時的內丹家劉知古曾上《日月玄樞論》,其中便說道:“或以諸青、諸礬、諸綠、諸灰(按即前述白青、曾青、石膽之類含銅物質)結水銀以為紅銀。”這種“以諸青結水銀以為紅銀”的方法在唐代後期煉丹家金陵子(可能為金陵人)所撰煉丹術專著《龍虎還丹訣》中有翔實的記載,他曾利用了15種不同的含銅物質煉製“紅銀”,其中“結石膽砂子法”的操作要領如下:將水銀及少量水放在鐵製平底鍋中加熱,到水微沸,投入膽礬,於是鐵鍋底便將硫酸銅中的銅取代出來,而在攪拌下生成的銅便與水銀生成銅汞齊,而使鐵鍋底重新裸露出鐵表麵,得以使置換反應持續進行下去。當生成的銅足夠多時,銅汞齊便會凝固而成砂粒狀,被稱為“紅銀砂子”。將“砂子”取出,置於煉丹爐中加熱,蒸出水銀,就得到“紅銀”了。因資料難得,茲將此要訣的原文中結紅銀砂子部分節錄如下。

結石膽砂子法:句容(含江蘇句容縣)石膽子一斤、水銀一斤。右先取一平底鐺,受五六升或一鬥已(以)下者,以瓦石盡日揩磨鐺內底上,令白淨。就中揀取鐺底平細者,即易揩磨,切忌油膩,如用舊鐺,即需燒過,與火色同止。磨洗亦中。水沒汞半寸已來(左右),令容得汞藥即得,不可令深。即下藥一兩顆塊,投,於汞上。以文火魚沸已(以)下。如水少,以匙抄熱水散瀉於鐺緣,令散流入,煮兩炊久一度戾(以粗麻布過濾),計得一兩砂子,已(以)上須著氣力緊戾為佳,遍遍如此,以盡為限,所結一炊久即可戾,大抵不多時。其句容[石膽子]每度下二兩亦得,藥多結[砂]亦校[較]多。口訣是:水須淺,火須文為妙。入此法隻用一味清水,不兼諸藥。結時成不同諸方,甚是。上法結,以口次水麵開,當見水銀自遍散如煎餅狀,滿鐺底。加火,藥臨時更秤,意其水銀直上鐺四緣來,故知藥力氣感化也。收砂子時每度須以瓷片於鐺底熟刮下,令淨收之,遍遍如此,以盡為度。如用銚子中結亦得。

金陵子對這個化學變化居然做過定量研究,他說:“餘曾各稱諸色,分明記錄。一度煮結,鐺欠五兩,紅銀隻得四兩半,故都是鐵,不虛也。”然而他仍錯誤地認為紅銀是鐵受“藥力氣感化”而變成的“上上精華鐵”——紅銀。金陵子還引述了天目山徐真人對“石膽紅銀法”的讚歌,其前四句是:“白珠(水銀)碧水(膽水)平鐺中,文武微微聲漸雄。一伏(一伏時即一晝夜)三時成半死,再烹經宿變成銅。”看來唐代煉丹家們對這種新穎的浸銅法已普遍有所了解。

至五代時(也可能在唐代後期),這種浸銅法發展成為一種生產銅的方法,當時南漢人軒轅述在其所撰《寶藏暢微論》已提到:

鐵銅,以苦膽水浸至生赤煤,熬煉而成黑堅。

到了北宋時期,逐步出現了規模相當宏大的膽水冶銅工場。宋太平興國年間成書的《太平禦覽》(卷九八八)“藥部·白青”條中已提到:“取礬石、白青分等冶煉台鐵,即成銅矣。”在哲宗元祐、紹聖及徽宗崇寧年間這種生產達到了高峰。據《宋會要輯稿·食貨三四之二五》記載,北宋徽宗建中靖國元年負責江南煉鋼業的官員(提舉江淮荊浙福建廣南諸路銅事)遊經曾統計當時膽水浸銅的地區,主要有11處,即韶州岑水(在今廣東翁源縣)、潭州瀏陽(在今湖南瀏陽縣)、信州鉛(音沿)山(今江西鉛山縣)、饒州德興(今江西東北德興縣)、建州蔡池(在今福建北部建陽附近)、婺州銅山(今浙江永康縣)、汀州赤水(在今福建長汀縣附近)、邵武軍黃齊(在今福建西北邵武市附近)、潭州礬山(當在今湖南瀏陽附近)、溫州南溪(在今浙江南部永嘉縣附近)、池州銅山(在今安徽銅陵市附近)。不過規模較大,生產持久的是信州鉛山、饒州德興和韶州岑水三處。《宋會要輯稿·食貨三三之十八》記載了崇寧年間東南潼川府、湖南、利州、廣東、浙東等九路的銅產情況,謂“銅場歲收租額(當指崇寧二年)總七百五萬七千二百六十三斤八兩(以火法冶煉為主)。[內計]饒州興利場膽銅五萬一千二十九斤八兩;信州鉛山場膽銅三十八萬斤;池州銅陵縣膽銅一千三百九十八斤;韶州岑水場膽銅八十萬斤;潭州永興場(在瀏陽,參見《宋史·食貨誌》)膽銅六十四萬斤;婺州永康縣膽銅二千斤”。也就是說崇寧初六個膽銅場的定額為1874427斤,占到當時東南諸路、州銅產量的25.84%,約占當時全國銅產量的12%,已是相當可觀了。

在北宋元豐、元祐年間,在江西饒州府有一位生產膽銅的技術能手,名叫張潛,總結了這種經驗,寫成《浸銅要略》一書。據宋·王象之《輿地紀勝》記載:“饒之張潛通方伎,得變鐵為銅之法,使其子(按名張甲)詣闕獻之,朝廷行之。饒之興利、韶之岑水,皆其法也。”。可見這部書對宋代膽銅業的興起、發展曾產生了巨大的促進作用,可惜它已佚傳。至元代時,他的後人張理於至正十二年“獻其先世《浸銅要略》於朝,宰相認其書之有益絕費,為複置興利場”。於是張理被“授理為場官”,並請危素寫了一篇《浸銅要略序》,使我們今日才得以知該書緣由之大略。