第五节冶金

　　第五节 冶金 五代十国时期，北方连年争战，矿冶业呈凋敝停滞状态，而南方矿冶生产则续有发展，《册府元龟》卷169载后唐、后晋、后汉、后周受贡的九炼钢刀剑即来自徐州、江陵等地，如后唐同光三年（925），“徐州进九炼钢刀剑各一”，后晋天福元年（941），“荆南遣使进……九炼纯钢金花手剑二口”。五代轩辕述所撰《宝藏畅微论》说：“铁铜，以胆苦水浸至生赤煤，熬炼成，而黑坚”，表明其时已知用胆水浸铜，到宋代则得到长足的发展。后周广顺三年（953）所铸著名的沧州大铁狮，长6.3米，高5.4米，宽3米，重达40吨。从狮足至脊部共分15段，依次接铸成型，共用范344块。广州光孝寺铁塔为南汉刘■所建。西塔建于大宝六年（963）。东塔建于大宝十年（967），为现存的最早铁塔，由方座、莲座和七层塔身、塔刹构成，总高7.7米，由17件铸件叠装而成。经分析，所用材质为中磷、木炭、生铁，系亚共晶白口组织。

　　宋代矿冶业较诸前朝有很大发展。据史籍记载，有宋一代共设有4监，12冶，20务，25场，铁的税额（“岁课”）以英宗治平年间（1064—1067）为最高，达824万斤，比唐宣宗大中年间（847—859）高出约76倍。王安石变法时期，矿冶业最为繁荣，铜、铅、锡在此期间都达到最高税额，分别为1460万斤、919万斤和232万斤。由于商品经济的发达，货币需求量很大。唐代于全盛时期（玄宗年间），全年铸钱额为22万74贯。而宋神宗年间（1068—1085），年铸铜钱500余万贯，铁钱88万余贯，比唐代增长20余倍。

　　宋代的铁主要产自磁州、邢州、兖州和徐州。黄金开采以山东登州、莱州为最著称。其他有色金属产地则多在江西、福建、广东等南方地区。官营矿冶业的管理相当严格，据《宋会要辑稿·食货》记载，当时的铜矿官员要逐日登录下矿人数，采矿、磨矿篓数，淘洗和入炉冶炼的矿石斤数。《宋史·薛奎传》提到，永州“发调兵三百人采铁，而岁入不偿赀。奎听民自采，所输辄倍之”。又，《宋史·梁适传》载：“莱芜冶铁为民病，当役者率破产以偿。适募人为之，自是民不忧冶户，而铁岁溢。”这表明官营矿冶业的腐败和摇役的扰民已严重阻碍矿冶的生产发展。在这种情况下，官府被迫采取“豪户请佃”、“业主开采”等方式，民营坑冶得以有较大发展，如《东坡奏议》卷2即载其时徐州利国监“凡三十六冶，冶户皆大家，每冶有百余人”，李昭圯《乐静集》卷29《吕正臣墓志铭》中记兖州莱芜冶吕氏”募工徒，斩木锻铁，制器利用，……凡东州之人，一农一工，家爨户御，其器皆吕氏作也”。

　　辽夏金对西北和东北地区的矿冶发展也作出了重要贡献。契丹和渤海、室韦诸族原先就都能炼铁。辽立国后，设五冶太师统辖坑冶。《辽史·食货志》记辽阳有铁冶300户。幽蓟等地的冶铁业也都保持一定的规模。女真在立国前也已能烧炭炼铁，其后进一步建立了自己的矿冶业。黑龙江阿城为金上京会宁府，已发现金代冶铁遗址50余处，出土有大量炼炉、矿石、炼渣和铁块等。陕西榆林窟有西夏时期的冶铁图，其中的木扇形制和中原相类似。历年所出西夏钱币的合金成分和铸造工艺，也和宋钱相同。这些都表明辽、西夏、金的矿冶业是在中原先进技术带动下发展起来的。

　　传统钢铁技术体系的定型，是唐宋时期金属技术发展最突出的成就。苏颂《图经本草》称：“初炼去矿，用以铸■器物者为生铁，再三销拍可作鍱者为鑐铁，亦谓之熟铁。”唐初仍有部分农具用生铁铸就。但到宋代，锄、耙等铁农具如河南白沙、山东临沂、江苏扬州等地所出已均由锻制。农具制作由铸制改为锻制这一历史性转变，对宋代农业生产的发展是起了重要作用的。

　　宋代称炼铁炉为蒸矿炉。河南南召县草店、下村、庙后村、朱砂铺发现宋代炼铁竖炉14座，均用耐火石砌筑，炉径2—3米。邯郸矿山村宋代炼铁炉保存较好，炉壁残存高近6米，底径3米。炉体呈鼓形，腹径较底径为大，自炉腹至炉顶逐渐收缩。河南林县铁牛沟宋冶铁遗址有炉址11座。炉的内径自0.9米到2.6米不等，多依山坡修筑，于坡上建平台装料。阿城金代冶铁遗址所出炼铁炉也依山岗修建，炉膛截面略呈梯形。近处并有矿井10余个，最深达40米，井内残存坑木、柳条筐、铁锤、铁钎和陶灯盏等。由上可知，至迟到宋代，炼铁竖炉的内形已略近现代高炉，具有炉腹角和炉身角。这种炉型有利于炉气合理分布，使炉况顺行，炉龄得以延长，是炼铁竖炉的重大改进。苏轼《石炭行》诗中记徐州煤矿云：“南山栗林渐可息，北山顽石何劳锻。”河南安阳唐坡出土的9块宋代铁锭，经分析含硫1.075％。对河南登封、新郑、密县等地所出42件宋代铁器所作分析表明，其中大多数含硫较高，应为煤炭所炼。陆游《老学庵笔记》卷1云：“北方多石炭，南方多木炭，而蜀又有竹炭。……邛州出铁，烹炼利于竹炭，皆用牛车载以入城，予亲见之。”

　　传统制钢术以灌钢为最重要和最具特色。沈括《梦溪笔谈》称：“世间锻铁所谓钢铁者，用柔铁屈盘之，乃以生铁陷其间，封泥炼之，锻令相入，谓之团钢，亦谓之灌钢。”这是古代文献中首次使用“团钢”、“灌钢”二词。它比东魏、北齐间綦毋怀文的宿铁法减少了灌炼次数，又用封泥造渣和保护，显有改进。百炼钢的制备工艺也首见于《梦溪笔谈》：“但取精铁，锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也。”宋曾敏行《独醒杂志》又记载一种独特的制钢术：“（湖南苗族）其俗举子，姻族来劳视者，各持铁投其家水中。逮子长授室，大具牛酒，会其所尝来往者，出铁百炼，尽其铁以取精钢。刀成铦利绝世，一挥能断牛腰。”类似的制钢术，西班牙西北部的塞尔忒人也使用。

　　宋代有色金属冶炼的杰出成就首推胆铜法。西汉《淮南万毕术》已有“曾青得铁则化为铜”的记述。《抱朴子》也说：“以曾青涂铁，铁赤，色如铜。”可见，古人对铁与铜盐的金属置换作用早有认识。作为提取纯铜的水法冶金工艺，胆铜法在宋代得到很大发展，并成功地用于生产。宋哲宗时（1086—1100），张潜在信州、饶州等地设场用胆水炼铜，并著有《浸铜要略》一书。据《宋会要辑稿》记述，北宋时期用胆水炼铜的冶场有11处，分布于广东、湖南、江西、浙江、福建等省，其中最著名的是信州铅山、饶州德兴和韶州岑水，并称三大场。据李心传《建炎以来朝野杂记》记载，大观年间（1107—1110）岁收铜660万斤，内有胆铜百万余斤，可知北宋时胆铜产量约占铜总产量的15—20％。南宋的铜主要来自江南地区，胆铜所占比重更达到85％左右。

　　用铁浸泡在胆水中置换金属铜，称作浸铜。若胆水不充盈，可用含胆矾的矿土沤泡过滤得到胆水，再置换得铜，称作淋铜。

　　宋洪咨夔《大冶赋》记述浸铜、淋铜工艺甚详：浸铜段称：“铅山兴利，首鸠僝功”，即浸铜最早由信州铅山场和饶州兴利场实施。“胆随味而不同，青涩苦以居上，黄醯酸而次中”，“泛浮沤而异容，赤间白以为贵，紫夺朱而弗庸”，是说由色泽和味感来辨别胆水质量的高下。“乃破不轑之釜，乃碎不湘之釜”，则指铁片由废弃的铁釜、铁锅破碎得来。中国是世界上最早发明和使用水法冶金的国家。胆铜法的成熟与推广是宋代矿冶业的重大成就。

　　在火法炼铜方面，《大冶赋》是最早记述“硫化矿—冰铜—铜”工艺的文献。赋中所载“乌胶”、“金星”、“蔌花”、“丹沙”、“鼠结”、“鸡燋”等矿物，据研究，应分别指黑铜矿（CuO）、黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（Cu2S）。采矿时，使用火爆法（“宿炎炀而脆解，纷剞劂而巧断”）。矿物含硫高，须经多次焙烧去硫，再反复烹炼，依次得到品位不同的冰铜（锍，铜、铁的硫化物的机械混合体），再经精炼得铜和用灰吹法提取金属银（“銗再炼而粗者消，鈲复烹而精者聚”，“排烧而汕溜倾，吹拂而翻窠露”）。

　　镍白铜是中国古代有色金属冶炼的又一项杰出成就。除此之外，还有砷白铜即铜砷合金的制备。北宋何薳《春渚纪闻》卷10记薛驼用砒粉点铜：“其药正白而加光璨，取枣肉为圆，俟熔铜汁成，即投药坩埚中，须臾铜中恶类如铁屎者胶着埚面，以硝搅之，倾槽中，真是烂银。”这一工艺延至明清时期仍广为应用，见于《本草纲目》、《天工开物》等典籍。

　　钱币铸造至北宋达到巅峰，无论在合金配制的规范化、铸钱工艺的定型和钱文的摹写等方面都有重大的进展。

　　近年来，赵匡华、华觉明、戴志强、周卫荣、水上正胜等曾先后分析了近400枚北宋铜钱，绝大多数的铜含量在62—68％之间，铅在22—29％之间，锡在7—12％之间，各年号、各钱监所铸铜钱的成分相当接近；其中，太平通宝、天禧通宝的化学成分又与《宋史·食货志》所载制度相契合。这些都表明北宋时期迄至真宗时（998—1022），铸钱工艺规范的实施是控制得很严格的。钱法大坏是始自徽宗时（1101—1125），由于军事连年失利，经济濒临崩溃，铸钱时以铅充铜、锡，钱质变劣，急剧贬值，这从实物检验也得到了证实。

　　铸钱工艺早期多用范铸。南北朝以后，未见叠铸钱范及其模具，且唐初已用锡质母钱。因而，学者多认为铸钱工艺从唐代起有重大的变革。就目前资料来看，北宋初年已用母钱翻制砂质铸型，其后成为钱监铸钱的常规工艺，如永通监设有“模沙”作。《宋史·食货志》记大观元年（1106）“降钱式及锡母于铸钱之路”，张世南《游宦纪闻》称“（蕲春铁钱监）用工之序有三：曰沙模作，次曰磨钱作，末曰排整作”等等。《大冶赋》：“液爰泻于兜杓，匣遂明于模印”，说明也是用母钱印制铸型的工艺。“磋之以风车之輣轧，辘之以水轮之砰隐”，则更证实在铸钱作坊中至迟在宋代，就用风力机械和水力机械来磨磋和淘洗钱坯。

　　铁钱始铸于西汉时期。宋代是中国历史上铸造铁钱种类最多，数量最大的时期。神宗时，全国有铁钱9监，年铸铁钱88万余贯。夹锡钱则是杂有铅、锡的铁钱，而非有些学者认为的铜钱。这种劣钱本是为防止西夏等用铁钱改铸兵器而施行，在蔡京当政期间一再大量铸造，是北宋末期币政滥恶的又一例证。

　　隋唐以降，随着金属冶炼业的发展，大型、特大型铸件层出不穷，成为中国古代金属文化的突出标志之一。北宋嘉祐六年（1061）在湖北当阳建造铁塔，共13层，由44件铸铁构件叠装而成，总高18米，用铁近4万斤，经检验属麻口铁，含磷较高。正定铜佛坐落在河北正定隆兴寺大悲阁内。该寺始建于隋开皇六年（586）。五代时，铜佛被焚。宋开宝四年（971），奉赵匡胤之命重建。铜佛以生铁为基座，分7节，由泥型接铸而成，高20米，重达36吨。此外，太原晋祠铁人4尊，各高2米多，其中一尊铸于绍圣四年（1087）。四川峨嵋山圣寿万年寺普贤铜像，高7.4米，重12万斤，铸于太平兴国五年（980）。著名的针灸铜人，铸于天圣五年（1027），周身标明穴位，供习练针灸之用。

　　宋代研习金石之风大盛，朝廷大量铸作仿古的鼎彝等器。著名的大晟钟即其一例，至今犹存于北京故宫博物院等处。赵希鹄《洞天清禄集》首载失蜡法的工艺过程：“古者铸器必先用蜡为模，如此器样，又加款识刻画。然后以小桶加大而略宽，入模于桶中。其桶底之缝微令有丝绒漏处，以澄泥和水如薄糜，日一浇之，俟干再浇，必令用足遮护。讫，解桶缚，去桶板，急以细黄土，多用盐并纸筋，固济于原澄泥之处，更加黄土三寸，留窍，中以铜汁深入。然一铸未必成，此所以为贵也。”南宋时，杭州姜娘子以铸器精巧著称，用的就是失蜡法。