化学自习室移动版

   中国古代在铜、钢铁、金、银、锡、铅、锌、汞等金属的冶炼史上均居于世界的前列。中国古代的冶金技术，特别是秦汉以后的钢铁冶炼技术及其产品，不断向外输出，对亚洲各国产生很大影响。在著名的罗马学者老普林尼所著《博物志》中曾记载了“中国铁”西传的情况，并认为最优良和最卓越的钢是中国的产品。中国生铁（铸铁）的发明，大约比欧洲早1000多年。英国学者李约瑟认为，欧洲的铸铁技术是在11或12世纪由中国传去的。化学在冶金技术中占有很重要的地位，中国古代在冶金过程中积累了丰富的冶金化学知识。

 冶炼红铜　中国先民在不断改进石器和寻找、开采石料的劳动中发现了天然红铜。这是他们最早利用的金属。在今甘肃单纯齐家文化的多处遗址中出土了这类铜质锻造器件。由于当时烧制陶器的技术已相当成熟，既有了耐高温的陶器,又能造成1000°C以上的窑温,这就具备了用矿石冶炼金属的条件。大约在距今5000年前，中国已进入了冶炼红铜的时期。最初是利用孔雀石类氧化铜矿石，将它与木炭混合加热还原，得到金属铜。　　

   冶铸青铜　中国几乎在开始冶炼红铜的同时就出现了青铜，主要是铜锡合金，其中往往含有铅和其他金属。由于其硬度比铜大而且坚韧,熔点也较低，容易铸造,所以得到了较快发展。甘肃马家窑和马厂文化遗址中出土了约公元前2500年的青铜器件。最初冶炼青铜，大概是将红铜和锡矿石、木炭一起合炼而制得的；后来才逐渐发展到先炼出锡、铅，然后再与铜合炼。商和西周时期是中国青铜器的鼎盛时代。河南偃师二里头早商遗址出土了30余件锡青铜器，包括生产工具、兵器和礼器。河南安阳出土的商代晚期礼器“司母戊鼎”是该时期青铜器的代表作，重875千克,是世界上最大的古青铜器，其中铜占84.77％，锡11.84％，铅为2.76％。　　

    安阳小屯还出土了殷代的成块锡锭和外镀厚锡的铜盔。殷代墓葬中也发现有铅质酒器。这表明中国至迟在殷代已掌握了金属锡和铅的冶炼技术，有可能加入金属锡、铅炼制青铜。至迟在西周，中国已在冶铸中使用鼓风设备。湖北铜绿山古矿冶遗址还保存有春秋时期的炼铜竖炉，具有金门和鼓风口，已大体具备了现代鼓风炉的雏形。炼铜渣中含铜平均仅0.7％,表明那时冶炼技术已很高。战国后期成书的《周礼·考工记》记载了铸造各类青铜器的“六齐”规则（“六齐”是铸造青铜时铜和锡的六种配方）；战国末期成书的《吕氏春秋·别类编》有“金（即铜）柔锡柔，合两柔则刚”的论述，说明那时对青铜的成分与性能之间的关系已有了较系统的知识。

    炼铁　中国先民用铁是从陨铁开始的。河北藁城县台西村曾出土商代的铁刃铜钺。河南浚县辛村也曾出土周初的铁刃铜钺和铁援铜戈。它们都是用陨铁锻炼成的。中国开始冶铁的时间大约在春秋时期。由于那时已经有了丰富的冶铸青铜的经验,进步很快,生铁和“块炼铁”几乎同时出现。长沙识字岭楚墓出土的铁臿、长沙杨家山和窑岭山出土的白口铁鼎是春秋晚期的生铁铸造品；甘肃灵台景字坪秦墓出土的铜柄钢剑和长沙出土的铁削，分别是春秋中期和末期的块炼铁制品。块炼铁冶炼温度低，夹杂物多，但含碳量低，接近于熟铁，熔点高，质地柔软，适于锻造器物；生铁的冶炼温度高，含硫、磷量较大,质地硬脆，但耐磨,适于铸造器物。

    中国古代的生铁先后发展出了四个品种，即白口铁、灰口铁、麻口铁和韧性铸铁。白口铁发展最早，其中的碳以碳化铁(Fe₃C)形态存在，质硬脆耐磨，适宜铸造犁铧之类。最早的灰口铁出土于河北满城西汉墓，用于制作车上的锏。因其中硅含量高，促使碳石墨化，因此脆性减小，而其中的石墨片又具有润滑作用，所以这种生铁正适合铸造轴承材料。麻口铁介于白口铁和灰口铁之间。铜绿山遗址和满城汉墓都有麻口铁犁铧出土。韧性铸铁是将白口铁加热，长期保温而得，碳以团絮状石墨析出，而基体相当于低碳或中碳钢，所以这种铸铁的出现，表明工匠已掌握了退火柔化处理技术。这一工艺在战国初期就初见端倪，后汉、魏晋南北朝时已得到广泛应用。　　

    在战国时期，工匠在锻打块炼铁的过程中，由于炭火中碳的渗入而炼成了最早的渗碳钢，并掌握了淬火工艺。这种方法到西汉初年又发展成为百炼钢工艺。在西汉后期又发明了以生铁为原料的炒钢技艺，并从而得到熟铁。大约在晋、南北朝时发明了将生铁和熟铁按一定比例配合冶锻的方法，以调节铁中的含碳量，而创造了“团钢”（又名灌钢）冶炼工艺。中国的炼钢技术在中古时期一直走在世界的前列。　　

    中国大约在秦代或汉初开始采煤为薪。河南郑州汉代古荥镇炼铁仍用木炭，在山东平陵、河南巩县铁生沟的汉代冶铁遗址中虽发现了煤块、煤粉和煤饼，但只用作加热炉和退火炉的燃料。五代时开始用煤炼铁。明代后期，中国炼铁不仅主要用煤，而且开始炼制和使用焦炭。　  古荥镇汉代炼铁炉渣的流动性良好，渣和铁完全分离，炉渣中含CaO 25％左右、MgO 2.5％、铁生沟汉代冶铁遗址中曾发现石灰石。由此可知，那时冶铁已采用碱性熔剂。　　

    胆铜法　用胆水炼铜是中国古代冶金化学中的一项重要发明。这种工艺是利用金属铁将胆矾溶液中的铜离子置换出来,还原为金属铜,再熔炼成锭。早在西汉时就已有人觉察到这一化学反应，《淮南万毕术》、《神农本草经》就提到：“白青（碱式碳酸铜）得铁化为铜”，“石胆……能化铁为铜”。唐代已有人用这种方法小规模炼制赤铜。北宋时胆铜法发展成为大规模生产铜的重要方法之一，最高年产量曾达180余万斤。　　

   淘冶黄金　黄金都是以游离状态存在于自然界，分沙金和脉金（小金）两种。历史上的早期采金技术都是“沙里淘金”。例如，《韩非子·内储说上》提到“丽水之中生金”。开采脉金的时期就晚得多了，大约在五代之后。在河北藁城县台西村商代中期宫殿遗址中已有金箔出土。河南安阳殷墟也有许多金器出土，所以黄金淘冶加工技术的出现应早在商代前期，湖北随县擂鼓墩战国早期的曾侯乙墓中曾出土金盏、金勺、金盒及金弹簧，表明那时黄金加工技术已达到很高水平。　　

    炼银　银虽有以游离状态或银金合金状态(黄银)存在于自然界的,但很少，主要以硫化矿形式存在,并多与铅矿共生。这种银最初大概就是从冶炼到的铅中发现的。所以银的利用较黄金晚。中国大约在春秋初期才开始采集银。陕西咸阳路家坡出土了东周的银质空首布(货币)。而在战国至汉代的墓葬中已有工艺技术较高的银器随葬品。东汉时期发明了以黑锡（铅）结金银的“灰吹法”。明代著作《菽园杂记》、《天工开物》中有翔实记载。　　

    天然黄金中总混有一些银，又常有人以银掺入黄金谋利，所以提纯黄金，使它与白银分离，在古代成为一门专门的技艺。中国曾先后利用黄矾－树脂法、矾盐法、硫黄法、硼砂法、矾硝法、矾硝盐法来分离金和银，有丰富的经验。　　

    炼汞　在自然界中虽有游离态汞存在,但量很少,主要以丹砂（硫化汞）状态存在。战国时期，中国已用水银作外用药。同时中国发明了利用水银的鎏金术。这种技艺发展到西汉初年已达到极高的水平。河北满城西汉中山靖王刘胜妻窦绾墓出土的“长信宫灯”和茂陵（汉武帝墓）出土的鎏金马至今光灿夺目。从丹砂升炼水银的技术，在西汉时兴起的中国炼丹术中得到了很大的发展。方士们在密闭的设备中升炼水银，先后利用过石灰石、黄矾、赤铜、黑铅、铁和炭末来促进硫化汞的分解。南宋时期发明了蒸馏水银的工艺，设计了专用的装置，《天工开物》中也有类似记载。在中国的医药化学中还曾利用过铅汞齐、锡汞齐。唐代已开始用银锡汞齐作为补牙剂。　　

    黄铜　宋代以前，锌黄铜称为鍮石，唐代已较多见，价值在银、铜之间。明代以前，这种合金是利用炉甘石（碳酸锌矿）和金属铜、木炭合炼而成的。这个炼制方法的记载最早见于五代末期的“日华子点庚法”，是一个炼金术的配方。此法一直沿用到清代。　　

    炼锌　明初中国已掌握了从炉甘石炼取金属锌的技术，那时称这种金属为“倭铅”。16～18世纪中国已向欧洲出口锌锭，18世纪时出口锌的纯度达到99％。明代著作《天工开物》中有世界上现存最早的关于炼锌术的文字记载。　　

    镍白铜　镍白铜自古是中国云南的特产。东晋常璩《华阳国志》就已记载：“螳螂县因山名也，出银、铅、白铜、杂药。”螳螂县在今滇北会泽、巧家一带。在其附近，东川产铜，贵州章赫县产锌，四川会理有古镍矿遗址。明代云南已大量生产似银的锌镍铜合金，含铜40％～58％，镍7.7％～31.6％，锌25.4％～45％,称为“中国白铜”。清朝康熙、雍正、乾隆三代，白铜大量销往欧洲。