今天小編爲大家帶來青銅是如何冶煉的?希望對你們能有所幫助。
談及青銅，人們腦海中最先浮出的畫面大多是雄偉莊嚴的後母戊鼎，是造型精美的四羊方尊，是寒光凜凜的越王勾踐劍，心中升騰起對古人高超製造技藝的欽佩。中國的青銅文明博大精深，今天希望這篇文章能夠帶領大家由“知其然”走向“知其所以然”，一起來領略古人的智慧結晶，看看青銅到底是如何冶煉出來的。
青銅器製造流程
青銅是什麼
首先我們從化學的角度來看一下，青銅到底是什麼。
銅，大家都不陌生，它是一種常見的金屬，初中化學課本里這樣描述，“常溫下帶有金屬光澤的紫紅色固體”。自然界中，銅礦的露頭處存在着含銅量高達98~99%的自然銅，也稱紅銅或純銅。它質地柔軟，延展性好，無需加熱處理，鍛打加工即可獲得所需要的形狀，最早在公元前7000多年的中東地區，便有農耕部落製造的紅銅裝飾物被發現。
青銅，廣義上指所有以銅爲主要成分的合金，但在考古界，一般是指有一定比例錫、鉛的銅基合金。錫，是我們常常提到的“五金”——金、銀、銅、鐵、錫——之一，銀白色光澤的軟金屬;鉛，高密度柔軟的藍灰色金屬，但是常溫下在空氣中易氧化，表面會形成一層氧化膜。紅銅質地比較軟，在鑄造時需要的溫度也較高，但在加入錫或鉛後形成合金，其熔點降低，硬度增加，顏色也由紅變白亮，雖然韌性有所損失，整體變得更脆，但是隻要控制好比例，韌性能保持在一個合適的範圍。
19世紀30年代丹麥考古學家G·J·湯姆森提出人類物質進化史的分期概念，他根據人類在不同時代使用的生產工具，將人類文明歷史劃分爲石器時代、青銅時代和鐵器時代。實際上，現代考古發掘證明，紅銅的發現與使用都在青銅之前，但是爲什麼歷史學家沒有劃定一個時期叫做紅銅時代呢?這主要是因爲人類使用紅銅的同時，也普遍使用着石器，紅銅製品大多都是一些小件器物，用於裝飾，對整體社會生活意義不大，也無法替代石器製品的使用，所以紅銅時代便沒有被考古學界廣泛接受。
此外還有很多人疑惑，爲什麼銅先於鐵被人類發現和利用呢?這主要是因爲銅色彩豔麗，易吸引人類的目光，且在自然界中存在天然礦藏，熔點也只有1087℃，更易進行冶煉。而與之相反的鐵，自然界很少有自然鐵，它主要是以氧化物或者其他化合物的形式存在，鐵礦石與普通石料難以區分，此外鐵的熔點在1537℃，遠高於銅，難以冶煉，即便從礦石中提煉出來，也是呈現海綿狀，不經捶打，無法成材。綜上幾點，人類對金屬的冶煉和利用，先是從銅開始。
紅銅的冶煉
青銅是一種比較複雜的合金，含有多種元素，冶煉技術出現較晚，我們先來研究一下成分較爲單一的紅銅的冶煉。
在自然界中，紅銅是天然存在的，因其顏色鮮豔，非常容易吸引人們的目光，世界上先在發現的最早的銅器就是由紅銅鑄造的，但在我國尚未發現。學者們推測，人類或許在最初是將紅銅礦石當作普通石料進行打磨，並發現了紅銅良好的延展性，它不似石頭那樣容易碎裂，而是可以捶打變薄，製成形狀各異的裝飾品。後來，人類又漸漸摸索出加熱到一定溫度後的紅銅會變軟，更易塑形，銅的熔點時1083℃，若設燒到製陶時的最高溫度(1000℃)，紅銅還可以熔化成銅水，冷卻凝固後能隨容器形成一定形狀。
但是紅銅在自然界中存量畢竟不多，與其共生的一種常見含銅礦石——孔雀石——也開始走向了人類的視野。孔雀石，化學分子式爲Cu2(OH)2CO3，因其色彩與孔雀的羽毛相似，所以得名。它與紅銅礦石常常分佈在一起，又因爲顏色與銅鏽相近，所以考古學家們推測古代鍊銅最早是從孔雀石開始的。人類開始嘗試將孔雀石投入爐火中，在木炭存在的情況下加熱到1083℃時，銅便經由氧化還原反應而製得，反應式如下：
自此，人類開始掌握了紅銅的冶煉方法，但是紅銅金屬熔液難以鑄造成型，易吸收空氣，成型後器物製品往往帶有氣眼，表面粗糙，硬度也不足，很大程度上限制了其應用。
青銅的冶煉
青銅是怎樣被髮明出來的，考古學家們有兩種推測：
一種觀點認爲，青銅是在冶煉紅銅的長期實踐中逐漸摸索出來的。最初從礦石中冶煉出來的紅銅並不非常純，其中含有一些雜質，如少量的鉛、錫、鐵等，但因爲鉛、錫含量很低，還不能稱爲青銅。可是人們無意中發現這種合金的機械性能要強於紅銅，從而進一步開始有意識地向紅銅中添加錫從而配製出青銅。
另一種觀點認爲，青銅冶煉可能是人類在採掘金屬礦時，用火燒燒烤岩石，然後澆水，使礦石裂縫。錫青銅含錫25%時，熔點只有800℃，當礦石是銅錫共生礦時，在800℃左右的木炭或者乾柴火焰中，便能獲得青銅。
這兩種觀點都有一定的道理，在學界都獲得了廣泛支持。
中國的青銅冶煉
我國青銅冶煉大致分爲以下三個步驟：選礦、初煉、精煉。現在的考古發現表明，大多情況下，開採礦石與初煉是在銅礦產地進行的，而精煉和鑄造則會運抵他處進行。
1. 選礦
我國銅儲存量非常大，最早於《管子·地數篇》有這樣一段記載：“出銅之山，四百六十七山，出鐵之山，三千六百九山。”據說古代神話女媧補天所用的五色石——赤銅礦(紅)、孔雀石(綠)、藍銅礦(藍)、黑銅礦(黑)、石英(白)——就是銅礦及其伴生的脈石。古代人根據經驗尋找銅礦，顏色青綠的孔雀石，伏地生長的紅色銅草都是找礦的標誌。開採後的銅礦石一般需要人爲進行挑選，篩出雜質較少的礦石進行初煉，但商代大概主要是從孔雀石銅礦中鍊銅，孔雀石含銅量高，也可能不經富選直接入爐冶煉。
2. 初煉
銅礦石接下來需要加以破碎，然後與充作燃料和還原劑的木炭一起投入爐中，將溫度升至1100℃進行初煉，煉得的銅液凝固即得粗銅。粗銅一般仍含有較多雜質，還需進行下一步精煉提純。
3. 精煉
精煉時，粗銅被放入熔銅設備中進行熔化，且根據所要鑄造的器具種類不同，加入一定比例的錫鉛等合金成分，來調節青銅的性能。加入錫鉛的操作，或稱爲“調劑”，其分量最早在《周禮·考工記》中有所記載：“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊;五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊;四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊;三分其金而錫居一，謂之大刃之齊;五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊;金錫半，謂之鑑燧之齊。”
精煉銅使用的工具在不同時期，形制多有差異，其中最爲人所熟知的當屬“將軍盔”。“將軍盔”爲陶質坩堝，周身呈赤紅色，由紅土燒製而成，因形狀與後世倒放的頭盔相近，故而被當時參加殷墟考古的工作者取做此名，下圖即爲安陽出土“將軍盔”。精煉時，粗銅與木炭便是置於其中，在炭火之上或陶窯之中加熱，某些出土的坩堝片上還留有小孔，專家推測可能是曾連接陶管，向內鼓氣助燃之用。
安陽殷墟出土“將軍盔”
關於精煉時的爐溫，《周禮·考工記》也有文字記載：“凡鑄金之狀，金與錫黑濁之氣竭，黃白次之;黃白之氣竭，青白次之;青白之氣竭，青氣次之;然後可鑄也。”在這裏“金”即指銅，銅錫合金在精煉過程中，先是原料中所附着的碳氫化合物進行燃燒，生成黑濁的氣體;接下來隨着溫度的升高，一些氧化物、硫化物和金屬揮發出來，形成黃白、青白之氣;當這些雜質都氣化揮發之後，火焰呈青色時，青銅就製得了。“爐火純青”一詞就來源於此，指青銅精煉時的火候溫度，這種根據火焰的顏色來進行判斷的方法，也被視爲化學中火焰鑑別法的開端。
青銅冶煉在中國的發展
在中國，青銅時代大體是指夏商周三代，此時世界範圍內的青銅冶煉工藝均爲火法鍊銅，這一面貌直至我國溼法鍊銅的技術發明後才被改變。最早在西漢劉安的《淮南萬畢術》中曾有“曾青化鐵爲銅”的記載，曾青又稱膽礬，指天然硫酸銅或其他可溶性銅礦物。將鐵放入膽礬溶液中，發生置換反應，膽礬裏的銅離子被金屬鐵置換製得單質銅，其化學反應式如下。到宋代時，溼法鍊銅被廣泛應用於生產，併成爲我國生產銅的主要方法之一。
在我國，青銅不僅與生產生活息息相關，青銅器還成爲了祭祀和權力的代言。青銅禮器要按照階級來使用，不可越級;傳說中大禹鑄造九鼎，夏、商、週三代流傳，成爲王權的象徵，“問鼎”一詞沿用至今。青銅文明在整個中國歷史長河中熠熠生輝，透過一件件精妙絕倫的器具，我們穿越了時光的限制，望見千年前的吉光片羽。
