周文麗 羅勝強 莫林恒 陳建立

(1. 中國科學(xué)院 自然科學(xué)史研究所，北京 100190； 2.郴州市博物館，郴州 423000； 3. 湖南省文物考古研究所，長沙 410008； 4. 北京大學(xué) 考古文博學(xué)院，北京 100871)

古人曾冶煉過8種金屬——金、銀、鐵、銅、鉛、錫、汞、鋅，除使用單一礦來冶煉某一種金屬外，還會利用多金屬共生礦，如銅錫、銅鉛、鉛銀等共生礦，來進行冶煉。銅礦和鉛礦常常共生，古人很早就會冶煉這種共生礦。目前發(fā)現(xiàn)最早的冶煉銅鉛共生礦的遺址是夏家店下層文化的內(nèi)蒙古赤峰塔布敖包遺址[1]，廣西北流[2]、四川西昌[3]也發(fā)現(xiàn)過漢唐時期的遺址。冶煉銅鉛共生礦的最早的文字記載見于明末宋應(yīng)星(1587—約1666)的《天工開物》([4]，325、343頁)。而史料和考古發(fā)掘都證明，清代的郴桂礦廠掌握了一種特殊的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)。

清代的郴桂礦廠是對湖南南部郴州、桂陽州所有銅、鉛、鋅、錫礦廠的統(tǒng)稱，位于今湖南省南部的郴州區(qū)域，是清代湖南最重要的幣材原料產(chǎn)地。關(guān)于清代郴桂礦廠，正史、政書、地方志、檔案等史料多有記載[5]，尤其在湖南地方行政法規(guī)匯編《湖南省例成案》錢法部分中，集中了大量郴桂礦政的記錄。[6]在上述史料中，除了提及煉銅、鉛、鋅技術(shù)外，還記載了一種先煉鉛、再煉銅的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)，稱之為“鉛渣煉銅”。2016年，湖南省文物考古研究所聯(lián)合多家單位組成礦冶考古團隊，調(diào)查了多處清代礦冶遺址，并發(fā)掘了一處以煉鋅為主的多金屬冶煉遺址——桐木嶺遺址，曾榮獲“2016年度全國十大考古新發(fā)現(xiàn)”稱號。[7- 8]遺址出土的煉鉛遺存為研究郴桂礦廠鉛渣煉銅技術(shù)細(xì)節(jié)提供了重要的實物證據(jù)。本文結(jié)合史料記載與實物證據(jù)，試圖復(fù)原清代郴桂礦廠鉛渣煉銅技術(shù)。

1 史料中的鉛渣煉銅

郴桂地區(qū)有豐富的銅、鐵、錫、鉛、銀、鋅等多種金屬礦產(chǎn)資源，是我國最重要的礦冶中心之一。兩漢桂陽郡設(shè)金官和鐵官，唐宋時期置桂陽監(jiān)鑄錢、煉銀。[9]清代郴州和桂陽州產(chǎn)銅、鉛、鋅等幣材原料，主要供給寶南局鑄造錢幣。郴桂礦產(chǎn)資源在康熙、雍正年間偶有開采，乾隆四年(1739)招商試采，八年(1743)起正式招商開采，礦業(yè)開發(fā)達到頂峰，至嘉慶年間逐漸衰落。([10]，123- 140頁) 郴桂礦廠以桂陽州的礦業(yè)最為發(fā)達，“號十萬礦稅之利”([11]，卷9：203頁)，最主要的礦廠包括桂陽州州城附近的馬家?guī)X、長富坪等鉛鋅廠，桂陽州北部的綠紫坳、石壁下等銅廠，以及郴州的多處鉛鋅廠。

郴桂地區(qū)鉛鋅礦多、銅礦少，郴桂礦廠最重視銅礦的開采。乾隆五年(1740)，湖廣總督班第(？—1755)在奏折中提及，桂陽州馬家?guī)X、雷坡石、石壁下等礦廠試采之時所出銅礦石分三種：“一曰凈銅砂，有銅無鉛；一曰夾雜銅砂，銅中有鉛；一曰夾雜黑鉛(1)黑鉛，即金屬鉛。清代一般將金屬鉛稱作“黑鉛”，將金屬鋅稱作“白鉛”。砂，鉛中有銅?！?[12]，230頁) 這是根據(jù)銅礦中銅鉛的有無、多少，將其分為三種，一種是不含鉛的銅礦石，一種是含鉛的銅礦石，另一種是含銅的鉛礦石。郴桂礦廠銅礦、鉛礦往往共生，除了桂陽州的綠紫坳、石壁下等銅廠出產(chǎn)不含鉛的銅礦石外，郴桂多數(shù)鉛鋅廠的鉛礦石多含有銅，因此，采用一種叫“鉛渣煉銅”的技術(shù)從含銅的鉛礦中提煉銅。

從現(xiàn)有史料看，早在乾隆八年郴桂礦廠正式開采，桂陽州的礦廠即從鉛渣中煉銅，每年產(chǎn)量約二三萬斤。[13]十年(1745)五月，湖南巡撫蔣溥(1708—1761)奏請清厘礦廠弊端，提到鉛渣中還可以提煉銅鉛，容易偷漏。([12]，232- 233頁) 礦商易經(jīng)世(生卒年不詳)于八年至十年(1743—1745)開采馬家?guī)X礦廠，因隱漏銅斤、侵瞞稅鉛等罪名而被控告，其中一條罪名就是因鉛渣煉銅而偷漏銅鉛。([12]，240- 244頁) 同年三月，湖廣總督鄂彌達(？—1761)、湖南巡撫楊錫紱(1700—1768)就礦廠弊端問題委員調(diào)查，上奏9條章程[14]，其中4條涉及到鉛渣問題，并經(jīng)戶部議奏([12]，234- 237頁)。五月，地方官員調(diào)查“辦理鉛渣煉銅各事宜”，向楊錫紱稟報鉛渣煉銅章程中存在的問題。([6]，卷11：449- 461頁) 根據(jù)史料記載，從乾隆至嘉道年間，郴桂礦廠一直用鉛渣來煉銅。

關(guān)于“鉛渣煉銅”,乾隆十一年鄂彌達、楊錫紱在一份奏折中有解釋：

查鉛質(zhì)重而銅質(zhì)輕，熔煉時沉于底者為鉛，浮于面者，鉛內(nèi)有銅，為鉛渣，先行攄起。每毛鉛百斤有渣二十余斤，又將此渣上高爐镕化，鉛仍沉底，銅仍浮面，用鐵鉗揭起浮皮，謂之灱水，即銅斤，粗質(zhì)也。再加煎煉，乃為凈銅。桂陽州鉛渣每百斤可得凈銅五六七斤不等，計鉛渣內(nèi)每擠銅一斤，需折耗渣二斤七八兩，其余仍可煎得凈鉛。[14]

從這段話可知，鉛渣煉銅是將煉鉛所得到的毛鉛(即含有雜質(zhì)的金屬鉛，今稱粗鉛)熔煉，由于鉛和銅不互溶、鉛密度更大(2)鉛的密度為11.34 g/cm3，銅的密度為8.96 g/cm3。，鉛沉到底部，而浮在表面的為“鉛渣”；再將鉛渣熔化，其中的鉛沉底，浮在表面的為“灱水”；最后，將“灱水”煉為凈銅(圖1)。依奏折所言，其法是根據(jù)鉛和銅密度不同來初步分離鉛和銅，進行兩次熔煉就可很好地分離。然而，鉛渣煉銅其實并不是兩種金屬的分離。

圖1 “鉛渣煉銅”流程示意圖

“灱水”“即銅斤，粗質(zhì)也”，從字面意思上看，“灱水”是一種含有較多雜質(zhì)的金屬銅。而根據(jù)《湖南省例成案》中有關(guān)煉銅的記載，“灱水”應(yīng)是一種金屬硫化物，即冰銅。乾隆十一年，桂陽州知州汪度(生卒年不詳)等試煉銅砂：

燒煉銅砂二百四十擔(dān)，慎選爐戶一名……盤大煅灶一座、小煅灶六座、高爐二座、煎爐一座、推爐一座，用爐匠二名、小工五名，每日將銅砂入爐灶煅。……若籌視稍有不周，煅砂即有熟與不熟，配搭銅砂入爐有過高過低，燒爐用炭有用多少，出灱水有凈與不凈，灱水入灶用炭有太過不足，以致所煅灱水有或生或過。種種弊竇，不勝枚舉，均需多費人工炭火有關(guān)工本。([6]，卷11：437- 438頁)

可見，試煉需要先將銅礦石在“煅灶”中“煅砂”(即焙燒硫化礦以去硫)，在“高爐”中冶煉成“灱水”，而“灱水”還需要再焙燒，最后才能煉成銅。這說明所用的礦石為硫化銅礦石，采用“硫化礦—冰銅—銅”煉銅法，“灱水”為煉銅的中間產(chǎn)物冰銅，即硫化亞銅、硫化亞鐵的熔體(mCu2S·nFeS)。[15]道光年間吳其濬(1789—1847)的《滇南礦廠圖略》指出，冰銅“一冷即碎，故曰冰，亦曰賓銅”[16]，說明其遇冷易碎的特征。據(jù)李延祥考證，南宋時期冰銅稱為“釽”，陳百朋(生卒年不詳)《龍泉縣志》解釋說：“釽者，粗濁即出，漸見銅體矣”，可見當(dāng)時人們將冰銅當(dāng)作一種粗濁的銅。([17]，263頁) 郴桂礦廠有關(guān)史料中出現(xiàn)的“灱水”同樣是類似的粗質(zhì)銅，它的本質(zhì)是冰銅，而非金屬銅。

綜上所述，“鉛渣”實際是一種包含冰銅和鉛的物質(zhì)。熔煉鉛渣將冰銅分離出來，再用于提煉金屬銅。從《湖南省例成案》中有關(guān)鉛渣煉銅的詳細(xì)記載來看，鉛渣煉銅的實際操作是非常繁復(fù)的。首先，從鉛渣中分離出冰銅有時需要熔煉兩次：“至渣內(nèi)提鉛之法，第一次燒煉提出鉛斤，即為灱水；第二次將灱水燒煉，再提盡鉛斤，即為烏片?！?[6]，卷11：451頁) 熔煉鉛渣得到的“灱水”還含有鉛，需再次熔煉，得到“烏片”?！盀跗奔春谏钠瑺钗?，應(yīng)該是指黑色的冰銅。冰銅熔煉時浮在表面，揭出為片狀。其次，將冰銅煉成銅需要多次燒煉：“灱水煉銅，約費火工七八次，需用人工柴炭甚多?！?[6]，卷14：264頁) “以渣擠銅，須燒煉十余次，為時二十余日始能成銅。其一切炭火、人工、日食、盤腳需費實繁?！?[6]，卷15：379- 380頁) “擠煉渣鉛，既需堅炭煅煉，始能成銅?！?[6]，卷14：251頁) 多條史料記載顯示，冰銅煉銅還要經(jīng)過多次焙燒和冶煉，逐漸提高冰銅品位，最后冶煉成毛銅，再精煉成凈銅。

由于鉛渣煉銅技術(shù)復(fù)雜，且能夠出產(chǎn)鉛和銅兩種金屬，所以政府十分重視鉛渣煉銅的稅收政策。乾隆十余年，政府制定了郴桂礦廠鉛渣煉銅的章程，明確規(guī)定鉛渣煉銅各階段的產(chǎn)品和產(chǎn)量：

積稅渣一千六百斤，煉灱水二百五十斤，始出銅一百斤，耗折一百五十斤，尚獲凈鉛一千三百五十斤。是需毛鉛六千四百斤，始煉出鉛渣一千六百斤，將渣再煉，得銅一百斤，仍獲凈鉛一千三百五十斤，折耗鉛渣一百五十斤。([6]，卷14：231- 232頁)

即每6 400斤毛鉛產(chǎn)1 600斤鉛渣，可煉出銅100斤(表1)。實際上，鉛渣中可提取的銅也有多有少：

鉛渣一項，高低不一。其最上之渣名曰灰盤，每年所出不過十分之二。此種渣銅氣稍旺……每渣一千六百斤出銅一百零五斤，提出凈鉛一千三百三十七斤，鉛雖不足，出銅已浮原議之?dāng)?shù)。其次之渣名曰水砂，所產(chǎn)之?dāng)?shù)大概十居七八，每渣一千六百斤提出凈鉛一千三百五十斤。其二百五十斤之渣內(nèi)……實止獲銅八十斤，與原議之?dāng)?shù)少銅二十斤。([6]，卷11：455- 456頁)

鉛渣中銅的含量有高低，銅含量高的為“灰盤”，每1 600斤灰盤產(chǎn)銅105斤，但灰盤數(shù)量少；銅含量低的為“水砂”，每1 600斤水砂產(chǎn)銅80斤，水砂占多數(shù)(表1)。從這些數(shù)據(jù)可知，郴桂礦廠每6 400斤毛鉛可產(chǎn)1 600斤鉛渣，可得到250—263斤灱水，煉得銅80—105斤。如果不考慮冶煉中銅的損失，可以推算出灱水含銅32%—40%，鉛渣含銅5.0%—6.6%，毛鉛含銅1.25%—1.64%。郴桂礦廠鉛礦石含鉛量有高有低：“沙之出鉛，濃者百斤得五六十斤，淡者乃止數(shù)斤?！?[11]，卷20：428頁) 即便礦石含鉛30%，由于銅含量僅0.5%左右，仍屬于品位非常低的銅礦石。

表1 乾隆年間郴桂礦廠鉛渣煉銅各步驟產(chǎn)物的量(單位：斤)

由上可知，鉛渣煉銅是一種鉛銅共生礦冶煉技術(shù)，其完整的冶煉流程至少需要6步：第1步，冶煉含銅的鉛礦石，得到毛鉛；第2步，熔煉毛鉛，得到鉛渣和凈鉛；第3步，熔煉鉛渣，得到灱水(即冰銅)和凈鉛；第4步，焙燒冰銅；第5步，冶煉焙燒過的冰銅，得到毛銅；第6步，將毛銅精煉，得到凈銅。在這個流程中，也可能需要將灱水再次熔煉，得到更純的冰銅，或許還需要將冰銅進行多次焙燒、冶煉，提高冰銅品位，最后才能煉成銅。目前，我們發(fā)現(xiàn)了這個復(fù)雜流程中第一步的證據(jù)，即煉鉛遺存，為鉛渣煉銅技術(shù)的存在提供了實物證據(jù)。

2 鉛渣煉銅的實物證據(jù)

2.1 煉鉛遺存的發(fā)現(xiàn)

2016年發(fā)掘的桐木嶺遺址位于桂陽縣仁義鎮(zhèn)大坊村和浩塘鎮(zhèn)桐木嶺村交界處的丘陵地帶，東距桂陽縣城12.9千米，處于山坡南面，面積約11萬平方米。遺址中心部分有冶煉廢棄物堆積成的冶煉平臺，發(fā)掘出一批以煉鋅為主的多金屬冶煉遺跡，如煉鋅爐、焙燒爐、精煉灶、儲物坑、攪拌坑、房址等，出土了一系列冶煉工具和生活用品等。冶煉平臺分為一個焙燒區(qū)和兩個冶煉區(qū)，其中焙燒區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)6條焙燒鋅礦石的焙燒臺和2個煉鋅爐，第一冶煉區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)2個煉鋅爐，第二冶煉區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)4個煉鋅爐。[7]

在第一冶煉區(qū)西部，發(fā)現(xiàn)了明顯不同于煉鋅遺存的遺跡、遺物。發(fā)掘時，首先在第一冶煉區(qū)西部房址上發(fā)現(xiàn)了大量的爐渣堆積。這些爐渣不同于酥松多孔的煉鋅渣，是一種灰黑色致密的爐渣，有的表面泛出銅綠色。隨后發(fā)現(xiàn)了與這些爐渣有關(guān)的坑狀遺跡K23、K24。K23 平面大致呈圓形，口徑約0.4米，坑深0.34米?？颖诓灰?guī)整，坑口南北兩側(cè)有3塊殘損的石質(zhì)護圈，西南側(cè)有綠色的顆粒狀碎渣。K24平面略呈勺形，前部為圓形，直徑0.95米，坑長1.85米，最大深0.88米?？涌谘貫闋t灰砌筑，較為板結(jié)，坑壁不規(guī)整。坑內(nèi)堆積灰褐色沙土，坑底有數(shù)塊爐渣(圖2)。K24內(nèi)出土圓形帶孔木板(K24：3)，直徑40.5厘米，厚2.5厘米，邊緣有磨痕，部分殘缺。木板中部的圓孔直徑約5厘米，有一橫杠印痕貫穿圓孔，印痕長16厘米，寬2厘米(圖3)。[7]K23和K24均打破了煉鋅爐LX8的爐床印跡。煉鋅爐LX8與保存最完整的煉鋅爐LX1應(yīng)為同一時期，且附近留存有大量原料，推測是桐木嶺煉鋅作坊中最晚的煉鋅爐。初步判斷，K23和K24晚于第一冶煉區(qū)的煉鋅活動，之后綜合遺址當(dāng)時考古及周邊家譜的調(diào)查，推測它們的年代最晚至嘉慶時期(1796—1820)。

圖2 桐木嶺遺址K23和K24坑狀遺跡

圖3 桐木嶺遺址出土風(fēng)箱活塞板

圖4 1917年曹仁文章中的土法煉鉛爐

從對爐渣的分析(見后文)可知，這些遺存是煉鉛活動遺留下的，爐渣是煉鉛爐排出的煉鉛渣，K23和K24可能是與煉鉛爐有關(guān)的遺跡。史料明確指出清代郴桂礦廠“黑鉛是高爐裝煉”([6]，卷16：497頁)，即鉛是用高爐冶煉的。1917年，曹仁在《土法冶鋅術(shù)》一文中記載了桂陽、常寧一帶的土法煉鋅和煉鉛的技術(shù)，其煉鉛爐為圓錐形，口徑0.26米，底徑0.64米，高1.28米；爐前底部設(shè)爐門，門外地面作一窩，爐渣或鉛從爐門流出，就貯于此窩內(nèi)；爐后設(shè)一圓孔，是用于連接風(fēng)箱的鼓風(fēng)口(圖4)。([18]，26- 27頁) 該煉鉛爐的容納礦石量、產(chǎn)鉛量與郴桂礦廠“每爐可裝砂數(shù)石，就得鉛數(shù)百斤”([6]，卷16：497頁)的記載基本相符。由此可見，郴桂礦廠煉鉛爐應(yīng)該也是類似的形制和大小，即1米多高，爐前設(shè)爐門，門外有一窩，爐后設(shè)鼓風(fēng)口。桐木嶺遺址的K24直徑為0.75米，與曹仁記載煉鉛爐的直徑(0.64米)較為接近，很可能為煉鉛爐的爐底；K23直徑為0.4米，有護圈殘塊，可能是用于排放爐渣和鉛的爐前坑。

另外，煉鉛爐通常需要鼓風(fēng)，桐木嶺遺址發(fā)現(xiàn)的圓形帶孔木板(圖3)應(yīng)該是筒形風(fēng)箱的活塞板，中央的孔應(yīng)該曾連接有抽拉用的拉桿。筒形風(fēng)箱是中國傳統(tǒng)的雙作用活塞式風(fēng)箱，風(fēng)壓高、風(fēng)量大、鼓風(fēng)效率高，在宋元時期已經(jīng)用于冶金鼓風(fēng)，明清已較為普遍。[19]筒形風(fēng)箱為橫向放置，其出風(fēng)口設(shè)在中間，與煉鉛爐的鼓風(fēng)口對接。

2.2 煉鉛渣的分析

桐木嶺遺址出土的煉鉛渣，大部分是灰黑色碗狀和片狀的爐渣殘塊，有的爐渣上帶有綠色銹蝕，少量為不規(guī)則形狀、帶綠色銹蝕的爐渣。選取13個爐渣樣品進行顯微觀察和成分分析。這些爐渣從外觀上大致可分為3類(圖5)：

第1類爐渣為碗狀，共5個，中間厚，周圍薄，下表面外凸，粗糙帶孔，上表面內(nèi)凹，較為致密，如TML04- 6、TML04- 7。TML04- 4、TML04- 5(圖5a)和TML4- 10(圖5b)還有一層黑色層(即冰銅層)，表面和斷面可見綠色銹蝕。

第2類爐渣為片狀，共4個，分別是TML04- 3、TML04- 11、TML04- 12(圖5c)、TML04- 13，厚薄較一致。其中TML04- 3可見兩層灰黑色爐渣，兩層爐渣中間夾有一層黑色層。

第3類爐渣為不規(guī)則形狀，共4個。TML04- 2、TML04- 8和TML04- 9為不規(guī)則塊狀，存在綠色銹蝕。而TML04- 1似一矛頭，上表面為灰黑色爐渣，下表面有木炭碎屑和綠色銹蝕(圖5d)。

圖5 桐木嶺遺址煉鉛渣

爐渣的分析在中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所中國科技史綜合實驗室進行，采用的方法為：用沈陽科晶SYJH- 180手動切割機從樣品上切下小塊樣品，用環(huán)氧樹脂鑲嵌，用丹麥Struers LaboPol- 1/LaboForce- 3自動磨拋機進行多道磨拋。磨拋好的樣品用德國Leica DM6000M金相顯微鏡進行觀察并拍照。隨后，對樣品進行掃描電子顯微鏡及能譜分析(SEM-EDS)，所用電鏡為捷克Tescan Vega3掃描電子顯微鏡及德國Bruker XFlash 6160能譜儀。樣品噴碳處理后，在高真空下，做形貌觀察和成分分析，所用加速電壓20 kV，工作距離15毫米。在100倍下，對爐渣層和冰銅層分別做3處面掃描，所得的平均成分作為其整體成分。對爐渣層中的冰銅和鉛顆粒、冰銅層中的鉛顆粒等物相做盡可能大的面掃描，判斷其物相組成。

分析結(jié)果顯示，桐木嶺遺址的煉鉛渣基體呈玻璃態(tài)，含有大量長條狀的鐵橄欖石(Fe2SiO4)、少量四邊形的尖晶石(FeAl2O4)。爐渣基體的化學(xué)成分較為一致(表2)，大部分樣品含26%—36%的FeO、22%—30%的SiO2、7%—10%的Al2O3、6%—10%的CaO、2%—4%的K2O等。另外，爐渣中含有較高的ZnO(多為11%—14%)、2%—3%的PbO、2%—4%的SO3，以及低于1%的Cu2O等。

表2 桐木嶺遺址煉鉛渣的基體成分 (wt%)

爐渣中夾雜有較多的冰銅和鉛顆粒。冰銅為含鐵、銅、鉛和鋅的硫化物，形狀不規(guī)則，成分變化較大，F(xiàn)e含量多則32%、少則4%，Cu含量多則34%、少則14%，Pb含量多則51%、少則12%，Zn含量多則7%、少則25%(表3)。冰銅中存在Fe-Zn-S(或Fe-S)、Cu-Fe-S以及PbS-(Fe-Cu-S)交織相(圖6a)。鉛顆粒的大小通常為幾十微米到一二百微米，最大為1毫米，周圍常有一圈冰銅。鉛顆粒含79%—92%的Pb，另含有少量O、Sb和S。3個樣品(TML04- 6、TML04- 10、TML04- 11)的鉛顆粒含有一定的Ag，最高含3.7%(表4)。

有的樣品還存在爐渣和冰銅分層現(xiàn)象，即爐渣和冰銅單獨為一層，如TML04- 1(圖6b)、TML04- 2、TML04- 3、TML04- 5、TML04- 10；有的樣品則全部為冰銅，如TML01- 8、TML04- 9。冰銅層與爐渣中的冰銅相一樣，是含鐵、銅、鉛和鋅的硫化物(表3)。有的冰銅層中還存在較多的鉛顆粒(圖6c)，以及硫酸鉛。另外，在樣品TML04- 1、TML04- 8、TML04- 9中還發(fā)現(xiàn)了木炭殘留物(圖6d)，表明冶煉所用的燃料為木炭。

還需補充說明的是，在桐木嶺遺址K23前面還發(fā)現(xiàn)了一些碎渣，呈黑色或綠色，分析發(fā)現(xiàn)它們中存在爐渣相和冰銅相。這些碎渣應(yīng)該是將煉鉛渣進行破碎后的遺存，很可能是為了分離出冰銅。

表3 桐木嶺遺址煉鉛渣中冰銅的成分 (wt%)

續(xù)表3

表4 桐木嶺遺址煉鉛渣中鉛顆粒的成分 (wt%)

2.3 煉鉛技術(shù)

中國古代煉鉛，所用礦石主要是硫化鉛，即方鉛礦(PbS)，存在三種煉鉛方法([17]，316頁)：(1)直接熔煉法，在較為低矮的敞爐中，通過焙燒使部分硫化鉛氧化，氧化鉛與硫化鉛直接反應(yīng)生成金屬鉛；(2)燒結(jié)-還原熔煉法，先在焙燒爐中將硫化鉛脫硫，再在豎爐中將焙燒過的礦石還原成金屬鉛；(3)鐵還原沉淀熔煉法(下文簡稱“鐵還原法”)，在豎爐或坩堝中直接用金屬鐵還原硫化鉛成金屬鉛。近年來，在我國北方的河北、河南、遼寧等地發(fā)現(xiàn)了一批遼金宋元時期的坩堝煉鉛遺址。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這些遺址均采用鐵還原法[20- 22]。另外，在南方多省發(fā)現(xiàn)了一批唐宋以來的豎爐煉鉛遺址，其中也有使用鐵還原法的，如江西上高蒙山遺址[23]。

前文已討論，桐木嶺遺址煉鉛是在豎爐中冶煉的，其采用的煉鉛法可能是燒結(jié)-還原熔煉法或鐵還原法。從對爐渣的分析來看，應(yīng)該是使用了鐵還原法。首先，從爐渣的SO3和PbO的含量高低可以判斷煉鉛技術(shù)的類型。劉思然等通過比較中外多處煉鉛遺址的

a TML04-5爐渣層中的冰銅

b TML04-1上面深灰色為爐渣層，下面淺灰色為冰銅層，亮相為鉛顆粒

c TML04-5冰銅層中的鉛顆粒

d TML04-1中夾雜的木炭殘留物

爐渣成分，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)-還原熔煉法由于冶煉前礦石經(jīng)過焙燒脫硫，冶煉產(chǎn)生的爐渣SO3含量較低(<1.5%)，還原過程中較強的還原氣氛，使得爐渣中的PbO含量降低，PbO含量波動較大(總體低于25%)；鐵還原法由于礦石未經(jīng)過焙燒，冶煉產(chǎn)生的爐渣含有較高的SO3(>2%)，而PbO含量很低(<6%)[23]。桐木嶺遺址煉鉛渣含有2%—7%的SO3及1%—4%的PbO，并有較高的FeO含量(26%—33%)，可判斷其采用了鐵還原法。其次，煉鉛渣存在較多的冰銅顆粒，有的還存在冰銅層，可見煉鉛豎爐除排出了煉鉛渣，還排出了冰銅。煉鉛產(chǎn)生了較多冰銅，說明所用的硫化鉛礦石沒有脫硫或僅少量脫硫，即沒有焙燒或焙燒得不充分，才會導(dǎo)致爐渣中存在較多冰銅以及冰銅的單獨排出。史料明確記載郴桂礦廠煉銅和煉鋅需要“煅砂”([6]，卷11：438，卷16：497頁)，但未提及煉鉛需要“煅砂”，可為佐證。

桐木嶺遺址煉鉛所用的礦石為方鉛礦(PbS)，從爐渣和冰銅的成分來看，礦石中還含有較高的鋅、銅等，即伴生有較多閃鋅礦(ZnS)、黃銅礦(CuFeS2)等。在鐵還原法煉鉛過程中，由于相比于鉛，鐵與硫有更好的親和性，金屬鐵能將硫化鉛的鉛還原出來(反應(yīng)過程為：PbS+Fe=FeS+Pb)。然而，銅比鐵更容易和硫結(jié)合，鐵無法將銅的硫化物中的銅置換出來，銅會以硫化物的形式進入冰銅中，因此該遺址煉鉛渣中的冰銅有較高的銅含量(14 %—34%)，最高達34%，與史料記載的灱水的銅含量(32%—40%)相近。如此高的銅含量的冰銅是很好的煉銅原料。

桐木嶺遺址煉鉛渣中存在較多銅含量高的冰銅，說明煉鉛過程中產(chǎn)生了大量此類冰銅，一部分進入了煉鉛渣，應(yīng)該還有部分冰銅進入了冶煉產(chǎn)生的粗鉛。遺址上未發(fā)現(xiàn)粗鉛產(chǎn)品，但可以推測粗鉛中存在冰銅，可以熔煉分離出冰銅，用于煉銅。K23前碎渣的存在，說明煉鉛渣曾被破碎，可能是為了分離出其中的冰銅和鉛。桐木嶺遺址發(fā)現(xiàn)冶煉含銅硫化鉛礦石留下的遺存，未見后續(xù)鉛渣煉銅的遺存。乾隆年間，桂陽州煉鉛多在州城附近，所煉得的粗鉛運到州城的官局熔煉成凈鉛，產(chǎn)生的鉛渣會進一步處理成灱水，一般運往州北木炭資源豐富的野鹿灘去煉銅([6]，卷14：251頁)?？梢?，一般煉鉛作坊不存在后續(xù)步驟產(chǎn)生的遺存。桐木嶺遺址煉鉛渣中存在的冰銅可以間接印證史料中郴桂礦廠存在鉛渣煉銅活動。

3 獨特的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)

清代郴桂礦廠鉛渣煉銅法是一種獨特的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)，與一些史料記載和其他地區(qū)的考古發(fā)現(xiàn)均不同。

中國古代銅鉛共生礦冶煉的記載最早見于明末宋應(yīng)星《天工開物》。該書《五金》卷指出：有一種銅礦“與鉛共體者，其煎煉爐法，旁通高低二孔，鉛質(zhì)先化，從上孔流出，銅質(zhì)后化，從下孔流出”(圖7)。([4]，325頁) 另有一種鉛礦“出銅礦中，入洪爐煉化，鉛先出，銅后隨，曰銅山鉛，此鉛貴州為盛”。([4]，343頁) 這兩段話表明，銅礦和鉛礦常常共生，將銅鉛共生礦在高爐中冶煉，鉛先流出，銅后流出。但是，“鉛質(zhì)先化，從上孔流出，銅質(zhì)后化，從下孔流出”的說法與插圖中所繪的出鉛口低于出銅口不符。實際上鉛的密度大于銅，確應(yīng)如圖所示鉛從下孔流出、銅從上孔流出?！短旃ら_物》有關(guān)銅鉛共生礦冶煉技術(shù)的描述比較簡略，未指出礦石的種類，以及冶煉前是否需要焙燒礦石。從冶煉先出鉛、后出銅的描述來看，使用的應(yīng)該是氧化礦或焙燒過的硫化礦。冶煉氧化礦或焙燒過的硫化礦，由于鉛易還原且熔點較低，先從爐子流出，而銅難還原、熔點較高，后從爐子流出。

圖7 《天工開物》化銅圖([4]，328頁)

目前我國已發(fā)現(xiàn)多處使用銅鉛共生礦冶煉技術(shù)的冶煉遺址。內(nèi)蒙古赤峰塔布敖包遺址為夏家店上層文化的冶煉遺址，主要用從林西大井銅礦開采的共生礦石直接冶煉銅錫砷三元合金。該遺址還發(fā)現(xiàn)了兩件銅鉛硫化、氧化共生礦石和一件銅鉛合金殘塊，李延祥等認(rèn)為塔布敖包遺址曾使用過銅鉛共生礦石直接冶煉銅鉛合金并鑄造青銅。[1]湖北陽新大路鋪遺址的兩個爐渣中發(fā)現(xiàn)鉛、純銅、白冰銅共存，推測是銅鉛共生礦冶煉的遺物，冶煉過程中可能先排出易還原、密度較大、熔點較低的金屬鉛，后排出純銅。[24]廣西北流銅石嶺漢唐冶煉遺址發(fā)現(xiàn)銅鉛冶煉渣，爐渣存在銅鉛合金顆粒，未發(fā)現(xiàn)冰銅，說明冶煉的是銅鉛共生氧化礦，產(chǎn)物是銅鉛合金，并使用凝析法將銅、鉛分離。[2]四川西昌東坪漢代冶煉遺址發(fā)現(xiàn)了銅鉛冶煉渣，爐渣中存在銅鉛合金顆粒和冰銅，說明其使用銅鉛共生硫化礦石，經(jīng)不完全焙燒后冶煉出銅鉛合金，并可能采用凝析法分離銅、鉛。[3]上述遺址的銅鉛共生礦冶煉方法，采用的多是氧化礦或焙燒過的硫化礦，在高爐中冶煉，反應(yīng)得到的是銅和鉛的合金，可以進一步分離銅和鉛。

清代郴桂礦廠使用的是硫化礦，在冶煉前未經(jīng)焙燒，用鐵還原法在高爐中冶煉，反應(yīng)得到的是鉛和冰銅，可以通過熔煉將冰銅分離出來，再將冰銅焙燒、冶煉，最后煉成銅。這種技術(shù)是郴桂礦廠所獨有的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)，是鐵還原法煉鉛技術(shù)與冰銅煉銅技術(shù)的結(jié)合，在冶金史上系首次發(fā)現(xiàn)。這種復(fù)雜的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)步驟繁多，需要多次熔煉，才能將鉛礦中的銅提取出來。

清代郴桂礦廠選擇這樣的技術(shù)，可能與當(dāng)?shù)劂~礦資源少但對銅需求大有關(guān)。清代郴桂礦廠鉛鋅礦多、銅礦少，銅礦開采較難。清代湖南是僅次于云南省的全國鼓鑄第二大省，銅是寶南局鑄錢所需幣材原料中比例最大的金屬。乾隆年間寶南局鑄錢所需銅量為每年10—39萬斤，最高時為78萬斤。([10]，191頁) 作為湖南最主要的銅產(chǎn)地，郴桂礦廠尤其重視銅礦的采冶。桂陽州綠紫坳、石壁下礦廠是郴桂最大的兩個銅廠，所產(chǎn)的“砂銅”，在乾隆二十六年至三十六年間(1761—1771)出產(chǎn)最旺，年產(chǎn)量最高達50萬斤，是寶南局銅料的主要產(chǎn)地([10]，117頁)。郴桂多處礦廠利用鉛渣煉銅技術(shù)從鉛銅共生礦中提取銅，所產(chǎn)銅稱為“渣銅”，但是產(chǎn)量較小。查閱中國第一歷史檔案館有關(guān)檔案，郴桂礦廠渣銅產(chǎn)量從乾隆十余年的2—3萬斤[25]，減少到乾隆末年4 000余斤[26]，至嘉慶末年只有2 000余斤[27]。渣銅雖然產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于砂銅，但也是郴桂礦廠重要的銅料來源之一，受到政府嚴(yán)苛的抽稅和管理。

4 結(jié) 語

通過對史料記載的梳理、煉鉛遺存的復(fù)原以及對煉鉛渣的分析，本文復(fù)原了清代郴桂礦廠采用的鉛渣煉銅技術(shù)，表明它是一種先煉鉛、再煉銅的鉛銅共生礦冶煉技術(shù)。不同于其他銅鉛共生礦冶煉技術(shù)，它是鐵還原法煉鉛、冰銅煉銅兩種技術(shù)的結(jié)合，是清代郴桂礦廠特有的技術(shù)。這種技術(shù)產(chǎn)生的原因，是由于郴桂礦廠銅礦資源少，但又需要盡可能滿足寶南局鑄錢對銅料的需求。

中國至少在唐宋時期已經(jīng)利用銅含量3%—6%的硫化銅礦石來煉銅，如江蘇南京九華山唐代煉銅遺址使用含銅6%的硫化銅礦石[28]，南宋《龍泉縣志》記載利用含銅3.3%的硫化銅礦石([17]，263頁)。清代郴桂礦廠通過鉛渣煉銅技術(shù)，即先煉鉛，再分離出冰銅，最后將冰銅煉成銅，可以利用含銅量不到1%的鉛礦石來煉銅。這種技術(shù)系冶金史上的首次發(fā)現(xiàn)，體現(xiàn)了古人最大程度利用礦石中多種金屬的智慧。對鉛渣煉銅技術(shù)的研究仍需更多田野考古和科技檢測工作，期待直接實物證據(jù)的發(fā)現(xiàn)。

致 謝感謝評審專家、主編的修改意見。感謝北京科技大學(xué)劉思然博士在論文寫作和修改期間的討論和建議。