矿石-关于秦代采矿及冶炼铸造技术的探讨

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原文标题：关于秦代采矿及冶炼铸造技术的探讨

一、问题的提出
我国是具有5000年以上文明历史的世界上最古老的文明古国之一。而在中国历史上，秦文化对中国历史的发展与进步产生过巨大的影响，从秦始皇兵马俑等秦代文物的出土使我们更加 深刻地认识到了颇具魅力的秦文化。从所展示的秦代文物，如铜车马和青铜兵器等珍贵历史文物，可以想象并预测出在2000多年前的秦代，我国的采矿、冶炼铸造技术在当时得到了迅 速发展，进而使得秦代制造的许多产品其质量完全可以和现代精制的同类产品相媲美。
首先，从出土的秦铜车马和秦青铜器等文物可以看到秦代工匠精湛高超的技艺；且从大量的 金属物体和器具又可以看出当时需要生产和提供大量的金属如金、银、铜、铁、锡等金属材料；而这些金属原料均来源于地下矿藏，这就意味着需要大量的金属矿石。这也就使我们联 想到：秦代需要如此之多的金属矿石，那么这些矿石是如何开采的?开采后又是如何冶炼出 金属

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的?冶炼出金属之后又是如何铸造加工成金属物品和器具的?这些都是我们学术界和科技 工作者需要探讨的。
中华民族历史悠久，在漫长的历史发展进程中，作为社会文化的重要组成部分，采矿、冶炼 及铸造技术一直伴随着社会文明的不断进步而不断获得发展。从原始社会到奴隶社会的青铜器时代，我国历史上的采矿、冶炼及铸造技术产生了第一次质的飞跃。同时，这也象征着中 华民族祖先的综合文化达到了一个新的里程碑；而由青铜时代发展到后来的铁器时代，这恰恰说明此历史

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现象是中华民族的综合文化和文明程度发展到又一个新里程的集中体现；而我 国的采矿技术、冶炼和铸造技术也实现了第二次飞跃。在此漫长的历史发展进程中，由于秦代实现了我国历史上封建统治的第一次大统一，这无疑在客观上促进了中华民族综合文化的 发展与进步，这一过程实际上也是人类文明史上的一大进步

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，这一过程的影响在社会生活和科学技术领域持续至今。由于当时人民生活的需要和社会需求的增加，作为社会发展必不可 少的重要组成部分的矿石开采和冶炼及金属铸造工艺技术

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也必将随之而更加得到重视并获得进一步的发展；而这些工艺技术的发展，必将为后来的民族工业不断发展和技术进步奠定基 础。
但是，由于时代的久远和历史变迁过程中的诸种原因，有关秦代的许多采矿技术、冶炼及铸 造工艺都未能传下来，使许多优秀的民族工艺和技术失传了，为我们研究秦代矿冶技术发展历史带来一定的困难。尽管如此，随着秦代文物的不断发掘和考证，为我们探讨秦文化和当 时的工业技术发展状况提供了一定的参考依据。
综上所述，本文就秦文化发展的组成部分(而且是重要的组成部分)——秦代的金属矿藏开采 、金属矿石的冶炼和金属铸造技术进行初步探讨，为揭示秦文化发展过程提供参考依据。
二、秦代的采矿及冶炼铸造技术
中国从夏王朝开始进入青铜时代；同时，中华民族也进入了以国家为标志的文明时期。根据 考证，早在4000多年前的新石器时代晚期，我们的祖先就已开始使用铜器。这就说明，当时 我国已掌握了比较先进的炼铜和铸造技术，而采矿技术无疑也已很成熟了。在春秋、战国时，我们的祖先就已普遍使用铁器，并且对铁的机械性能有了明确的认识。由于铁器逐步推广 应用到社会各个生产领域，大大推进了社会生产的发展，而社会的发展为奴隶制的瓦解和封建制度的形成在客观上提供了充足的物质基础。
而到了秦代尤其是建立了统一的封建国家之后，由于在全国实施了统一文字、统一货币、统 一法律、统一车轨和度量衡等措施，这种空前的统一，对秦代社会进步和文化的发展都具有巨大的推动作用；对当时采矿、冶炼和铸造等工艺技术的发展同样具有巨大的推动和促进作 用。而采矿及冶炼技术的飞速发展又相应地推动了秦代社会经济的发展，奠定了秦代军事鼎立各国之首的格局。
(一)秦代的采矿技术
根据秦兵马俑博物馆展出的文物和有关的考古资料来推断，秦代的采矿技术已发展到很高的 水平。虽然没有任何的文字记载，但我们可以根据有关的文物考证结果和史书资料有关内容
推断，秦代的矿藏开采主要采用以下两种采矿方法。
第一种：地下非规则空场开采法；
第二种：露天坑槽采矿法。
由于受当时条件所限，上述两种采矿方法均采用人工运输，开采效率是无法与今天的采矿作 业率相比的。第一种方法属于地下开采方法。由于在客观上受通风、排水等因素影响，开采深 度不会太大，而应在100米之内从事开采活动。第二种方法属于露天开采方法。由于受客观 条件限制，露天开采的露天坑或槽都不会太大也不会太深，而且不会像现在露天开采那样规则。
从我国湖北“铜绿山矿冶遗址”考证结果来分析，铜绿山开采铜矿采用的采矿方法可归入“ 地下非规则空场法”这一开采方法之内。在平原或丘陵地带，这种采矿方法主要特征就是从地面开挖竖井，然后在地下开挖巷道；在山区就是在山坡一侧直接开挖巷道或平硐；并在巷 道或平硐内开采矿石；然后通过竖井利用辘轳将矿石从井下提升运输到地表或在山坡一侧直接通过平硐或巷道将矿石运出。这种采矿方法在采矿技术装备高速发展的今天仍在使用，只 不过是将人工开采和运输方式变成机械化了而已。铜绿山开采铜矿石，其竖井开挖深度已达到60～90米，实际上已超过地下水位20余米，当时在井下部分地段形成了盲斜井。采区竖井 的井口呈方形(边长为3米到5米之间)。当时的开采实际上是采用脉内开拓方式，开拓巷道或平硐的过程实际上就是开采矿石的过程。当时对竖井和地下巷道均采用了木支护，同时发现 在井下的部分空区还利用废石进行了充填，这一现象也可以说是当代充填采矿法在古代的最早体现。
另外，从湖南麻阳九曲湾开采的铜矿遗迹来分析，秦代也在那里采过铜矿石。当时主要使用 了地下非规则空场法进行铜矿石的回采，并将采出的矿石从平硐直接运出后进行冶炼。
从有关考古资料来分析，秦代在东北辽宁省鞍山附近的弓长岭等地开采过铁矿石，采矿方法 除用地下非规则空场法之外，还使用了前面所述的露天坑槽采矿方法。由于许多矿区矿体在地表存在露头，因而易于实现这种采矿方法，开采后，在地表即形成露天坑或露天槽。
从有关的考古资料分析，在秦代不仅对铜矿和铁矿已进行大量的开采，而且对其他金属矿石 也进行一定规模的开采活动。据史书记载，秦时期的我国江南就出产金、锡、铅、朱砂等矿产，铜、铁开采的矿点在山区较多，如蜀郡临邛(今四川邛崃)、弘农宜阳(今河南境内)、河 东安邑(今山西省夏县)等地均有采矿点。可见当时采矿业是比较发达的。而这与秦代管理制度有很重要的关系，当时在全国许多郡都设置“铁官”来主管铁矿等金属矿的开采、冶炼和铸造。根据《史记》记载，司马迁的祖父司马昌在战国时期就担任秦国的“铁官” 。因此秦统一全国后必然加强其对金属矿开采、冶炼及铸造业的管理。
由于秦代在全国各地开采金属矿产，从而为冶炼金属和铸造各类器具提供了丰富的原料。同时，秦代的采矿技术在我国科技史上也留下了光辉的一页。
(二)秦代的冶炼铸造技术
我国在金属冶炼铸造方面具有悠久的历史。到了秦代，我国的金属冶炼铸造技术更加成熟了 ，从秦兵马俑出土的大量青铜器可见，当时的冶炼铸造技术已相当精湛、相当高超了。在20 00多年前的秦代，没有电力和大型机械化设备，而只靠手工操作，但当时所造出的许多金属 器械的质量不亚于今天现代机械化生产的效果；这其中冶炼铸造工艺技术起到了关键性作用。而冶炼铸造技术的提高，鼓风设备是很重要的一个环节。
我国自金石并用时代一直到春秋战国以前，人们从矿石中冶炼金属，均采用“块炼法”，由 于采用木炭做燃料，当时的鼓风设备差，冶炼炉温较低，因此，早期从矿石中炼出的铜和铁一般都属于“块炼铜”和“块炼铁”；当时是在1000℃以下的温度条件下，由木炭还原直接 得到的一种含有大量非金属夹杂的海绵状的固体金属块，需要经过锻造除渣成型。而到了秦代，已发明了较先进的强力鼓风系统，改进了鼓风方法和设备。当时可能采用了大型皮囊和 多皮囊鼓风系统，并发明了较高的竖炉用于金属矿石的冶炼作业。这样就显著地提高了冶炼炉的温度，此时的冶炼温度可达到1500℃以上，使铜铁等金属矿石炼出的金属质量显著提高 了。用这一系统冶炼出的铜、铁等金属出炉时呈液态，非金属夹杂少，可连续生产，也可直接浇铸成型。
秦代的冶炼铸造技术充分显示了我国古代劳动人民的智慧和创造才能，它不仅为我国秦代以 后冶铸工业技术的发展奠定了基础，而且在世界科技史上也占有重要地位，为人类科技事业发展做出了贡献。
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