鋅的冶煉困難較大,是古代主要有色金屬中出現(xiàn)最晚的一個,西方考古學家曾發(fā)掘出公元前留下的一些金屬鋅碎片,但這肯定是冶煉其他金屬時偶然得到的,當時并未掌握鋅的冶煉方法。
我國和印度是生產(chǎn)鋅最早的國家。從16世紀開始,我國的鋅通過東印度公司輸入歐洲,根據(jù)史料記載,18世紀30年代英國人IssacLawson來中國考察并學習了煉鋅技術,1738年WilliamChampion取得煉鋅專利,于1740年在英國Boston建廠生產(chǎn),開始了歐洲煉鋅的歷史,學者們普遍認為,歐洲的煉鋅技術是從中國傳去的。
鋅的主要合金——黃銅的出現(xiàn)要比金屬鋅早得多,1974—1975年我國考古學家在山東膠縣三里河屬于龍山文化的地層中發(fā)現(xiàn)兩段黃銅錐,其年代為公元前2400—前2000年,經(jīng)檢驗,鋅的平均含量為23.2%,并有鐵、鉛、錫、硫等雜質,可能是采用含鋅的銅礦直接冶煉得到的,這是迄今世界上發(fā)現(xiàn)最早的黃銅器物。
1.1.1煉鋅的起源我國煉鋅起源于何時,是科技史界多年來探討的問題,但至今尚無一致的看法。有人提出在公元10世紀初的五代就已掌握了鋅的提取方法,并開始使用,因為《本草綱目》曾引了五代軒轅述《寶藏暢微論》中“倭鉛可勾金”一語,所以認為至少在乾亨二年(918年)即已用鋅,“倭鉛”是鋅的古稱。
有的學者在分析宋錢時,曾發(fā)現(xiàn)一枚紹圣年間(1094—1098年)的錢,成分(%)為:
銅55.49,鉛25.80,鋅13.15,錫3.07,鐵1.40。對照《宋史·食貨志》的記載:“蔡京主行夾錫錢……每循(xún量詞,用于成串的銅錢,每串一千文)用銅八斤,黑錫半之,白錫又半之?！奔淬~、黑錫、白錫的用量比是1:0.5:0.25。這個比例與上述紹圣錢中銅鉛鋅的比例基本相符,因此有的學者認為黑錫就是鉛,白錫就是鋅,如果這一觀點能被證實,就說明我國在宋代時鋅已用于鑄錢,它的產(chǎn)量相當可觀,為了證實這一觀點,有人曾帶手提式X光熒光儀到幾個省級博物館,檢驗了大批宋錢(包括不少紹圣錢),但始終沒有發(fā)現(xiàn)一枚含鋅量高的錢,所以他們對這一觀點存有異議。
大多數(shù)學者認為我國從明代開始大量生產(chǎn)鋅(1368—1628年)。
1.1.2鋅的冶煉古代煉鋅的原料是爐甘石,系鋅的氧化礦,主要是菱鋅礦(ZnCO3),這種礦物是容易被木炭還原的,但冶煉溫度高于鋅的沸點(907℃),因此得到的氣態(tài)鋅,如果沒有快速冷凝裝置,鋅蒸氣將被空氣氧化或與爐氣中的二氧化碳反應又生成氧化鋅,因此要得到金屬鋅,首先必須解決鋅蒸氣在爐內(nèi)冷凝的問題。
早期的煉鋅方法,由于缺乏文獻資料,很難考證。到了明末,宋應星在《天工開物》
(初刊于1637年)中有一段敘述用爐甘石煉鋅的過程:“其質用爐甘石熬制練就而成,繁產(chǎn)山西太行山一帶,而荊衡次之。每爐甘石十斤,裝載于一泥罐內(nèi),封裹泥固,以漸砑干,勿使見火拆裂。然后逐層用煤炭餅墊盛其底,鋪薪發(fā)火,煅紅,罐中爐甘石熔化成團,冷定,毀罐取出,每十耗其二,即倭鉛也。此物(鋅)無銅收伏,入火即成煙飛去,以其似鉛而性猛,故名曰倭鉛”。這是世界上最早煉鋅技術培訓的記載。
從明代起,我國金屬鋅大量出口歐洲,20世紀初,在廣東發(fā)現(xiàn)一塊鋅塊,上面有“明萬歷十三年酉”的字樣(即1585年),分析結果含鋅98%,有的學者認為這就是16和17世紀輸往歐洲的實物。1745年從廣州裝運鋅錠的一艘船在瑞典哥德堡觸礁沉沒。1872年被打撈起一部分,經(jīng)分析,鋅錠品位為98.97%,按當時的條件衡量,冶煉水平已經(jīng)很高了。
我國傳統(tǒng)的煉鋅工藝在貴州、云南等地山區(qū)一直流傳至今,在貴州赫章媽姑地區(qū),現(xiàn)在還堆積有大量古代爐渣和蒸餾罐碎片,據(jù)地方志載,這就是古代著名產(chǎn)鋅地蓮花廠,傳說自五代漢高祖天福年間(947年)就開始冶煉,目前該地區(qū)仍采用傳統(tǒng)方法煉鋅,原料為氧化鋅,含鋅為16%~17%,經(jīng)和還原用的煤粉混合后裝入蒸餾罐內(nèi),外面加熱,數(shù)小時后在罐的上部用耐火泥做成一個兜,作為鋅蒸氣的冷凝器,上面再加蓋,憑經(jīng)驗控制反應區(qū)及冷凝區(qū)的溫度,一個爐內(nèi)一般安放36個罐,因為加熱爐呈長方形,頗似馬槽,所以俗稱“馬槽爐”。操作周期為一晝夜,每個兜內(nèi)可收到0.5kg左右的金屬鋅,純度一般能達到98%,接近目前國標5#鋅(含鋅98.7%)。
1.1.3鋅的產(chǎn)量有關鋅產(chǎn)量的記載較晚,到清代才有,從《清實錄》及地方通志上可以看到某些地區(qū)的產(chǎn)量。當時貴州是主要的產(chǎn)鋅地區(qū)。福集、蓮花兩廠在乾隆五十三年(1788年)鋅產(chǎn)量為六百萬斤;廣西融縣四頂山在乾隆二十九年至三十八年(1764—1773年),平均年產(chǎn)鋅量為四十八萬斤;湖南桂陽、郴州在乾隆五十年(1785年)產(chǎn)鋅十三萬斤;云南東川者海鉛廠在嘉慶十三年(公元1808年)產(chǎn)鋅二十二萬斤,其他如四川、廣東、山西等省也有一定產(chǎn)量,但無具體數(shù)字,估計18世紀時全國鋅的年產(chǎn)量為三四千噸。
1.1.4古代鋅的用途古代鋅的主要用途是制造黃銅。
最早的黃銅是由含鋅的銅礦直接冶煉得到的,后來則采用銅中加入爐甘石進行還原冶煉。宋代崔昉在《外丹本草》中載有:“用銅一斤,爐甘石一斤,煉之即成鈺石一斤半。”“鈺石”是古代對黃銅的另一名稱,由于黃銅色澤美麗,深得人們的喜愛,元代《格致粗談》說:“赤銅入爐甘石煉為黃銅,其色如金?！?/p>
到了明代,采用金屬鋅直接配置黃銅,從而使黃銅的質量提高到一個新的水平,能精確地控制鋅的比例,得到好幾個黃銅品種,以供不同的用途。當時黃銅主要用來鑄錢及制造各種器皿,據(jù)《明會典》記載,嘉靖中(1522—1566年)鑄通宋錢六百萬文,用二火黃銅四萬七千二百七十二斤,明宣宗宣德三年(公元1428年),大量鑄造宣德、鼎彝,用銅三萬一千六百八十斤,鋅一萬三千六百斤,還配加了其他一些金屬,生產(chǎn)的“宣德爐”表面呈朱砂色,目前是馳名中外的珍貴文物,清代時由于大量鑄錢,鋅的需要量更加可觀。
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