第2章 领先铸造——矿产冶炼
非金属矿产资源和人类生活关系极其密切，我们的祖先在几千年的生产实践中开发利用了大量非金属矿产。尤其是对天然气、石油、煤、盐等的开发和利用，有多项技术属于首创，当时在世界上处于领先地位，对人类的生存和发展发挥了巨大的作用。
我国古代生产生铁的技术比较高，通过脱碳退火办法得到的生铁铸件，是我国古代冶金技术上的一项重大发明。由生铁催生的炼钢技术，以及我国独有的铜冶炼技术，它们都是具有划时代意义的重大事件。
开发利用非金属矿产
非金属矿产资源的开发利用具有最悠久的历史，可以说，它对人类的生存、进化和繁衍起了不可取代的作用。中华民族在几千年的生产实践中开发利用了大量非金属矿产。
我国非金属矿产资源丰富，其中对天然气、盐、石油、煤的开发和利用，在当时世界上处于领先地位，极大地促进了人类社会的进展，改善了人类的生活条件。
北周武帝时期，突厥佗钵可汗率兵汗围攻北周重镇酒泉，大肆掠夺财物。而北周时期刚经历了灭北齐一仗，国力尚处在恢复期，但酒泉人以石油为燃料，奋力焚烧突厥攻城器具。
佗钵可汗从未见过这种燃烧物，马上命令士兵用水扑火。但是，被泼上水的火不但不灭，反而越烧越旺。最后突厥军大败，北周军民保卫了酒泉城。
这个战例，在我国石油应用史上占有极其重要的地位，从此以后，石油逐渐成为火攻武器的重要原料。其实，我国古代在对石油认识加深的同时，对天然气的开发利用也逐渐达到了新的高度。
我国是世界上最早开采和利用天然气的国家，在秦代就有凿井取气煮盐的情况。在欧洲，英国是最早使用天然气的国家，时间为1668年，比我国晚了1000多年。
晋代的常璩写在《华阳国志》里，描述秦汉时期应用天然气有一段话：临邛县“有火井，夜时光映上昭。民欲其火，先以家火投之。顷许如雷声，火焰出，通耀数十里。以竹筒盛其火藏之，可拽行终日不灭也……取井火煮之，一斛水得五斗盐。家火煮之，得无几也。”
这段话向后人透露了两条消息：早在2000多年前，人们就用竹筒装着天然气，当火把点火走夜路。用天然气煮盐，要比普通的家火燃烧得旺，出盐也多。
“火井沉荧于幽泉，高烟飞煽于天垂”。这是晋代人对四川火井的诗意描写。其实，比这更早些的西汉杨雄在《蜀都赋》中，已把火井列为四川的重要物产之一，可见火井由来已久。
从出土文物东汉画像砖上刻画的《煮盐图》中可以看到当时天然气利用的实例。汉代就已克服了火井爆炸的困难，并且还用竹筒盛装天然气，类似今天的储存天然气的气罐，创造利用天然气的方法。
南宋时期，成都邛崃县天台山的一片山坡上，常常有一缕缕带臭味的怪气冒出来，熏得周围的庄稼全都枯萎了。当地百姓不知是什么妖怪作祟，修了一座宝塔镇住气眼，从此再不冒气影响庄稼了。这“怪气”其实就是天然气。
为了开发石油和天然气，我国古代劳动人民在生产实践中逐步发明创造了一整套钻井技术。
远在战国时期，我们的祖先就已开凿较深的井，自汉代以来，劳动人民进而推广和改进了钻井机械。
我国在公元前211年钻了第一个天然气气井，据有关资料记载深度为150米。在今日重庆的西部，人们通过用竹竿不断地撞击来找到天然气。天然气用做燃料来干燥岩盐。
宋代的深井钻掘机械已形成一项相当复杂的机械组合。普遍废弃了大口浅井，凿成了筒井。
至明代，钻井机械设备和技术有了更进一步的发展。据明代学者曹学佺的《蜀中广记》记载，东汉时期，“蜀始开筒井，用环刃凿如碗大，深者数十丈”。
我国古代的天然气开采技术是比较先进的，比如小口深井钻凿法，套管固管法，笕管引气法，试气量法和裂缝性气田的钻凿等技术，均为世界首创。
我国钻井技术的起源和发展与制盐业有着密切的联系。第一座盐井出现在古巴蜀地区，即现在的四川地区。
当时四川的运输业极不发达，海盐很难运到地处内地、道路艰险的四川。但古代巴蜀人发现自己的脚底下就蕴藏着丰富的岩盐和含盐分很高的卤水，他们即因地制宜，开采地下盐以食用。四川人称食盐为“盐巴”。
在四川，产盐的地区主要集中在自贡地区，井架林立的自贡因此有“盐都”之称。
采盐的需要促进了深井钻探技术的发明和发展。钻井深度越来越深，钻透盐层再往下便是天然气层，卤水制盐需要熬制，使用当地天然气作燃料既方便又经济。
由此可见，天然气就是在深井制盐业的促进下开发的，两者的发明基本上是同时出现。
由于天然气层较深，要开凿气井必须有优良的钻井设备。我国当时已有先进的铁制业，为钻井提供了铸铁造的钻头。动力则用人力。人先跳到杠杆的一端把钻头抬高，再跳下来使钻头砸下去。
钻井用的竹缆是由竹条制成的。竹缆具有很强的抗拉强度，与一些钢缆的抗拉强度相当。而且竹缆有极好的挠性，容易绕在钻头提升鼓上，而且遇水后强度增加，恰好用来冲击岩石。
在不断的劳动实践中，古巴蜀人民发明了一系列专用的钻井工具，总结出一整套钻井技术，开凿出一大批很深的天然气井。这些深井钻探技术迅速传播开来，被世界各国仿效采用。
盐的生产在我国历史悠久。据研究考证，夏代时已产盐，主要为海水煮盐，主产于福建沿岸等地。
殷商时期，规模扩大，不仅有海水制盐，而且有湖水制盐，不仅有制盐工人，而且有管盐的“盐人”。战国时，有池水制盐，也有井卤煮盐。表明我国是世界最早的产盐国。
据《华阳国文·蜀志》记载，四川省临邛即现在的邛崃县制井盐，“井有二水，取井火煮之，一封水得五织盐”。“二水”即卤水，“井火”就是天然气。这里是世界最早制井盐的地方。
我国古人很早就能分辨出石油露出地表的有油苗、气苗和沥青三种形态。其中的油苗是地壳内的石油在地面上的显露的痕迹，是寻找石油矿的重要标志。
石油的出现时间并不清楚，最早记载于东汉班固《汉书·地理志》，提及上郡高奴县的洧水可以燃烧，其实是水面上漂浮着原油或石蜡、沥青的东西。据此推算，最迟在西汉时就发现石油。
石油的名称首见于北宋科学家沈括的《梦溪笔谈》，之前多称为“石漆”，可能由于一些油苗含沥青质高、颜色像漆一般黑。
也有人叫石油为“水肥”，主要由于浮在水面的一层油像肥肉一样，一点即燃。沈括发明了用石油做“炭黑”，再用炭黑来制墨。
石油在古代的开发并不普遍，只有小规模的开采。古人发现石油有不同的功用。
北周武帝时期，石油曾经被酒泉人作为燃料，烧毁来犯的突厥人的攻城器具，突厥军大败。这是石油在我国军事史上的首次利用。
北魏郦道元《水经注》中说酒泉延寿县河里有一层肥如肉汁的东西，可以涂在车和水碓的轴承上，效果非常好。
石油一点就燃，十分明亮，但燃烧时烟很大，要经过提炼才能使用。古人把石油浇灌成烛，亮度是普通蜡烛的三倍。
我国是世界上最早利用煤的国家。据考古学家考查发现，辽宁省新乐古文化遗址中，就发现有煤制品，河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。
在我国汉代的冶铁遗址里，有冶炼时使用的各种燃料，其中就有煤饼即蜂窝煤。这一重要发现，说明在西汉时期，煤已经不仅用于工业，而且那时的人已经会把开采出来的煤制成煤饼。
在史籍记载中，《山海经》中曾写道“女床之山其阴多石涅。”这里的石涅就是煤。可见煤作为一种矿物质，最迟在战国时期，就已被我国古代的劳动人民所发现和利用。
据史料记载，三国时期曹操在修筑铜雀台时，在室井内储存了煤，以备打仗时燃用。
后魏时期郦道元的《水经注》上，有这样一段话：“邺县西三台，中曰铜雀台，上有冰室。室有数井，藏冰及石墨。石墨可书，又燃之难尽，亦谓之石炭。”由此可见，当时的皇家贵族已经开始利用煤作为燃料。
至隋代，煤在民间已经开始通用。历代王朝都把煤作为政府的专卖品，为的是增加财政收入。宋代朝廷已经设有专门卖煤的职务了。
至元代，人们把“石炭”开始称为“煤炭”。明代的煤业生产在当时已经是一个大的生产行业，煤的开采与使用也已经十分广泛。
明末清初，我国的煤业已经达到当时世界上最高的水平，而且已经能炼出焦炭。
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曹操建铜雀台，至十六国时期，后赵国君石虎又加扩建。《邺中记》的描述透露了一些关键信息，其中就有储藏煤、盐等战略物资的描述。
铜雀台的冰井台是在台顶建冰室，冰室内挖有深度达15丈的大井多口。这个大窖虽名为“冰室”，其实却是储存各种生存基本物资的仓库，深井里分别贮存着最重要的几种生活资料：有的井里藏冰，有的井里藏煤，有的井里藏粟米，有的井里藏盐。
从铜雀台室井储存煤的史实，可见我国古代对煤的利用很早。
古代先进的冶金技术
我国钢铁冶炼技术的发展是从冶炼生铁开始的，冶铁术大约发明于西周时期。先炼生铁后炼钢，生铁是炼钢的原料。炼钢的出现是具有划时代意义的重大事件。此外，铜冶炼技术也是我国的一项重大发明。
在我国古代冶金技术的发展过程中，风箱扮演者极为重要的角色。它是我国发明的一种世界上最早的鼓风设备。
欧冶子是春秋时越人，是当时的冶金高手，更是我国历史上著名的铸剑师。《越绝书》中记载有“楚王见剑”的故事，让我们有幸看到“龙渊”剑的诞生过程。
楚王命令相剑家风胡子到越地去寻找欧冶子，叫他制造宝剑。于是欧冶子走遍江南名山大川，寻觅能够出铁英、寒泉和亮石的地方，只有这三样东西都具备了，才能铸制出利剑来。
最后，欧冶子来到了龙泉的秦溪山旁，发现在两棵千年松树下面有7口井，排列如北斗，明净如琉璃，冷澈入骨髓，实乃上等寒泉，就凿池储水，即成剑池。
欧冶子又在茨山下采得铁英即纯净的铁，拿来炼铁铸剑，就以这池里的水淬火，铸成剑坯。可是没有好的亮石，终是无法磨出宝剑。
欧冶子又爬山越水，千寻万觅，终于在秦溪山附近一个山岙里找到亮石坑。发觉坑里有丝丝寒气，阴森逼人，知道其中必有异物。于是焚香沐浴，素斋三日，然后跳入坑洞，取出来一块坚利的亮石，用这里的水慢慢磨制宝剑。
经两年之久，终于铸剑3把：第一把叫“龙渊”；第二把叫“泰阿”；第三把叫“工布”。
这些剑弯转起来，围在腰间，简直似腰带一般，若一松手，剑身即弹开，笔挺笔直。若向上空抛一方手帕，从宝剑锋口徐徐落下，手帕即分为二。斩铜剁铁，就似削泥去土。
这些宝剑之所以如此锋利，皆因取铁英炼铁铸剑，取这池水淬火，取这山石磨剑之故。
楚王见剑大喜，乃赐此宝地为“剑池湖”。后在唐代改叫“龙泉”，一直叫到今天。
楚王曾引泰阿之剑大破晋军。当时晋国出兵伐楚，围困楚都三年，为夺楚国镇国之宝“泰阿剑”。楚国欲城破之时，楚王亲自拔剑迎敌，突然剑气激射，飞沙走石，遮天蔽日，似有猛兽咆哮其中。片刻之后，晋军旌旗仆地，流血千里，全军覆没。
上述记载，虽然带有传说的成分，但据现代考古发掘报道，春秋时期，我国的冶金技术确实非常之高，达到了当时世界先进水平。
欧冶子为越王勾践铸造的宝剑，被埋在地下数千年，发掘出土后发现还光亮不锈，十分锋利。经现代科学研究，这些青铜兵器都经过很好的外镀处理，表明我国是世界上最早发明金属外镀术的国家。
从目前的考古发掘结果来看，我国人工冶炼的铸铁器具约出现于春秋末期以前，即公元前6世纪左右。
江苏省六合县程桥的东周墓中出土的铁丸和弯曲的铁条，经鉴定前者是迄今发现的我国最早的生铁，为白口铁铸件；后者是用早期的块炼铁锻成的。这是世界最早的生铁。
生铁是炼钢的原料。炼钢的产品多是低碳钢和熟铁，但是如果控制得好，也可以得到中碳钢和高碳钢。据考古学家考证，我国早在西汉的时候，就已经掌握炼钢技术，是世界上最早会制造炼钢的国家。
徐州狮子山楚王陵考古发现：楚王陵保存着一处完整的西汉楚王武库，库中堆满各式成捆的实战楚汉兵器，兵器虽历时2000多年，依然锋利无比，轻轻一划刀锋力透10余层厚纸。
研究分析表明：当时的钢铁技术正处于发展时期，淬火工艺、冷锻技术、炼钢制作均已使用。楚王陵的年代下限为公元前154年，这表明我国在西汉早期已发明并使用了炼钢技术。
世界上最早有关炼钢的记载，见于我国古代东汉时期的《太平经》72卷，书中写道：
使工师击治石，求其铁，烧冶之，使成水，乃后使良工万锻之，乃成莫邪耶。
这“水”应指生铁水。“万锻”应指生铁脱碳成钢后的反复锻打。
直至18世纪中期，英国才发明了炼钢法，在产业革命中起了很大的作用。
青铜冶炼也是我国独树一帜的技术发明。据考古发掘和古书《史记·封禅书》等记载，我国在夏代已经冶炼青铜，进入青铜时代。
冶铜技术和规模上在殷商已很发达，西周进入鼎盛时期。表明我国是世界最早冶炼青铜和进入青铜时代的国家。
白铜的发明是我国古代冶金技术中的杰出成就。目前公认的我国也是世界上最早的白铜记载，见于东晋散骑常侍常璩的《华阳国志·南中志》卷4。文中记载：“螳螂县因山名也，出银、铅、白铜、杂药。”
螳螂县治所在今云南巧家老店镇一带。这里富产铜矿，而邻近的四川会理出镍矿，两地间有驿道相通，从资源上看，可以肯定螳螂县所出白铜为镍白铜。这是有关镍白铜的最早可靠记载。
在我国古代文献中，白色的铜合金统称为白铜，包括三种铜合金：
一是含锡很高的铜锡合金，如被称作白铜钱的“大夏真兴”铜钱和隋五铢钱，经检验均为高锡青铜，不含镍。又如日本正仓院收藏的一批奈良时代的我国白铜镜，也是高锡青铜；二是含砷在10％以上的铜砷合金，即砷白铜；三是铜镍合金即镍白铜。三种白铜中，镍白铜最为重要，其次是砷白铜。
我国是世界最早用胆水炼铜的国家。西汉时期《淮南万毕术》记载“曾青得铁，则化为铜”，东汉时期《神农本草经》说“石胆……能化铁为铜”，这些距今已约2000年，比国外约早1500年。
胆水炼铜或称“胆铜法”，是宋代最重要的炼铜方法，即把铁放在胆矾溶液中，使胆矾中的铜离子被金属铁置换成为单质铜沉积下来的一种产铜方法。
因在金属活动顺序表中，铁排在铜的前面，表明铁的金属活动性强于铜，所以铁能和铜盐发生化学作用而置换出铜。
失蜡铸造法是铸造器形和雕镂复杂器物的一种精度较高的铸造方法。我国是世界上最早发明失蜡铸造法的国家。
失蜡法铸造铜器从文献记载看，最早是唐代。北宋宰相王溥著的《唐会要》中记载，唐代开元年间使用蜡模铸造开元通宝，这是我国关于失蜡法的最早记载。
从青铜实物考察，1979年河南省淅川县楚国令尹子庚墓出土的铜禁，器体侧面和边沿铸强国富民呈网状的相互缠绕的蟠螭，所显现出的玲珑剔透的镂孔就是用失蜡法铸造的。
据研究，子庚死于公元前552年，它的相对年代应属春秋晚期，是我国目前发现的采用失蜡法铸造铜器最早的铸件。它的发现将我国古代采用失蜡法铸造铜器的起始时间大大提前了，从而在世界上居于领先地位。
古代先进的冶金技术靠的鼓风设备。风箱就是我国古代劳动人民发明的一种世界上最早的鼓风设备。这种古老的设备能够使炉中的火焰熊熊燃烧起来。
考古学家从文献记载上看到，我国古代的大哲学家老子曾经说：“天地之间，其犹橐龠乎？虚而不屈，动而愈出。”
这句话的意思是说：天地万物其实就像一个很大的皮革做的鼓风器，里面充满了空气，所以天不会塌下来。它越是活动，放出的空气就越多。
橐龠，就是古代的一种鼓风器，是“风箱”一词的古称。老子生活于公元前571年至公元前471年之间，可见那时就已经普遍开始使用风箱这种鼓风器了。
在我国古代，风箱是一种非常重要的工具。尤其在冶炼金属方面，风箱更是必不可少的设备。
宋代发明了一种双动式活塞风箱，这种风箱有许多优点，所以刚发明出来，就在我国民间普遍使用，甚至直至今天，北方农村中有些地方仍在使用这种风箱。
双动式活塞风箱整体为一个矩形的木箱，箱内用一个隔板又分为两层，上层内装有活塞，活塞与拉杆相连而且又和风箱外的拉手相接，在活塞与隔板相接的地方，有一些羽毛，这样可以防止空气溢出。
下面一层是风道，隔板的两端有两个风口，箱两端各有一个进风孔，口上装有一个活瓣，活瓣可使空气只朝一个方向流动。
使用这种风箱的时候，只要把风箱上的拉杆一拉一推，即可使空气往复运动。这样炉中的焰火在风的吹动下就会越烧越旺。
风箱在我国的发展经历了漫长的岁月。从战国时期的皮革橐龠到东汉时期的木扇式水排，直至宋代的双动式活塞风箱，这种世界上最古老的鼓风器，使我国古代在这方面的研究一直处在世界先进行列。
除了上述介绍的之外，我国古代冶金技术还有许多其他发明与创造，但限于篇幅，只能挂一漏万，不能一一述及。不过由上所述，便可足见其先进程度。
总之，我国古代在冶金技术和设备上，创造了多项发明，极大地促进了我国冶炼技术的发展，也为世界冶金业作出了重大贡献。
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我国古代的冶金工匠们在传授冶金技艺时，特别强调“悟”的重要性。例如：“炉火纯青”这一成语，讲的就是在冶炼时有经验的工匠能通过炉火的颜色来判断合金浇铸的适宜温度，但是对炉火“颜色”的判断，显然需要他们在长期的实践中不断摸索、领悟才能掌握。
这其实就是古代冶金工匠们在一些关键技术环节中通过自己的亲身实践练就的所谓“绝活”，这也正是我国古代能工巧匠辈出、技术工艺精湛的原因所在。