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然地会引导人们掌握了用铜矿石来冶炼铜。锡和铅在自然界里没有单体
存在，但他们的熔点较低，分别为231。8℃和327。5℃，很容易被从架起
陶器以烧煮食物的矿石中还原出来。因此，用矿石冶炼铜、锡、铅等金
属的技术便诞生了。具有划时代意义的青铜冶铸技术便随之发展起来
了。
青铜是将铜与锡或铅配合而熔铸成的合金。与纯铜相比，青铜的熔
点较低，硬度较高。如在纯铜中加15％的锡，熔点降至960℃；若加25
％的锡，熔点为800℃。纯铜的布氏硬度为35，若加5～7％的锡，硬度
增高到50～65；若加7～9％的锡，硬度增高到65～70；若加9～10％的
锡，硬度可达70～100。用铅代替锡，有同样的效果。熔化的青铜在冷凝
时体积略有胀大，所以填充性好，气孔少，有较好的铸造性能。这都使
青铜在应用上有广泛的适应性，所以它很快就代替了石器、木器、骨器
和红铜器，成为重要的生产工具，在人类生产力的发展上起到了划时代
的作用。
西亚、北非地区大约在公元前3000年左右就进入了青铜时代，公元
前16世纪青铜器的使用达到极盛时期。西欧和俄国也曾发现青铜时代的
竖井式铜矿开采遗址。古埃及第一王朝的墓葬中，就出土有刀、锯、斧、
锄、锥等青铜工具。在印度的哈拉巴文化遗址中也发现了斧、镰、刀、
锯等青铜制品。
中国的青铜时代，大体上相当于夏、商、西周和春秋时期；在殷周
时代青铜器的制造技术可以说达到了独步世界的高度。
关于矿石的采掘，战国时期的著作《管子·地数》篇总结出了矿物
与矿苗之间的共生关系的探矿知识。其中说：“山，上有赭者，其下有
铁；上有狻。ㄇΓ┱撸湎掠幸簧嫌械ど罢撸湎掠谢平穑簧嫌写仁�
者，其下有铜金；上有陵石者，其下有铅、锡、赤铜；……此山之见荣
者也。”所谓“山之见荣”，就是矿苗的露头。这里所说的“黄金”，
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即指黄铜矿，呈现铜黄色；“铜金”指黄铁矿，因呈黄铜色易误为铜。
湖北大冶铜绿山的春秋战国时期的古铜矿井，深达40～50米左右，合理
地采用了竖井、斜井、斜巷、平巷相结合的方式，并较好地解决了井下
通风、排水、照明、提运和支护等复杂的的技术问题；还掌握了通过观
察矿石颜色、光泽和比重进行选矿的技术。
在冶炼技术上， 《考工记》中记载了世界冶金史上最早的关于青铜
合金配比工艺的总结。文称：“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟
鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之
戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓
之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐”。这里的“金”指青铜合金或
纯铜。青铜中含锡达17～20％则非常坚硬，可作斧斤等工具；作为兵器
的戈戟既要有很大的强度，又要比斧斤锐利，所以含锡量在20％以上；
而作为乐器礼器的钟鼎，则要声音悦耳，颜色美观，含锡量应在15％左
右；等等。在两千多年前能总结出这一配比规律，实属不易。此外，《考
工记·凫氏节》中，还记载了观察熔炼过程中火焰的光色以判断冶炼温
度的方法：“凡铸金之状，金与锡黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，
青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”这段总结是完全符
合熔炉内的温度变化过程的。木炭开始燃烧时产生的黑烟形成“黑浊之
气”；随着温度的升高，氧化物、硫化物和熔点较低的金属依次挥发出
来，形成黄白焰色；当温度进一步提高时，铜的气体所占比例增大，焰
色转为青白，当青色占绝对优势时，说明铜锡已充分熔合，可以浇铸了。
这种观察“火候”的方法，至今在某些冶炼工作中仍被采用。
浇铸是将精炼好的青铜液倒入石制或陶制的范中完成的。春秋中期
到战国时期，单一的陶范铸造已发展到综合使用浑铸、分铸、失蜡法、
锡焊、铜焊等方法。这个时期的青铜器，壁薄形巧，纹饰纤细清晰，铸
造工艺达到了很高的水平。
（3）钢铁冶炼技术
铁在地壳中虽然含量较多，但天然纯铁在自然界里几乎不存在；铁
矿石的熔点也较高，不易还原，所以人们利用铁较铜、锡、铅、金等要
晚。人类最先看到和利用的铁应该是陨铁。在埃及、西南亚等古文明地
区发现的最早的铁器，都是由陨铁加工制成的，大多作为殉葬物，说明
陨铁稀少而带有神圣意味。古苏美尔人把铁看作是“天降之火”，古埃
及人把铁叫作“天石”，都表明人类是从陨石开始认识铁的。中国古人
大约在3000多年前已开始使用陨铁了。 1972年在河北藁城台西村出土
了一件商代铁刃铜钺，经检验其铁刃就是用陨铁热锻制成的。
大量的铁最早是在什么地方、用什么方法炼制出来的，目前尚无定
论。不过，居住在亚美尼亚山地的基兹温达部落在公元前2000年已经发
明了一种炼铁的有效方法；小亚细亚的赫梯人在公元前1400年左右也已
掌握了冶铁技术。两河流域北部的亚述人和腓尼基人，在公元前1300年
已进入普遍使用铁器的时代；后又传至地中海沿岸国家。印度进入铁器
的时代不甚清楚，但在孔雀王朝初期，铁器的制造和使用已很普遍了。
冶铁的原理和冶铜的原理基本相同，所以青铜冶铸技术的发展，已
为冶铁技术的产生奠定了基础。最早的冶铁技术大多采用“固体还原
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法”，即“块炼铁”。在冶炼时，将铁矿石和木炭一层夹一层地放入炼
炉中，经过长时间650～1000℃的高温烧炼和木炭的还原作用，矿石就冶
成了固体状铁块。这种铁结构疏松、呈海绵状，孔隙中夹杂有许多氧化
物，含碳量很低，性质柔软，不适于应用，中国古人称之为“恶金”。
经过一段摸索过程，人们认识到块炼铁可以经过反复加热和锤打压延，
挤出其中夹杂的氧化物而变得坚实并柔韧不脆，就可制成各种器物。而
在反复锻打块炼铁的实践中，人们又总结出了块炼铁渗碳成钢的经验，
这就是“块炼钢”的冶炼技术。中国战国时期，钢制武器已渐增多起来。
几乎在块炼铁出现的同一历史时期，中国就诞生和发展起了生铁冶
铸技术。生铁是由铁矿石和木炭在高大的炉内通过高温熔炼而产生的。
利用鼓风技术使炉温升高到1100～1200℃以上，就可得到液态铁水流集
于炉底；其上覆盖的一层炉渣保护着铁水不被氧化。铁水从炉底流出冷
却成块，就是生铁。
生铁的含碳量较高，在3％左右，质硬易碎，一般只能用来铸造一些
粗笨的东西，锤锻则易坏。中国在春秋末期到战国初期，已将生铁用于
铸造了。生铁冶铸技术改变了块炼铁及其加工费时费力、生产量低的弊
端，为铁器的推广和普及打下了良好的基础。
早期生产的生铁是白口铁，其中的碳是以硬度很高的化合态的渗碳
体形态存在的，铁性脆而硬，铸造性能好，但强度不够。为了克服它的
脆性，中国在战国早期就创造了白口铁柔化处理技术，也就是生铁铸件
“退火”处理技术。将铸件加热到高温，保持较长时间的缓慢冷却，就
会适当减低其硬度和脆性，增加其可塑性和冲击韧性，从而得到可锻铸
件。“退火”技术的发明，使生铁的广泛应用成为可能，加快了铁器代
替青铜器的历史进程。中国在战国的中晚期，已将这种工艺普遍应用于
制造农具和兵器；欧美国家直到18和19世纪才发明了白心韧性铸铁和
黑心韧性铸铁，比中国晚了两千多年。
含碳量低的块炼铁经过渗碳处理可以炼出块炼钢；含碳量高的白口
生铁铸件在氧化性气氛中脱碳退火，将含碳量降低到铁的范围，而不析
出或很少析出石墨，也可以得到钢。中国在战国初期就发明了铸铁脱碳
钢技术。�