青铜采矿及冶铸技术：荆州文化简史

20世纪30年代，郭沫若将中国古代青铜器划分为南北二系。其中，南系即包括楚国的青铜器。楚国青铜冶铸技术自然也成为这种划分体系的重要技术支持。从楚国早期开始，青铜采矿以及冶铸的实践就已经开始，并一直持续至战国晚期，形成了独具特色的技术文化。

当楚人为了获得更多青铜资源之时，就开始形成了凿井技术，这正是楚人创造精神的反映。早期采矿是露天开采，只需要在地面上挖坑开采即可。为了获得地下更深处的资源，楚人发明了凿井技术，从地面垂直方向往地下打出竖井，在竖井之中，挖出平巷以开拓更大空间。在楚人所占据的铜绿山矿区，就发现了露天采场和大量地下采矿区的遗址[119]。

春秋时期，楚国的矿山凿井工具，主要是青铜工具和木制工具，战国时期主要以铁制工具为主，凿井工具开始多样化，有斧、锛、錾及锤等。为了提高采矿效率，楚人注重改善开采工具。为节省开采人力，楚人制作特大型直柄铜斧[120]。直柄合理地利用了杠杆原理，矿工双手分开持斧柄不同位置，向前击打岩壁，加上铜斧自身的重量，冲击力就会更强。同时，为了加强合作，一人手持斧柄，另一人用铁锤击打斧柄的顶端，提高了工作效率。现代矿山开采中所用的钢钎，就与楚人所用的工具相似。另外，楚人也发明了井下作业的工具。如錾这种工具，就适用于在井下作业。湖南麻阳九曲湾古代矿井的井壁上，就有用錾挖掘井巷的痕迹。木制工具主要是木钩、辘轳以及桔槔。这些工具是从井下提升矿石的重要工具[121]。据《东鲁王氏农书·农器图谱》载，“凡汲于井上，取其仰俯则桔槔，取其圆转则辘轳”[122]，辘轳和桔槔的使用，充分体现了楚人对物理学中杠杆和轮轴原理的灵活运用。这也充分说明楚人在利用科学知识提升技术方面，已具有相当成熟的经验了。

楚人井下安全技术也值得借鉴。张潮认为，在青铜开采过程中，楚人已懂得根据不同地质条件，利用井下支护技术，保障井下作业安全[123]。据考古显示，楚国矿井最深处达到40米左右，有的在潜水面之下，井下排水问题也为楚人所重视。在铜绿山矿井的井底，还发掘出土了厚竹材燃烧的现象，这极有可能是楚人利用“风箱”效果，以加强井内冷热空气对流，辅助井下通风的巧妙手段。在井下照明技术上，楚人利用含有油质的竹签进行照明，这也反映了楚人对持续易燃物的科学认识和利用。

楚人的冶炼工具制作、配矿技术是我国古代冶金化学史上的重要成就。在冶炼工具上，楚人发明了一种腰鼓形竖炉，是我国高炉发展史上的一次技术性飞跃[124]。炉身的内倾和炉腹的外倾，可使热炉内的气体趋于均匀。在竖炉的排放一端，设置了金门，该孔内倾，可以使少量铜液滞留于此，更有利于炉内保温，加料时就可以进行持续冶炼。在配矿上楚人采用氧化型的铜矿石冶炼铜。从现在冶金学观点来看，属于还原性熔炼。在冶炼过程中加入铁矿石作为熔剂，减少了炉渣中二氧化硅的含量，炉渣黏度也有所降低，渣液的流动性也得到改善。据化验，楚人所冶炼出来的铜，粗铜含量已达到了93.32％。按现代炼铜技术要求，粗铜含量在92％～95％，就已符合冶炼标准了。楚人的冶炼技术已完全符合现代冶炼技术的要求[125]，在我国化学史上具有重要技术意义。

楚人合金技术也是我国技术学上的重大文化成就。《周礼·考工记》中记载了“六齐”，是铜与锡在制造不同器物时的配比。楚人合金技术首先体现在青铜剑的铸造上。荆州出土了大量青铜剑，其中最为著名的是越王勾践剑。越国青铜剑在楚地多有出土，与吴楚之争有关[126]。但越国先进铸剑技术也应被楚人所掌握。春秋时期，楚人就已能利用不同金属的内在属性，通过合金熔铸的方式来铸造青铜器了。楚人在冶炼中发现，锡比铜的硬度更低，但与铜合铸时却可以铸造出硬度不同的合金。锡的含量越多，合金硬度就越高；锡的含量越少，合金硬度就越低。铜锡合金称为锡青铜，或简称为青铜。

在楚国青铜器中编钟最值得注意，编钟有着“一钟多音”的特点，这也与楚人合金技术有密切关系。编钟具有单色丰富优美、音域宽广、音律较准等性能。不同音乐性能与配比合适的铜锡合金有关。编钟含锡量大于13％以后，青铜钟的基音强度就会增加，并能形成3个共振峰。这体现了楚人在化学、冶炼技术上具有很强的研究水平和创新能力。举世闻名的曾侯乙编钟的铸造技术，也应受到了楚国工艺技术的深刻影响。(www.xing528.com)

战国时期，铁开始得到广泛使用，这也催生了楚国生铁冶炼以及“百炼钢”工艺。在冶铁过程中，楚人创造性地发展了生铁柔化技术[127]。该技术先是将生铁铸件加热到900℃的高温，保持较长时间冷却，降低铁的硬度和脆性，增加可塑性和冲击韧性，然后铸造出铸件。楚国生铁冶炼为我国后世生铁冶炼技术的发展，提供了丰富的实践经验和技术支持。更值得注意的是，1975年湖南长沙杨家山65号楚墓出土了一件钢剑。从该剑铸造技术来看，是经过反复锻打渗碳而成的渗碳钢制品。这种工艺是楚国冶铁、制铁技术的重大进步，对我国后来的钢铁制造也产生了重要影响。

青铜资源的丰富使楚国青铜器的铸造工艺也得到发展。楚人青铜铸造工艺主要有失蜡法、铸镶法以及镴焊工艺。这些铸造工艺是楚国青铜文化繁荣的技术基础。

春秋时期，楚国就出现了失蜡法的铸造工艺。从现代金属铸造角度看，失蜡法是熔模铸造工艺中的一种。同时，失蜡法也是世界古代不同地区文明都使用过的工艺，早在古代埃及就已有了使用失蜡法的记载。我国失蜡法的使用最早在公元前6世纪春秋中期前后就已产生，是我国冶铸史上的一项重大科技发明。其具体工艺是：先以蜡做成器样，在模外敷上细泥浆，干后进行烘烤加热，待蜡融化后从预留的小孔中流出，形成范型和空腔，再往空腔中注入青铜融液，凝固后即形成器形。从考古材料来看，利用失蜡法铸造的青铜器绝大多数是楚墓中出土的。如河南淅川下寺2号楚墓出土的铜禁，蜡模由28个部件焊成，构件十分复杂，体现了楚人失蜡法技术水平之高，证明了楚国也是我国最早运用失蜡法工艺的地区[128]。

图3-24　用失蜡法铸造的青铜禁（河南淅川下寺楚墓出土）

铸镶法以及镴焊工艺也是楚人在青铜铸造上常使用的工艺。铸镶法和镴焊工艺的应用与青铜器装饰图案的制作有关。该工艺工序简单，也比较省时。铸镶法是预先铸造红铜纹饰，然后再置于青铜器的铸型之内，之后再合范浇铸青铜融液并成形[129]。镴焊工艺是一项强度较低、操作简便、经济实用的工艺。在曾侯乙编钟上横梁的铜套内，就发现了镴焊合金的实物。这种焊接技术应是楚人所发明的技术。

楚人也创造性地发明了黄金加工工艺，其中主要包括：捶制金箔、拉制金丝工艺，以及在黄金装饰方面的错金、贴金、鎏金工艺。襄阳蔡坡楚墓、随州曾侯乙墓中都有大量金箔出土。这些金箔厚度非常薄，最薄的仅仅只有0.037毫米。曾侯乙墓中出土了大量金质弹簧形器物，这些金丝表面不太光滑，有模具拉制的痕迹。楚人创造性地把金丝和金箔镶嵌在青铜器表面的凹形花纹中，进而产生了错金和贴金工艺。荆门包山2号楚墓中出土的青铜尊，就是利用了错金技术。鎏金技术是利用黄金和水银可以产生金汞剂的化学方法，在青铜器上装点金银纹饰。江陵望山3号楚墓中出土的铜带钩，遍体鎏金，工艺精湛。这些工艺反映了楚人在手工业技术上有着推陈出新、勇于尝试的创新精神。