冶金術

在中國早在戰國時期便有關於長生不老藥的記載，其內容非常複雜，其中心目標為用人工方法製作既可使人〝長生〞、又能用以〝點金〞的萬應靈丹─〝神丹〞，故又有金丹術、鍊金術、點金術、黃白術等名稱。這種古老的方術之所以最先在中國產生，是由於中國古時有〝成仙〞的說法，人們認為人的肉體可藉助於某種神奇的藥物而獲得永生。

基本介紹

• 中文名：冶金術
• 起源時間：戰國時期
• 起源源由：中國傳統的煉丹術
• 著作：《抱朴子．金丹篇》

簡要介紹

冶金術其實和中國傳統的煉丹術有相當大的關係，而道士的目的是追求長生不老或發財致富，並迎合了一些帝王、貴族的欲望，因而得到他們的鼓勵和資助。煉丹術包括〝煉丹〞與〝鍊金〞兩種內容；在中國二千多年的古代社會中，金丹術曾經相當的活躍。由於這是一種超越現實，充斥幻想的努力，失敗是不可避免的； 甚至陰錯陽差地發明了火藥。

但是那些虔誠地從事煉丹實驗的人們，為後人認識許多化學物質和化學反應提供了經驗。因為祖先其大膽的科學實驗的精神，並將經驗與知識不斷的積累，建立創造了以後化學科學的條件，故金丹術被看作是化學科學的先聲道教為了追求長生不死，即身成仙，從始至終都十分重視修煉方術。因此煉丹術在中國的出現和發展，最根本的動因就是為了這些理由而存在。中國煉丹師們認為：人要長生不死就必須要有一種不腐朽、無變化、且具有高穩定性的藥物，也就是金丹，然後將它的不朽性轉入人體中，人就可以不朽，長生久視。這種邏輯在魏晉時期，得到重大的發展。

身為醫學家的道士葛洪在其著作《抱朴子．金丹篇》中表現得最為充分。

葛洪說：「夫金丹之為物，燒之愈久，變化愈妙。黃金入火，百鍊不消，埋之，畢天不朽。服此之物，煉人身體，故能令人不老不死。此蓋假求外物以自堅固，有如脂之養火而不可靈，銅青塗腳，入水不腐，此是借銅之勁以捍其肉也。金丹入人身中，沾洽榮衛，非但銅青之外付矣」。

也就是說，人雖是脆弱的，但可以藉由鍊金丹，服金丹，達到「不老不死」，而「假求外物〈指金丹〉以自堅固」，正是這種荒繆卻又似乎可信的邏輯和強烈的求長生的願望相結合，促使了中國煉丹術的出現和發展。

煉丹分類

道教提倡的煉丹術，嚴格說來應稱為黃白金丹術。它包含黃白術和金丹術兩個部分。

黃白術

指的是將賤金屬如鉛、錫等冶煉成為貴金屬如黃金、白銀等而得名。

其目的有二：一在於財富的獲取；另一在以黃金製作器皿，用於日常飲食，因為術士相信久食可得長生。

金丹術

則是將某些金屬和非金屬礦物按一定比例，與操作程式反覆煉化，因所得的化合物呈金、赤色，所以稱金丹。方士們並宣稱服用金丹可以治病、延年益壽乃至成仙。

煉丹方法

在煉丹的過程中，為了促進不同化學變化，規定了種種操作規程，形成一些特殊操作術語。據記載，煉丹分「火法」與「水法」兩種。

火法

包括段、煉、炙、熔、抽、飛、伏：

「段」，即長時間的高溫加熱

「煉」，即乾燥物質的加熱

「炙」，即局部烘烤

「熔」，即加熱熔解

「抽」，即蒸餾

「飛」，即升華

「伏」，即加熱使藥物變性

水法

包括化、淋、封、煮、熬、養、澆、漬：

「化」，即溶解

「淋」，即用水溶解固體的一部份

「封」，即封閉反應物，並長時間靜置

「煮」，即讓物質在大量熱水中加熱

「熬」，即在水中長時間加熱

「養」，即長時間低溫加熱

「澆」，即傾出溶液讓它冷卻

「漬」，即用冷水在容器外部降溫

另外如：「釀」為過濾 ，「點」為再結晶

可惜的是，煉丹家在煉製的過程中由於只重結果，而並無有系統紀錄物質變化的狀況，使大量寶貴的知識流失。

科學解釋

其中煉丹家依據觀察實驗而得出的某些化學變化的總論，可用現代化學方程式加以表述，如《抱朴子．金丹》中指出：「丹砂燒之成水銀，積變又成丹砂」兩句中：

「丹砂燒之成水銀」，就是將硫化汞〈丹砂〉加熱，變成二氧化硫， 而游離出金屬汞〈水銀〉，其化學式為： HgS + O2 ─>Hg + SO2。

「積變又成丹砂」，就是水銀同硫黃化合，生成硫化汞，起初是黑色， 放在密封器中，升華為晶體硫化汞，成為紅色之丹砂。

其化學式為：

Hg + S ─> HgS 〈黑色〉─> HgS 〈赤紅色〉。

古代煉丹家們在千百次實驗中，發現的這些物質變化的現象，可說是對古代化學的重大貢獻，因此中國煉丹術的發展，不僅沒有阻礙古代科學技術的進步，反而起著促進其發展的作用。宗教和科學之間，存在如此密切的關係，是中國道教難能可貴的優點。了解古代道教所提倡的煉丹術及其與古代科學技術的關係後，就能了解為何魯迅所說："中國的根底全在道教"這句話的道理了。

冶金起源

中國冶金是從新石器時代晚期的採石和燒陶發展起來的。由於人們已經能利用近千度高溫的陶窯燒制陶器，同時也對木炭的性能逐漸熟悉，因此具備了鎔鑄、鍛打和冶金的基本條件。採石時不斷發現各種金屬礦石﹐燒陶窯為金屬的冶鑄準備了高溫爐和在爐內還原條件下冶煉礦石的技術。在甘肅東鄉縣林家馬家窯文化遺址中發現的距今約五千年的青銅刀﹐以及在其他一些新石器晚期遺址中相繼發現的早期銅器和銅渣等﹐標誌著中國冶金業的誕生。

金屬合金

在古代，人類主要利用的金屬是銅合金與鋼及鐵。然而在古老文化的發源地，使用金屬的歷史上，都是銅器在於鐵器之前。主要分析有下列幾項原因：

1. 自然界中有著色澤醒目的紅銅，但只有色澤暗沉且罕見的隕鐵，並不引起人們的注意。

2. 煉銅較煉鐵容易，因為使用木炭燒煉氧化銅的溫度約五、六百度，而銅的熔點約一千度較鐵的熔點一千五百度來得低。

在古代常用的金屬合金為：

銅合金　鋅黃銅　紅銅　青銅　冶鐵　 煉鋼　金屬鋅　金　銀　鉛和錫

銅合金

在古代人類所利用的金屬主要是銅合金，冶銅是人類認識和利用金屬材料的開始，也是人們最早掌握的化學反應之一。從發現並使用天然紅銅，到冶煉銅礦石而獲得青銅合金，金屬化學便是由此而深入展開。

從目前的考古發現來看，中國最早一批原始冶銅器物是屬於新石器時代中期的製品。而目前出土的各種青銅器中，尤其以商、周時期為最。從工具到農具，從兵器到禮器，從生活用具到裝飾品，都反映了青銅材料在當時社會生產力發展的主導作用。而最早被人類認識和利用的金屬材料是銅及其合金。在《周禮?考工記》中的「六齊」規則，這是中國，也是世界上最早的關於合金配比的科學文獻。

膽水制銅法

〝膽水制銅法〞是中國古代的一種濕法冶銅方法，這項技術是現代水法冶金的先驅。其方法將鐵放在膽水〈硫酸銅水溶液〉中﹐銅離子即被鐵所取代而使銅沉澱。

〈膽水：

天然的含硫酸銅的泉水，它的形成是因為天然的硫化銅礦石經風化氧化，一部份便會生成可溶性硫酸銅，經過地下水、雨水的浸泡與淋洗，便會溶解而匯入泉水中。這種膽水只要銅的濃度足夠，就可以做為水法制銅的原料。〉

而這冶銅反應的發現，遠在漢代《淮南萬畢術》卷下，即有記載：〝白青得鐵即化為銅〞。書上所指的〝白青〞是〝水膽礬〞。唐代《新修本草》關於石膽〈CuSO ?5H O〉也有敘述：〝磨鐵作銅色，此是真者〞。

約在五代時〝膽水制銅法〞正式成為一種實用性生產銅的方法。 到了宋代，膽銅的更是蓬勃的發展，據《宋會要?食貨篇》記載，北宋徽宗年間以膽水制銅的地區有十一處。而這些浸銅法的工廠到了元代，由於膽銅中鐵雜質也較多，因此便漸漸衰退。

鋅黃銅

在中國的冶金史和化學史上，鋅黃銅的冶煉是一項十分重要的成就。據考，中國早期的銅大多是從波斯或西域傳入的，元代以前鋅黃銅常被稱做〝銅〞或〝石〞，是一種貌似黃金的銅鋅合金，常被用來假冒黃金。在一本鍊金術著作曾記載；以百鍊金銅一斤、太原產爐乾石一斤，沿細混勻，在加入木炭，放於鐵罐密封，在風爐中加熱燒兩夜，最後以猛火鍛燒六小時；冷卻後，將罐內物質洗淨，便得到金黃色的銅，有就是〝點石成金〞。

宋元先民以菱鋅礦（ZnCO3 俗名叫爐甘石）與赤銅、木炭混合密封燒煉而得銅。明代中期冶煉黃銅的技術有了重要發展，大約在嘉靖年間，主要表現在人們已能冶煉出金屬鋅，並直接採用金屬鋅和紅銅合煉。鋅黃銅的出現使得明代嘉靖以前用錫鉛青銅鑄造的錢幣，驟然變成清一色的鋅黃銅錢幣。

紅銅

在遠古人的眼裏，天然紅銅只是一種奇特、不易碎裂，有著光澤的紅色石頭。它質軟可經，鍛打和加熱熔化可以改鑄紅銅的器形，這就增加了人們對紅銅的興趣，並利用此特性來製造供人玩賞的裝飾品。

尋找紅銅的過程中自然會發現與紅銅相伴的銅礦石，特別像具有醒目翠綠色的孔雀石〔CuCO3?Cu〈OH〉2〕等礦石。一塊燒煉的銅礦石逐使人們掌握了冶銅技術。銅礦常為共生，即與錫、鉛等有色金屬礦共存一處，冶煉這些共生礦得到的不是紅銅而是青銅一類的銅合金，人們進而掌握了青銅的冶煉。

青銅

青銅具有一定的硬度和堅韌性，既可作工具，又可制兵器，加上錫、鉛的引入降低了冶銅的熔點，使冶煉青銅技術得到迅速發展。商周時期，中國的青銅冶鑄業進入一個鼎盛期。大量出土的此間青銅器充分展示了中國古代青銅文化的燦爛光輝。

目前，出土的商周青銅器十分豐富，從工具到農具，從兵器到禮器，從生活用具到裝飾品，均反映了青銅材料在當時社會生產力發展的主導作用。而在青銅冶鑄的過程中，人們已認識到在青銅中，銅與錫鉛的適當配比是非常重要的，因而總結了當時關於合金配比的經驗，在《周禮?考工記》中留下了著名的「六齊」規則。這是中國，也是世界上最早的關於合金配比的科學文獻。

冶鐵

冶鐵技術的發明是冶金史上繼青銅之後的又一里程碑。這一發明無疑藉助了人們在煉銅中所積累起來的煉爐設計和高溫技術。一般來說，赤鐵礦（Fe2O3 ）、磁鐵礦（Fe3O4）、褐鐵礦（含結晶水的Fe2O3）、菱鐵礦（FeCO3）等鐵礦石在木炭燃燒所產生一氧化碳（CO）的作用下，大約在攝氏六百至七百度之間〈600~700℃〉便開始還原反應，到攝氏一千度〈1000℃〉左右就有固態鐵金屬析出。但要想得鐵水，溫度至少要達到攝氏一千二百度〈1200℃〉。中國在春秋時期創造的高溫液態法冶鑄生鐵，是世界冶金史上一個劃時代的進步。歐洲一些國家雖然早在公元前一千年前後已能生產塊煉鐵，但是直到公元十四世紀才掌握生鐵的冶鑄。

煉鐵、生鐵和鋼實質上都是鐵碳合金。從化學角度來看，它們之間的主要區別在於含碳量的差別。含碳量在百分之零點五〈0．5%〉以下的是塊煉鐵；含碳量在百分之二至五之間〈2~5%〉的是生鐵；含碳量介於中間的是鋼。

在中國，塊煉鐵和生鐵冶鑄工藝幾乎是同時出現，而且在相當長時間內共存和平行發展。由於生鐵冶鑄生產率高，成本低，加上人們很快又掌握了多種生鐵「改性技巧」，所謂「改性技巧」即是今天所說的退火工藝。此技術遂漸成為中國古代冶鐵業的主流，這就構成了中國古代冶鐵技術發展的獨特道路。目前出土的古代鐵器，包括春秋晚期的鐵柄銅劍、楚國時期的鐵鼎、南宋以生鐵鑄造炮身以及各種農具。

煉鋼

中國古代煉鋼方法可分為兩類。一是以塊煉鐵為原料，採用滲碳技術使其成鋼。二是以生鐵為原料，採取脫碳技術使其成鋼。早期出現的大量鋼製品主要是用第一種方法煉成，就是把塊煉鐵直接放在熾熱的木炭上加熱，滲碳，再經反覆鍛打而成；或將塊煉鐵與配入的滲碳劑及催化劑放在一起，密封加熱成鋼，這稱之為「燜鋼」。

生鐵柔化處理加工展性鑄鐵的過程中，工匠右一次次的將技術革新。如西漢時期發明〝炒鋼〞的技術、南北朝發明了〝灌鋼〞等等的改革。雖然我國在冶鐵的技術發展較晚，但在生鐵制煉與制鋼的技術不斷革新的結果，在世界鋼鐵發展史上仍是留下輝煌的一頁。

金屬鋅

除了黃銅以外，金屬鋅的冶煉亦顯示出中國古代冶金化學技術的發達。

鋅是一種化學性質較活潑的金屬元素。在自然界中沒有天然的金屬鋅。閃鋅礦（主要成分為ZnS）和菱鋅礦〈ZnCO3〉是常見的兩種鋅礦石。將鋅礦石和木炭一起加熱冶煉，不難使金屬鋅被還原出來。然而鋅的還原溫度為攝氏九百零四度〈904℃〉，鋅的沸點則是攝氏九百零六度〈906℃〉。兩度之差造成每當金屬鋅被還原出來，立即變成蒸氣而飛逸出煉爐；遇到空氣，便會與二氧化碳結合回復成碳酸鋅。因此在通常情況下，人們在冶煉中很難意識到金屬鋅的存在。當人們認識到這一現象，並摸索出煉鋅的特殊設備和工藝之後，才能冶煉出金屬鋅來。這就是中國到了明代中期才冶煉出金屬鋅的一個重要原因。

金

金在自然界多數呈游離狀態，儘管稀散，卻是人類最早使用的金屬之一。金礦可分為〝原生脈金礦床〞和〝次生砂金礦床〞。脈礦中的金稱〝山金〞，砂礦中的金稱〝砂金〞。游離狀態下的自然金呈金黃色，光耀醒目，較易發現和識別。

中國先民早在夏商時期已使用黃金，而現今出土的春秋戰國時期的金器就更多了，這些文物反映了當時黃金加工技術已有很高水準。在識別真偽黃金的實踐中，先民掌握了利用焰色反應和試金石的鑑別手段。

銀

銀是一種白色金屬，在自然界中呈單質狀態的較少，多以硫化物狀態伴生於其他有色金屬礦石中。世界上百分之七十五〈75%〉的銀來自含銀的銅、鉛、鋅和金礦的處理過程中；其中百分之四十五〈45%〉產自鉛鋅礦，百分之十八〈18%〉產於銅礦；從單獨銀礦中產出的銀僅占百分之二十〈20%〉。

從考古資料來看，春秋時期製作的錯金銀青銅器是使用金屬銀的最早實物例證。在戰國時期，人們對錯金銀工藝和加工銀製品技藝已有豐富經驗。

鉛和錫

鉛金屬的熔點僅有攝氏三百二十七度〈327℃〉，只要把方鉛礦放在柴堆上燒烤，熔化的液態鉛就會流下。因此人們早在夏代已能熔煉出鉛。

從考古資料來看，直到商代後期，鉛製品才多起來，表明這時候煉鉛技術得到了發展和普及。錫的熔點比鉛還低。冶鑄得錫器不難。可是由於錫器在低於攝氏十三點二度〈13.2℃〉的溫度下會得錫疫，即白錫會變成粉末狀的灰錫，故出土的早期錫器十分罕見。從出土的殷商時期的鍍錫青銅器來看，當時人們已掌握鑄造錫器和鍍錫的工藝。