铸造五千年前"中华第一刀"　那时的青铜是怎样炼成的?

　　原标题：从“中华第一刀”述说铜的前世今生

　　●冯俊礼

　　2023年5月8日，“文明汇聚·光耀河州——史前文化临夏论坛”在临夏市开幕，临夏出土的不少史前文物引起专家学者的浓厚兴趣和热情关注。

　　临夏不仅出土了享誉全国的“彩陶王”、史前三大名盆之一的马家窑类型弧线水波纹彩陶盆，也出土了被誉为“中华第一刀”的马家窑文化青铜刀、被誉为“天下第一镜”的齐家文化青铜镜。其中，最引人瞩目的是东乡县东塬乡林家村林家遗址出土的一把青铜刀。

　　为什么这把青铜刀被誉为“中华第一刀”呢？原来，这把长12.7厘米、宽2.5厘米的铜刀，由锡青铜模铸而成，刀身薄厚均匀，短柄长刃，是中国目前发现最早的青铜器，把我国制作青铜器的历史提早了1000年。

　　铜是人类最早使用的金属，是与人类关系十分亲密的有色金属，被普遍地应用于电气、轻工、机械制造、建筑等工业领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在元素周期表中位于第4周期IB族。纯铜呈紫红色，故又称紫铜。密度为8.96g/cm^3，比铁略大，熔点为1083℃，具有优良的导电性、导热性、延展性和耐腐蚀性。

　　制造铜器所用的铜一般不是纯铜，而是铜合金。因为纯铜质地比较柔软，非常容易弯曲，所以铸造刀剑、工具及器物时不用纯铜。那么什么是合金呢？合金有什么优点？

　　把两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质叫作合金。合金具有如下特性，一是具有比各成分中金属更大的硬度，如镁铝合金比镁和铝都硬。二是熔点一般比其中任一成分金属低，如一般家用保险丝大都是用铅（不少于98%）和锑（0.3%-1.5%）的合金制成。铅的熔点为327℃，锑的熔点为630.5℃，而合金的熔点仅仅为246℃。三是导电性低于任一成分金属。四是有的抗腐蚀能力强，如不锈钢比铁抗腐蚀能力强。

　　铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。铜能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁、硅等金属和非金属形成合金。形成的合金主要分为3类：黄铜、青铜、白铜。黄铜是铜锌合金，以锌为主要添加元素。添加3种以上元素的黄铜称为特殊黄铜或复杂黄铜。黄铜的机械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密仪器、船舶零件、枪炮的弹壳等。黄铜听起来声音好听，所以锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制作的。青铜原指铜锡合金，后来除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造性能、耐磨性能和机械性能好，适合于制造轴承、涡轮、齿轮等。铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。铝青铜强度高，耐磨性和耐腐蚀性好，用于铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金称为普通白铜；加有锰、铁、锌、铝等元素的铜合金称为复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。前者的特点是机械性能和耐腐蚀性好，色泽美观。这种白铜广泛用于制造精密机械、化工机械和船舶构件，后者一般有良好的热电性能。

　　世界上各古老的文化发源地在使用和冶炼金属的历史上，都是铜先于铁，这是一个普遍规律。那这又是为什么呢？其原因是，在金属活动性“排行榜”中，铜排在铁之后，它的还原性比铁弱，要从化合态中把它还原成游离态相对容易一些。说到这儿，你们会问我国古代铜是怎样炼成的呢？

　　铜在地壳中的含量约为0.01%，在自然界中铜多以化合态存在。常见的铜矿石有黄铜矿、辉铜矿、孔雀石、赤铜矿、胆矾等。

　　我国古代炼铜主要有2种方法。一种是湿法炼铜。西汉时期刘安所著的《淮南万毕术》中有“曾青得铁则化为铜”的记载，其含义是把铁放入硫酸铜溶液中，可以置换出单质铜，这种方法是现代湿法冶金的先驱。沈括所著的《梦溪笔谈》有“信州铅山县有苦泉，流以为涧。挹其水熬之，则成胆矾。烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜亦化为铜。”“烹胆矾则成铜”说的是五水合硫酸铜受热最终分解得到单质铜。“熬胆矾铁釜亦化为铜”说的仍然是单质铁与硫酸铜溶液发生置换反应，得到单质铜。湿法冶铜也称胆铜法，其生产过程主要包括2个步骤，一是浸铜，把铁放在胆矾溶液中，使胆矾溶液中的铜离子被铁置换成单质铜沉积下来；二是将沉积的铜粉收集起来，再加以熔炼。到南宋时，胆铜占总产量的85%。世界湿法冶铜第一人，北宋学者张潜，根据前人记述和自己长期实践经验，总结出一套比较完整的胆水浸铜技术，写成湿法冶铜专著《浸铜要略》，命其子张甲献给朝廷，这种技术因“用费少而收功博”，“岁收铜百万”，受到朝廷嘉奖。

　　另一种是火法炼铜。据考证，商代的火法炼铜，主要是以孔雀石和木炭为原料，在高温下灼烧。其原理是，让孔雀石首先分解得到氧化铜。再用还原剂木炭和一氧化碳在较高温度下与氧化铜发生氧化还原反应，还原制得单质铜。

　　“中华第一刀”经过碳-14年代测定，约在公元前3280年至公元前2740年之间，它是迄今为止中国发现最早的青铜器，距今已有5000年的历史，将我国青铜器的制造历史整整向前挪了1000年。小小铜刀，轻轻划开了我国青铜器时代的序幕，我为自己的家乡在史前文化发展中的重要地位感到自豪。