揭秘：古代中国金属冶炼技术和矿产开采“黑科技”

在人类文明史中，金属冶炼及金属工具的制作和使用，是人类从蒙昧走向文明的重要转折点，仅有大约6000年历史。古代中华大地作为先进的农耕区域，在使用金属工具方面起步不算早，但独具优势、曾领先于世界。

金属冶炼、金属工具的出现，标志人类走进了文明！历史学家们常依据使用工具的材料对人类文明阶段进行分类，有石器时代、青铜时代、铁器时代。其实在进入金属时代前、在距今大约4万年前，人类就认识到天然的金属单质，特别是化学稳定性较好的金和铜，但数量极少、做不出工具、只能作为装饰品。

人类的“热法冶金”首先制出的应是铅、银，是在高温烧制陶器过程中渗出的铅、银等金属，因为自然界中含铅的陶土较多、得到铅尤其容易。之后，人类不断积累高温炼制金属的经验，又大规模冶炼出铜及铜合金，并将其用于制作工具。但黄金有所不同，一直到近代都主要靠“淘金”获得、很少采矿冶炼。

考古显示，在距今大约6000年前，西亚两河流域的美索不达米亚文明首先大规模冶炼青铜，是红铜（纯铜）与锡、铅冶炼成的合金。青铜具有较好的强度和刚度、可制作工具，标志着人类文明进入了“青铜时代”（直到公元初年、前后经历约4000年），如此巨大的进步，甚至有人认为是外星人所为！

1、中华大地的金属文明出现略晚，却有独具特色、技术领先的“青铜时代”。

在距今大约3700年前的河南省偃师“二里头遗址”，曾大批出土中国最早的青铜器、青铜饰物，还有“铸铜作坊”！标志着此时的中国确已进入了青铜时代，在时间上略晚于西方国家，但诸多考古证据显示，商周至西汉时期，中国曾有技术领先、高度繁荣的冶炼制铜业，曾在世界上独领风骚！

总体看，西方国家的青铜主要用于铸造工具和武器，而商周时期中国青铜器的器型和用途极为广泛，烹饪食器如鼎、簋（guǐ），酒器如爵、觚，兵器如戈、矛、斧、矢镞，工具如铲、削，乐器如铙（打击乐器）等，且金属合金配比合理。古代典籍《周礼·考工记》中就提到各类青铜器的铜、锡成分比。

考古显示，商代拥有非常先进的青铜冶炼铸造工艺，整个商代都在不断改进“复合泥范”铸造技术，泥范结构复杂、体积很大，从最初铸造小型爵、削，到商代晚期已铸出世界已知最重的青铜器“后母戊鼎”、达830多公斤。至于造型和纹饰复杂且精美的青铜器（如四羊方尊），更是比比皆是了。

周代的青铜器铸造技术更是达到极高水平，佐证就是青铜器上面已出现长达几百字的铭文、字迹清晰、规整。而且，当时的泥范质量提升、可反复使用数次，还出现了“叠铸法”（把多个泥范叠合组装），一次可铸出多个铸件，这样小型青铜铸件就能大批量生产了。

在原料保障方面，商周至西汉时期，中国人开采铜矿一般采取开凿浅井、“穴取”的方法。在内蒙古林西、湖北大冶都曾发现春秋时期的古代铜矿遗址，尤其是大冶古矿，具有当时世界上最先进的采矿、冶炼工艺，估计这里曾炼出过10万吨以上的铜。

小常识：中华大地尤其是中原地区，铜矿储量其实不算丰富，这就给青铜器以及后来的铜制货币（铜钱）生产带来一些麻烦。因此，古代中国人非常重视勘探和采矿工作。当时找矿极为困难，主要靠“目力”经验观察，曾有大量工匠长年累月在荒山野岭之中找矿！《管子》中就记载了根据“矿苗”（矿产自然露于地表部分）找矿的经验；汉武帝时期，为了铸造铜钱更是每年驱使10万人“攻山取铜铁”。

2、中华大地曾因炼铜、炼铁共同的工艺传统，形成了技术领先的“铁器时代”。

人类最早应是在陨石中认识到“铁”这种坚硬的物质，用它制作刀刃和饰物。但天然金属单质的铁极少、必须通过炼制获得。人类正是在几千年漫长的青铜时代里，在青铜冶炼技术应用中逐渐掌握了熔点更高的冶铁技术、迎来了铁器时代！考古显示，在距今大约4500年前的小亚细亚（今土耳其）赫梯人墓葬中出土的“铜柄铁刃匕首”是世界上最早的冶炼铁器，大约1000年后这里后进入铁器时代，再逐次传到中东、欧洲。

在中华大地，曾在甘肃省临潭商代墓葬中，曾出土3300多年之前的两块铁条，稍晚还有商代的“铁刃铜钺”，而距今大约2800年、西周晚期虢国玉柄铁剑，已是全铁质兵器了。在公元前500年的战国初期，中国正式进入铁器时代、比西方国家略晚，而且在此后几百年里（直到西汉时期）铜器也没有被完全淘汰，是铜器、铁器混用，直接证据就是秦始皇陵中出土了几万件铜质兵器、铁制兵器极少。

秦代人为什么不愿用轻便、锋利、强韧的铁兵器？或许是因为当时的冶炼制铜业非常先进发达，没有必要全部淘汰！还有可能，是科学合理的铜合金配比，在一定程度上抵消了青铜的劣势。但也正是因为青铜冶炼技术先进、且曾长期是铜、铁混用，古代中国人从春秋时期的“竖炉炼铜”工艺之中发展出了遥遥领先世界的“高炉冶铁”（出现于战国晚期）工艺、生产出了铸铁（生铁）以及后续的先进炼钢技术。

西方国家进入铁器时代后的漫长时期（直到欧洲中世纪）都是延续炼铜工艺、冶炼温度约900摄氏度，得到的是杂质较多的海绵状铁块，它含碳量低、较软，要通过反复锻打才能制造出简单的铁器。而中国古代高炉冶铁炉温可达1150摄氏度以上，能形成铸铁、还能浇铸成器，含碳量高、杂质少、质地硬而脆。

汉代之后中国冶铁技术还有很多领先世界。总体来说，中国炼铁高炉的炉型科学合理、非常高大，提升了冶炼效果和效率；战国时已采用人工压动的皮风囊鼓风，西汉时出现畜力鼓风、东汉时出现水力鼓风，宋代至明代则改进了“活塞式木风箱”；冶铁燃料则是在北宋时普及使用煤、南宋时更开始用焦炭冶铁。

在炼钢方面，战国时期就出现“百炼钢”技术，即将含碳较高的冶炼生铁反复加热、锻打几十次、上百次，形成坚韧、锋利、耐用的钢条，这种技术在东汉时期已非常成熟、早于欧洲几百年。为简化锻打过程，中国人在西汉时期还还创造出独特的“炒钢”工艺、并在此后不断完善，它就是在生铁水中加矿石粉，再不断搅拌，通过铁水与空气混合、烧损氧化，其中的碳含量就达到接近钢的比例了。

3、金属农具对中国农业生产的推动。

《左传》中说：“国之大事，在祀与戎。”因此，中国古代那些难得、珍贵的金属原料主要是用于制作礼器、兵器。不过，中华大地作为世界上最古老、最先进的农耕区域之一，这里的人们自然重视农业，很早就用金属制作农具、提升农业生产效率了。

古代中国人在石器时代主要用石制农具，有松土用的石耜（sì，像铲子）、石耒（lěi，像叉子），砍伐用的石斧、石刀，还有蚌壳、兽骨制作的镰刀。春秋时期农具仍以石、木、骨、棒器为主，但当时的冶炼制铜业已很先进发达，因此青铜农具多了起来，如䦆（锄）、铲、镰等，在外形上已与近代差别不大了。春秋战国时期的青铜农具不算普及、质地上也不大好用，直到战国晚期才由铁制农具完全替代了石制农具。

小常识：

人类驯化“孔武有力”的野生牛、使用畜力绝对是一个壮举！牛被驯化后很快被用于农业生产，牛耕正是重大的农业进步！中国在春秋时期就有“铁犁牛耕”的记载，相应出现了“犁”等一系列配套农具，不过，当时的犁并不是铁制的，而是木犁、石犁。

到了汉代，牛耕、铁制农具被广泛使用，标志着中国古代农业生产力水平有“飞跃”发展。汉代之后，中国冶铁生产不断扩大，铁口农具逐步变为全铁农具，铁制农具的样式更是不断改进、品种逐步增加，包括牛耕所需的犁也是越来越精巧合用，就不再赘述了。

总之，中国古代金属冶炼技术的巨大成就，以及农具的发展和演变历史，都充分体现了古代中国人的勤劳和智慧！