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宋代福建矿冶业及其冶铸技术
宋代福建矿冶业及其冶铸技术
两宋时,福建矿冶业和冶铸技术有了迅速发展,呈现一派“矿石云涌,炉炭之焰,未之有熄”的繁荣景象,其技术与产量在全国都占有重要地位。
一、矿冶业的繁盛
矿冶业,福建古已有之。
福州古称“冶城”,即“以越王冶铸为名”。
中唐以后,福建矿冶业虽有一定发展,但在全国仍不著名。
宋代以后,福建矿冶业便迅速发展起来。
北宋初期,福建矿冶业颇具规模,有银场二十七,铁场二十,铜,铝场各二十八处,占全国首位。
宋初至熙宁、元丰年间(960~1078年)全国矿冶业已呈上升趋势,尤以福建发展最快。
原来没有金、锡矿场的福建,此时也设置了金场四处,锡场五处,银场则有二十七处,铜场四十四处,铅场三十一处,比宋初均有较大增加,且居全国首位。
其中唯有铁矿减少多处,降为十一处。
至于宋代福建路矿冶的产量,史料虽没有明确记载,但我们可以从岁课额中间接推算出来。
根据“熙丰法”、“二八抽分制”,即百分之二十的税率,以及《宋会要辑稿·食货三十三》中有关岁课量的记载,推知元丰元年(1078年)福建路下列金属的产量分别为:
金755两,银34.5万两,铜3.8万斤,铁16.3万斤,铝547.7万斤。
在距今近一千年的古代,这些产量应该说是相当可观的。
还应指出,因为当时政府无法完全禁止民间私自采炼,故实际产量当比这些统计数字更高一些。
以全国情况看,此时福建银的产量占全国总产量的32%,位居第一。
铅的产量亦颇可观,仅次于广南东路而位居第二。
此外,金、铜均名列全国第三。
铁在全国也算中等水平。
南宋的矿冶产量,从全国来看,绍兴年间(1131~1162年)矿场数虽多于北宋,但其产量却不如,乾道年间(1165~1173年)产量继续大幅度下跌。
就福建来说,总的趋势也是下降。
据统计,南宋初期福建铜、铁、铅产量分别为元丰元年的28.5%、122.5%和5.1%,下降幅度大于全国平均水平;而乾道二年(1166年)铜、铁、铅产量则分别为南宋初期的11.4%、100%和23.2%,下降幅度比全国平均水平小。
且三者中铁是例外,南宋初年的产量超过了元丰元年,此后亦无下降,而其时全国的情况则相反。
再以福建路和他路相比较:
元丰元年荆湖南路的铜产量近三倍于福建,至乾道二年则仅及福建的28%。
这说明,虽然此期间福建矿产量从绝对量来说是下降了,但相对于全国其他地方的情况,却是上升的。
蓬勃发展的福建矿冶业具有自己的特点。
首先,开发范围极其广泛。
宋代福建八州军中,只有辖区最小的兴化军无矿场设置。
而其矿场分布率高达87.5%,为全国之冠。
其次,数种金属同场并产的现象比较普遍。
宋代福建许多矿场都是数种金属并产,有银铜铅锡并产的,也有银铜铅,银铜锡,银铅锡、铜铁铅、金银铅并产的,还有银铜、银铅、铜铅、金铜、金银并产的,合计共48场,占福建矿场总数的51%,在全国亦名列前茅。
第三,矿场规模大多较小。
元丰元年建州八铜场平均每处产铜不到1万斤,福州二铜场是年共产铜9.5万多斤,平均每处亦不过4万多斤。
铅场规模亦不大,元丰初以前,闽、粤所设场数大致相同,然元丰元年闽铅课量仅及粤之34%。
综观福建各金属矿场数目与各金属矿岁课量在全国所占之比例,后者远低于前者。
第四,如前所述,宋代中后期福建矿场衰落幅度远低于全国。
北宋末叶,由于官府控制和剥削的加剧以及各地矿源久经大量开采,普遍发生产量递减成本递增的现象,全国矿冶业由盛转衰,福建矿冶生产也从熙、丰年间的高峰上跌落下来。
但是,其衰落程度弱于别地,新矿场仍时有兴建,如元祐中(1086~1093年)兴建的宁德宝瑞银场,至靖康(1126)时虽关闭了四分之三的矿坑,而岁犹收千余两,政和(1111年)以后福州各县兴建的铁坑为数亦不少。
到了南宋初期,全国矿冶业进一步衰落,绍兴三十二年(1131年)全国矿场停废率高达43%,而福建仅为19%,此后福建除有些旧矿场仍继续开采外,新矿场也不断兴建,如福州各县于绍兴、乾道、淳熙年间共兴建铁场十九处,且大多有实际课额。
宋代福建矿冶业的繁盛,除得益于统一后的北宋农业和手工业部门对金属需求的持续增长,商品经济日趋发达而导致货币需求量日益增长,以及科学技术的进步和政府的提倡等因素外,福建也有其自身的原因。
第一,有宋一代,福建沿海和山区不断得到开发,人们兴建梯田、围海造田、兴修水利等,都需要大量的铁具。
第二,入宋以后,福建对外贸易日益兴盛,银铜铁器“海舶飞运”,⑿深受南洋各国欢迎,推动了以家族、家庭冶铸手工业向专门化迈进,产品数量和质量不断提高,导致“铜铁之泄尤甚”,官府禁不胜禁。
此二因素对福建矿冶生产的刺激作用,无疑十分巨大。
第三,福建矿产资源十分丰富,“有银、铜……之产”。
闽北的多金属矿群,银、铅的含量尤富。
泉州则以“锭铁之蔽”而著称。
这是福建矿冶业发展的物质基础。
第四,唐末以后,闽地人口成倍增加,“地狭人稠”的情况迫使大批农民转而从事各种手工业劳动,而矿藏的丰富使得人们“尤取资于坑冶”,⒄政府也把募民开矿作为招抚流亡的一种手段,这都为矿冶业提供了大批劳动力。
综上所述,宋代福建矿冶业之繁盛,实为势所必然。
二、先进的冶炼技术
随着矿冶业的发展和繁盛,宋代福建采冶技术达到了相当高的水平。
在采掘方面,已采用了“烧爆法”;即利用热胀冷缩原理对矿石火烧、水泼而使其剥落,其效率倍于人工挖掘。
这一技术源于福建石桥建造热中的花岗岩采掘工艺。
在冶炼技术方面,成就尤为突出。
炼钢的“灌钢法”、冶银的“吹灰法”和炼铜的“胆铜法”等一系列先进的工艺技术得到广泛的应用。
1.冶铁三法与“灌钢法”
宋代泉州安溪县冶铁场规模最大,分布于今尚卿、大坑、湖头等乡镇,毗连成片长达数十公里。
铁渣堆积遗迹有数十处,面积从几亩至数十亩不等,堆积厚度往往高达数公尺。
冶铁为器,畅销国内外。
“冶户”的冶铁炉依其大小有高炉、平炉和小炉三种,能炼出三种铁,即生铁、鑐铁(熟铁)、刚铁(钢铁)。
淳熙《三山志》的作者曾对其炼法有简要的说明:
“初炼去矿,用以铸器物者,为生铁;再三销拍,又以作者,为鑐铁,亦谓之熟铁;以生柔相杂和,用以作刀剑锋刃者为钢铁”。
⒆生铁的熔点低,便于浇铸,连续加工成形和大量生产,从而为钢铁冶铸业迅速发展奠定了基础。
生铁从来是铸造锅釜之器物,宋代福建亦如此。
由于生铁含碳量高,虽硬但脆,不耐碰击,易毁坏,为改进生铁的性能,中国古代发展了一系列的生铁加工技术。
如在战国时期冲问世的铸铁柔化术,即在氧化气氛下对生铁进行脱炭热处理,使成白心韧性铸铁;或在中性或弱氧化气氛下,对生铁进行石墨化热处理,使成黑心韧性铸铁。
这些技术,在宋代的福建得到了广泛应用。
宋代福建冶铁业的高度发展主要体现在灌钢技术的创新运用。
所谓“灌钢法”;即一种“杂炼生铁”成钢的炼钢法,始创于魏晋南北朝时期而推广于宋代,是中国冶金史上一项独创性发明。
灌钢的工艺过程大致为:
将熔化的生铁与熟铁合炼,生铁中的碳份会向熟铁中扩散,并趋于均匀分布,且可除去部分杂质,而成优质钢材。
灌钢技术在宋以后不断被改进,减少了灌炼次数,以至一次炼成。
沈括《梦溪笔谈》卷三对这种方法有较为详实的记述:
“世间锻铁,所谓灌钢者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相人,谓之‘团钢’,亦谓之‘灌钢’。
并说:
“二三炼则生铁白熟,乃是柔铁”,正反映了灌炼次数的减少。
其中把柔铁屈盘起来是为了增加生熟铁的接触面,提高灌钢的效率,并促使碳份分布更均匀,封泥则可以促使造渣,去除杂质,并起保护作用。
在坩埚炼钢法发明以前,灌钢法是一种最先进的炼钢技术。
在福建,这种钢铁主要用于武器制造。
北宋嘉祐八年(1063年),朝廷在福州设立地方军事作坊“作院”,后拓充为“都作院”,内设十一作,大量使用钢铁制造兵器,客观上起到了推动福建钢铁冶炼业向高层次迈进的作用。
此外,灌钢还开始于用制造农具,使钢刃农具逐步得到应用,从而对荒地的垦辟和田土的深耕细作起了重要作用。
2.冶银工艺与“吹灰法”
福建是宋代我国产银最重要的地区。
位于建州建安县的龙焙监,设立于太平兴国三年(978年),管有永兴、永乐、黄沙、褶纸、大挺、东平和松溪七场,为北宋四大银监之一。
熙宁五年(1072年)课额为一万二百七十七两。
除建州外,南剑州、福州玉林场也是银的重要产地。
熙宁年间(1068~1077年)福建上贡银值二十万两,是全国上贡银最多的一路。
冶银是一项沉重的劳动,南宋赵卫彦的《云麓漫钞》对松溪瑞应银场的开采历史,开采技术,矿场事故,冶炼情况以及坑户生活等,作了实录,是一份珍贵的福建矿冶史料。
据该书卷二记载,银的开采经过如下几个步骤:
A.采矿,“每石壁上有黑路,乃银脉,随脉凿穴而入,深数十丈,烛火自照”;B.碎矿,“所取银矿,皆碎屑,用臼捣碎,再上磨,以绢罗细”;C.洗矿亦即选矿,“然后用水洗,黄者即石,黑者乃银”。
建州龙焙监则可把矿石细分为十二种之多,炼矿,“用面糊团入铅,以火锻为大片,即入官库”,“碎银每五十三两为一包”,“它日又炼,每五十两为一锭,三两作火耗。
”
宋代福建有许多银铜并采矿场,如何从银铜混合的矿石中把两种金属分别冶出,是当时面临的难题。
福建坑户困地制宜地采用了“吹灰法”炼银。
据考证,吹灰法冶炼贵金属的原始形式的出现在东汉末年,方法的原理是:
金、银和铅很容易形成合金。
当金银粉与铅在熔炉中共炼时,金银熔人铅中,成为低熔点的铅坨,下沉到炉底,熔渣则上浮。
分出铅坨,放在风炉的灰坯中熔烧时,铅即氧化成“蜜坨僧”,部分在鼓风时被吹去,而大部分会熔化(熔点880℃)而渗入灰中,于是黄金、白银留在灰坯中,得以提纯。
不过,将这实验方法用于冶银生产,则盛兴于宋代。
北宋同安苏颂记述说,将银铜矿石加铅煎炼,银随铅出(变为银铅合金)然后开地作炉,炉内放木叶灰,叫做灰池。
投入银铅合金再炼,铅则渗入灰池下面,留在灰上的就是银。
这种方法实际上是对汉代从银矿中提炼白银之“吹灰法”的创新。
3.成熟的水法炼铜技术
利用胆水浸铁成铜,是宋代冶铜技术的一项革新。
胆铜法,分为胆土淋铜与胆水浸铜。
它是利用铁自铜化合物中取代铜而生产铜的方法,早在宋以前即由于长期冶铜的实践,以及方士们炼丹术的应用而逐渐为人们所知,其中的胆水浸铜法在北宋末年发展成规模生产的水法炼铜,其胆铜年产量一度颇为可观。
宋代福建铜产量在全国名列前茅,除大规模火法炼铜外,与胆水浸铜法在民间的广泛应用不无关系。
据《宋会要辑稿》载,建中靖国元年(1101年),福建有三处矿场采用这一先进技术,它们是建州的蔡池,邵武军的黄齐以及汀州的赤水。
胆水系含有硫酸铜(古文献上所说的石碌或胆矾)的一种矿泉,将铁人置于这种溶液后,发生化学反应,铁取代了铜,成为含铁的硫化物,而铜则游离出来,这就是胆水炼铜的冶铜法。
其具体做法是:
“堤泉为池,疏池为沟,布铁其中,期以浃旬,铁代为铜”,“浸铜,以生铁炼成薄片,置胆水槽中,浸渍数日,上生赤煤,取刮入炉,三炼成铜。
大率用铁二斤四两,得铜一斤”。
顾炎武《天下郡国利病书》卷九十五“福建五”条也有类似记载。
这样的铜产量,无论是古代还是现代,都十分可观,标志着宋代水法炼钢技术的日趋成熟。
在这里,胆水是一种价值较高的矿产,它是水法炼铜得以存在和发展的前提条件。
据汀州旧志载,金山(即紫金山)在上杭县平安里,有天然胆水,分为上中下三池”。
丰富的胆水资源,为福建胆水浸铜法的广泛应用提供了物质保证,冶铜成本也大为降低,从而促进了宋代福建铜冶事业的发展。
三、铸造技术的进步
中国冶金史上的一个最突出特点,是铸造技术占有重要的地位,以至于铸造既作为成形工艺而存在,又成为冶炼工序中的一个组成部分,达到了“冶”与“铸”密不可分的地步。
冶炼技术的进步,促进了宋代福建铸造业的发展。
北宋咸平二年(998年),政府在建州正式设丰国监,为宋初全国四大钱监之一,年铸铜钱量为二十万贯至三十四万贯不等。
南宋初,四大监中的江州广宁和池州永丰均被裁并,而丰国监铸钱量仍相当可观。
货币的铸造,由于前代积累了比较丰富的经验,因而宋代在铸造技术上已趋成熟。
整个铸钱过程中大约分为三道工序。
一日沙模作,即先制造铸钱的沙模,然后铸出凸模铜母范,用它可以造出无数的凹模泥模,因而制出的铜钱大小和式样完全一致。
二日模钱作,原来是用手工来锉平钱的突起边缘,到宋代,已经改为叠串在一起用车刀车平,在技术上有了一定进步。
三日排整作,可见,生产技术已很规范,成熟。
此外,由于冶铁业的发达,宋代福建亦大量铸造铁钱。
北宋初年,随着“泉州青阳铁冶大发”,在著名的冶铁场安溪青阳铁场增产后,转运使遂“置铁务于泉”,并大量铸造铁钱。
北宋太平兴国八年(983年),朝廷又“令于建州铸大铁钱”。
福建铸钱业之历久不衰,且品种多样,实得益于各种铸币原材料的源源供应。
嘉祐八年(1063年)设立于福州的军工作坊,内设十一作,即:
箭作、弓作、甲作、铜作、皮作、漆作、条作、木作、族作、铁作和磨锃作,可见分工之细,技术之精,如果没有一定的产量,是不可能做到这一点的。
在官办手工业的影响下,宋代福建铜铁铸造技术及产业化水平都有了长足进步。
在产业化方面,当时已有一些家庭专营此道而不事农作,出现了家族手工业,如兴化军仙游县铁器“苏山(村)蔡家世其业焉”。
技术的进步表现在出现了各种各样技术水平较高的铸品。
如福州开元寺铁佛(铸于1083年以前)及鼓山涌泉寺的铸钟都是这一时期的杰作,泉州的铜制乐器在全国亦享有盛名,(34)因而生意兴隆。
当时,在原材料来不及供应的情况下,不惜将铜钱熔化改铸为铜乐器。
(35)另外,宣和间(1119~1125年)安溪有用铁瓦盖屋的,可以想象当时铁制品的广泛使用。
新中国成立以后,南安曾出土一件“铁地券”,记载了淳熙十三年(1186年)蔡氏火葬买地之事,该铁券长39cm,宽32cm,上面铸了254个字,现字迹仍清晰可见,可见其铸造工艺是比较先进的。
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