开启现代水法冶金先河的“胆铜法”
http://www.newdu.com 2024/11/24 10:11:10 人民教育出版社 佚名 参加讨论
开启现代水法冶金先河的“胆铜法” 人民教育出版社 马执斌 古代中国首创的“胆铜法”，是世界化学史上一项重大的发明。它开启了现代水法冶金的先河。胆铜法也称“浸铜法”或“湿法炼铜”。 在自然界中，铜主要以硫化铜的形式存在。如辉铜矿，化学成分为Cu2SO，呈铅灰色；斑铜矿，化学成分为Cu5FeS2，新鲜断口呈暗铜色，常具明显的斑状锖色，条痕带灰黑色；黄铜矿，化学成分为CuFeS2，化学成分为CuFeS2，有时含微量的金和银，铜黄色常带暗黄或斑状的锖色，条痕黑色并微带浅绿。自然界中的硫化铜矿物经过氧化会慢慢变成硫酸铜。硫酸铜一般是蓝色结晶体，易溶于水。硫酸铜溶液呈蓝色，像胆汁，中国古代称之为“胆水”。当胆水浓度增高再加上其他条件，硫酸铜的结晶水合物──五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）就会形成晶体，中国古代称之为“石胆”或“胆矾”。铁元素比铜元素活跃，将铁片或铁棒置于硫酸铜溶液，即胆水中，铜离子就会被铁离子置换出来，产生单质铜，其化学反应方程式为：CuSO4+Fe=FeSO4+Cu。这一化学知识就是湿法炼铜的原理。在今天，这已经是最基础的化学知识。然而，在两千多年前的西汉时期，中国人已经认识了这一原理；在一千多年前，中国人又将这一原理用于工业生产，这些都是难能可贵的。 用铁置换铜，最早发现这一化学反应的是西汉初期道家的炼丹师。他们试图用自然界的矿物（偶尔也用某些植物）为原料，通过人工的方法，即化学加工，制造神奇的药剂──金丹。这就是所谓的炼丹术。炼丹师们相信，一旦炼就金丹，人服用后就可以长生不老，甚至羽化成仙。炼丹术都是采用化学手段，炼丹活动必然要进行许多化学实验，并不断记录实验过程，总结经验。西汉淮南王刘安（前179～前122）曾招致宾客、儒生、方士集体著述，其中有一篇《淮南万毕术》，今仅存残篇辑录本，篇中提到：“曾（或白）青得铁则化为铜”。“曾青”，又名白青、石胆、胆矾，是天然的硫酸铜。硫酸铜一般为蓝色结晶体，在空气中表面风化失去水分，而呈白色，故又称为白青。这是目前所见有关用铁置换铜的最早文献记载。这一奇特的化学现象被历代炼丹师所关注，类似的记载不断。像东汉时期编撰成书的《神农本草经》记载：“石胆……能化铁为铜。” 东晋炼丹师葛洪在《抱朴子·内篇·黄白》中说：“以曾青涂铁，铁赤色如铜，……外变而内不化也。”他观察铁置换铜反应更深入、更细致了。南北朝时期炼丹师陶宏景把用铁置换铜实验扩大到硫酸铜以外。他在《本草经集注》中指出：“鸡屎矾……投苦酒（即醋）中涂铁，皆作铜色。”“鸡屎矾”是碱性炭酸铜或碱性硫酸铜。它的颜色青、黄相杂，似鸡屎，故名“鸡屎矾”。鸡屎矾很难溶解在水中，所以要投入醋酸里才能溶解。受时代条件的局限，这些炼丹师还不能对自己化学实验做出正确的解释，但他们的实验为水法冶金的胆铜法奠定了基础。 由炼丹师们的化学实验转变为炼铜工业的胆铜法，我们的先人大约花费了1000多年的时间。这期间的曲折过程，目前我们还不清楚。 有的学者根据五代时期的南汉人轩辕述编撰的《宝藏畅微论》已经提到：“铁铜，以苦胆水浸至生赤煤，熬炼而成黑坚”的经验，认为：五代时期，甚至可能在唐代后期，用铁浸入胆水取铜已经发展成一种生产铜的工业方法。 北宋太平兴国年间（977-984）成书的《太平御览》卷九八“药部·白青”条明确记载：“取矾石、白青分等冶炼台铁，即成铜矣。”《宋会要辑稿·食货》上记载：北宋徽宗建中靖国元年（1101）提举江淮荆浙福建广南诸路铜事游经曾统计当时用胆铜法生产铜的地区，主要有11处。它们是：韶州岑水（在今广东省翁源县）、潭州浏阳（在今湖南省浏阳县）、信洲铅山（在今江西省铅山县）、饶州德兴（在今江西省德兴县）、建州蔡池（在今福建生建阳县附近）、婺州铜山（在今浙江永康县）、汀州赤水（在今福建省长汀县）、邵武军黄齐（在今福建邵武市附近）、潭州矾山（在今湖南省浏阳县附近）、温州南溪（在今浙江省永嘉县）、池州铜山（在今安徽省铜陵市附近）。这其中规模较大、生产持久的是韶州岑水、信州铅山和饶州德兴。据《续资治通鉴长编》卷26记载：早在宋神宗熙宁年间（1068～1077），韶州岑水从事胆水炼铜的人多达十余万，所产胆铜数量之大，连官府“已患无本钱可买”。《宋会要辑稿·食货》上说：宋徽宗崇宁二年（1102），韶洲岑水场产胆铜八十万斤，在东南九路胆铜场中产量居首位。北宋时，全国胆铜产量每年可达一百多万斤，占当时铜产量的15～25%。南宋时，铜产量总体大减，但胆铜几乎占铜的总产量的80%以上。那时候，胆铜生产的规模和产量，相当可观。 胆铜法是一种先进的炼铜方法。这种水法炼铜与火法炼铜相比较，有几大优越性：其一，它投资少，见效快，只要在有胆水的地方设置铜场，便可以就地取材，设备简单，技术操作容易，成本低廉，把一些薄铁片或碎铁块投入胆水槽里浸渍，就可以取铜，而且铜的质量精纯。其二，水法炼铜是在常温下进行的，既可以免除鼓风、熔炉等设备，又可以节省大量燃料。其三，水法炼铜减轻了工作的劳动强度，减少了环境污染。其四，胆水炼铜不管是贫矿还是富矿，一概能用。 推广胆铜法是宋代提高铜产量的重要技术措施。适应这种社会需要，北宋后期出现一部总结胆铜法的专著《浸铜要略》。可惜，该书已经失传，幸好《星源甲道张氏宗谱》中保存有《〈浸铜要略〉序》和《〈浸铜要略〉后序》，经黄山学院物理系试验师孙承平先生发现。“星源”是现今江西省婺源县在古代隶属徽州管辖时的别称，“甲道”系村名，在婺原西乡，是古徽州张氏始迁的祖居地。阅读《〈浸铜要略〉后序》，使我们知道：北宋张潜依据《神农本草经》等书记载，刻苦钻研，获得“浸铜”技术要领。然后，他让两个儿子张磬和张甲在铅山进行试验，成功后将浸铜技术总结为二十多条工艺流程，由长子张磬整理成书，取名《浸铜要略》；由次子张甲于绍圣元年（1094）上奏朝廷，“请归官造”。《浸铜要略》将胆铜法的成功的关键归结在“浸”字上，非常生动地反映了湿法炼铜的精神和面貌。 (责任编辑：admin) |
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