2-3 冶金术

2-3 冶金术

近东地区的谷物种植业和产奶业建立之后,接踵而至的是极为迅猛的文化发展。古代文明的大多数基础发明,似乎早在公元前3500年之前即已完成。其中一项最为重要的基础发明是冶金术。很早以前,当地的金属就已经为近东人所知。甚至早在中石器时代,它们就已经为人所注意,人们就已经断断续续地进行过金属加工。然而,本地的金属供应不多,这种新的物质材料的发现并未对文化产生引人注目的影响。当时,人们把金属当成是一种坚韧可塑的石头,只是用锤打和磨制对之进行冷加工。直到人们可以从矿石中提炼金属之后,真正意义上的冶金术才开始出现。即使在中石器时代,在二千多年的时间里,任何一种金属都极其稀缺、极其珍贵,以至其使用范围在很大程度上只局限于制造武器和装饰品。直到冶炼术发明之后,金属工具才成为常用的工具。

近东的冶金术大约发轫于公元前4000年到公元前5000年之间。铜似乎是首先熔炼的金属。碳酸铜矿,包括孔雀石和蓝铜矿,已在开采之中,它们被研磨成粉末用作绘画颜料。它们冶炼成金属铜的温度比较低。人们禁不住把炼铜木的滥觞与一次不幸的经验联系起来:一天晚上,近东一位先生不慎将他作画的颜料袋落入火塘,时值天刮大风,火熄灭后,他发现他徒具虚荣的颜料袋失落之处有一小团铜块,这种材料已为人知,而且比铜矿更为人珍惜。石头可以烧制成金属这一初步发现完成之后,接踵而来的是一连串的试验,随即就比较迅速地发明了一连串的金属加工的基本技巧。

金属可以从一些石头中提炼出来,这一发现一定是激动人心的。一切迹象表明,一旦发现熔炼金属之后不久,冶金工匠就用各种可能的矿石进行了试验。大多数矿石凭重量和质地就可以一望而知。银,铅、锑、锡很快就发现了。炼铜时掺入少量的另一种金属,就造成熔化温度、熔液流动性和成品强度的变化,这些令人吃惊的变化,一定给古代的工匠留下了很深的印象。显然,他们用这种方法进行了试验,并且最终碰上了锡和铜的混合冶炼法。这种冶炼法使那个时代称之为青铜时代。

为何铁到公元前二千年结尾时才开始投入使用,这个问题一定会是一个长期难解之谜。铁矿石比上述各种矿石普遍得多。赤铁矿由于其重量和质地尤其使人一望而知。如果说近东的冶金工匠没有象试炼其它矿石那样试炼铁矿,那是令人难以置信的。而且,铁金属很早之前就以陨铁的形式为埃及人知晓。有趣的是,埃及人似乎猜着了陨铁的来源,因为圣书文字中的“铁”字读作“星星金属”。我认为,人们早期忽视铁的现象有一种最好的解释:成功冶炼铁所需要的技术,与冶炼铜及铜合金所需要的技术形成了鲜明的对比。

炼铜时,熔液集中在炉子底部,矿渣却浮在表面。炼铁时,至少以古代熔炉所能达到的温度而言,铁决不可能完全熔化。相反,它形成一种灰色的海绵状团块,专门术语中叫它为海绵铁块(bloom)。铁块的裂隙之间充满了熔化的矿渣。只有趁熔铁白热之时猛力锻打,方能清除这些杂质。打铁的过程颇象从海绵中挤水的过程。熔炼的铜水可以直接从熔炉流入模型之中浇铸。但是,炼铁却需要很高的温度,而且还需要原始的铁匠进行第二道加工。铁中的含碳量越高,熔点就越低,铁水的流动性就越大。但是含碳量高的铁硬度极高、脆度极大。我们熟习的铸铁就是这样一种合金,主要用之于铸造铁炉和装饰性的铁栏杆。即使做成这样的铁器,铸铁依然极易脆裂,几乎可以象同等重量的玻璃器件一样轻而易举地被砸得粉碎。纵然早期的冶金工匠成功地炼成了铸铁,他们也会面对另一更大的难题,因为任何使之韧化的人们熟悉的铜加工工艺(即退火工艺),都可能引起危险的爆炸。即使以熟铁而论借用铜加工的退火工艺也只会增加熟铁的硬度,反而使之更加坚硬,使之更加难以加工。早期的金属工匠们没有试图熔炼铁矿和加工铁器,而是放弃了这项艰难的工作,这一点是极为可能的。

无论是何原因,反正我们知道,铁金属经常被用来制造工具和武器的时间发生较晚,而且首先广泛使用铁的是野蛮人。这些蛮族住在青铜文化的主要地区的边缘地带。也许,正是由于蛮族缺乏其它金属加工的技艺,才使他们试验新的工艺,最终导致他们开发出冶炼和使用这种新金属铁。

最早成功冶炼铁的地区似乎是土尔其斯坦(属苏联—译注)和小亚细亚北部。也有可能在印度南部有一个独立发展冶铁术的中心。无论如何,冶铁术是在西南亚首先发明的。高含碳量使铁又硬又脆。较低的含碳量使铁变成钢,又硬又韧的钢。印度南部至今有人以极为简单的方法炼钢,这种炼钢法说不定就是那种原生的炼钢法。