首创的胆水炼铜法

在我国的冶铜史上，除了火炼法以外，还有一种独创的“胆水炼钢法”，曾经盛行于两宋时期。

这种方法的原理就是利用化学性质较活泼的金属铁从含铜离子的溶液中将铜置换出来，再经烹炼，制得钢锭。所利用的原料是天然的胆水。

宋哲宗元祐时期，有一位商人毛遂自荐，向朝廷献出他认为的秘法胆铜法。当时，苏辙任户部侍郎，听说一个商人能以胆矾点铁为铜，就接见了他。

苏辙对他说：“你说你能用秘法炼铜，现在如果试之于官，必然为大家所知道，你不能自己炼铜，就会求他人帮助。这样一来，人人知之，就不再是什么秘密，这正是朝廷所禁止的。我身为户部侍郎，假如以身乱法，显然是不可以的。”

商人不太情愿地走了，随即又到地方都省去说这件事。结果都省也不认可。

这个故事说明，胆铜法最初还不被北宋朝廷认可。当时胆铜生产还被称为“秘法”，仍旧是民间私下进行的小范围生产。至北宋末年，这一方法被认可和推行，成为生产铜的重要途径之一。

事实上，胆铜法从最初发明到被认可，经历了一个很长的时间。

自然界中的硫化铜矿物有一种奇怪的现象：它经大气中氧气的风化氧化，会慢慢生成硫酸铜，古代称为“胆矾”或“石胆”，因为它色蓝如胆。

石胆经雨水的浇淋、溶解后便汇集到泉水中，这种泉水就是所谓的“胆水”。当泉水中的硫酸铜浓度足够大时，便可吸来，投入铁片，取得金属铜，所以也叫“浸铜法”。

这种方法的采用以我国为最早，在世界化学史上是一项重大的发明，可谓现代水法冶金的先声。

对于这一化学变化的观察和认识，早在西汉淮南王刘安所主撰的《淮南万毕术》中，就提到了“白青得铁，即化为铜”。“白青”就是孔雀石类矿物，化学组成是碱式碳酸铜。

至东汉时期编纂成书的《神农本草经》也记载：“石胆……能化铁为铜。”这一“奇特”现象此后便受到历代金丹家的注意。

东晋时期炼丹家葛洪在其所著《抱朴子·内篇·黄白》中提到：“以曾青涂铁，铁赤色如铜……而皆外变而内不化也。”“曾青”大概是蓝铜矿石，也有人认为就是石胆。葛洪对这个化学变化的观察便又深入了一步。

南北朝时期陶弘景在其《本草经集注》中又指出：“鸡屎巩……投苦酒中涂铁，皆做铜色。”

但当时人们对这个化学反应普遍有一个错觉，误以为是铁接触到这些含铜物质后会转变为金属铜，因此在金丹家们的心目中，这些物质就成了“点铁成金”的点化药剂了。

唐代金丹家们把这种“点化”的铜美其名曰“红银”，在炼丹术中正式出现了浸铜法。唐明皇时的内丹家刘知古曾上《日月玄枢论》，其中便说道：“或以诸青、诸矾、诸绿、诸灰结水银以为红银。”

这种“以诸青结水银以为红银”的方法在唐代后期炼丹家金陵子所撰炼丹术专著《龙虎还丹诀》中有翔实的记载，他曾利用了15种不同的含铜物质炼制“红银”，其中“结石胆砂子法”的操作要领如下：

将水银及少量水放在铁制平底锅中加热，至水微沸，投入胆矾，于是铁锅底便将硫酸铜中的铜取代出来，而在搅拌下生成的铜便与水银生成铜汞齐，而使铁锅底重新裸露出铁表面，得以使置换反应持续进行下去。

当生成的铜足够多时，铜汞齐便会凝固而成砂粒状，被称为“红银砂子”。将“砂子”取出，置于炼丹炉中加热，蒸出水银，就得到红银了。

至五代时，这种浸铜法发展成为一种生产铜的方法，当时有一本书《宝藏畅微论》中说道：“铁铜，以苦胆水浸至生赤煤，熬炼而成黑坚。”

至北宋初年，首先是在民间出现了规模相当宏大的胆水冶铜工场。胆铜法不再作为朝廷所禁的秘法而得到推广始于张潜。当时在江西饶州府有一位生产胆铜的技术能手，名叫张潜，总结了这种经验，写成《浸铜要略》一书。

这部书对宋代胆铜业的兴起、发展曾产生了巨大的促进作用，可惜它已佚传。后来张潜的后人张理于元代献此书于朝廷，并被授理为场官。

北宋时期的著名科学家沈括在其所著《梦溪笔谈》中已记载：

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，久之亦化为铜。

所以至迟在元祐年间那里已经试行浸铜法生产，大概已有了小型的作坊了。

随着民间胆水冶铜工场的增多，浸铜法在宋徽宗崇宁年间达至高峰。

据《宋会要辑稿·食货三四之二五》记载，宋徽宗时负责江南炼钢业的官员游经曾统计当时胆水浸铜的地区，主要有11处。而规模较大，生产持久的是信州铅山、饶州德兴和韶州岑水3处。

关于宋代的浸铜工艺，历代也有一些记载，表明各铜场因地制宜，各有创新，并不断在改进。如明代谈迁所撰《枣林杂俎》、清代初期顾祖禹独撰的一部巨型历史地理著作《读史方舆纪要》等都有这方面的记录。

据南宋人张端义的《贵耳集》记载，乾道年间韶州岑水场每年用百万斤铁，浸得20万斤铜，即每斤铜需耗铁5斤，与饶州、信州相比，要超出一倍了。不过这时岑水场已是采用另一种方法“淋铜法”了。

除了浸铜法以外，1102年还提出了煎铜法。由于浸铜法需依赖胆泉，在天旱之年无法生产，所以才发展出煎铜法，即所谓“水有限，土无穷”。

胆土当是开采铜矿时的碎矿渣及硫铜贫矿经风化氧化后而变成的硫酸铜与土质的混合物，为取得胆土，则先开采硫铜贫矿，堆积起来，使之风化氧化，然后再置于盆中，用水浸出胆水，再浸渍铁片。

当然，在经开采过的老铜矿区，想必也常可直接掘到这类胆土。

据《宋会要辑稿·食货》记载，“韶州岑水场措置创兴是法”，后来那里“增置淋铜盆槽40所，得铜20000斤”。据此可估算出每所盆槽平均年产铜500斤左右。

胆铜在南宋时期主要用来铸币。从南宋钱币的检测来看，其中含铁量高达1%以上，较北宋时期铜钱中含铁高出一二十倍，说明胆铜质量是不高的。

至南宋后期，胆水浸铜便完全没落了。在元代时，据《元史·顺帝本纪》记载，1352年曾恢复饶州德兴3处的胆铜生产，但此后的胆铜生产始终规模不大。

总而言之，宋代兴起的胆铜生产，部分地弥补了矿铜生产衰落对铸钱生产和财政收支活动的冲击，使我国古代采矿业在传统的生产方法之外又开辟出一条新的途径。

古代劳动人民总结出来的胆铜生产原理，是我国对世界冶金技术的一项伟大贡献，在冶金史上、化学发展史上都占有重要的地位。

[旁注]

苏辙　（1039年～1112年）。“唐宋八大家”之一，与父洵、兄轼齐名，合称“三苏”。谥“文定”。主要作品有《栾城集》、《诗集传》、《龙川略志》、《论语拾遗》和《古史》等。

刘安　（公元前179年～公元前122年），西汉皇族，淮南王。博学善文辞，好鼓琴，才思敏捷，奉武帝命作《离骚传》。招宾客方术之士数千人编写《鸿烈》，也称《淮南子》，其内容以道家的自然天道观为中心，认为宇宙万物都是由“道”所派生他善用历史传说与神话故事说理。

葛洪　（284年～364年或343年）。东晋道教学者、著名炼丹家、医药学家。三国方士葛玄之侄孙，世称“小仙翁”。他曾受封为关内侯，后隐居罗浮山炼丹。著有《神仙传》、《抱朴子》、《肘后备急方》、《西京杂记》等。

陶弘景　（456年～536年）。著名的医药家、炼丹家、文学家，人称“山中宰相”。陶弘景在医药、炼丹、天文历算、地理、兵学、铸剑、经学、文学艺术、道教仪典等方面都有深入的研究。作品有《本草经集注》等。

沈括　（1031年～1095年）。北宋时期科学家、改革家。精通天文地理，还是卓越的工程师、出色的外交家。所著《梦溪笔谈》。一位非常博学多才、成就显著的科学家，我国历史上最卓越的科学家之一。

顾祖禹　（1631年～1692年）。清代初期沿革地理学家和学者。所编《读史方舆纪要》是一部记叙地理沿革、战争形势的历史地理专著，它不仅是历史地理研究者必读之书，也是历史研究者不可缺少的重要史籍。

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胆水浸铜与胆土淋铜两种方法的原理是相同的，都是用胆矾水浸泡铁片置换出胆铜，只是胆水浸铜是指直接将天然胆水引入人工建造的沟槽中，浸泡铁片；而胆土淋铜则要先采挖含有胆矾的土壤，用水灌浸，使胆矾溶入水中，产生胆水，再用人工盛舀胆水淋浸铁片置换出胆铜。

这两种方法，各有长处与不足。因此，在胆水浸铜法推行后，宋代朝廷又先后在韶州岑水场、潭州永兴场、信州铅山场等处推行了胆土淋铜法，最大限度地提高产铜数量。