金属锌的冶炼和黄铜的应用

锌的古称为倭铅。它的冶炼工艺在古代文献中仅见于《天工开物·五金》篇。原文称：“凡‘倭铅’古书本无之，乃近世所立名色。其质用炉甘石（碳酸锌 ZnCO3）熬炼而成，繁产山西太行山一带，而荆衡为次之。每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固，以渐砑干，勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红。罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出，每十耗去其二，即倭铅也。”

按锌的沸点仅 907℃，而氧化锌的还原温度为 904℃，二者非常接近，因此必须用冷凝装置予以回收，才能得到单质锌。这是炼锌的困难所在， 也是《天工开物》所未详明的。根据近年一些学者的实地考察，得知贵州赫章传统炼锌工艺所用锌铅矿，其主要矿物组成为菱锌矿（ZnCO3），间有异极矿（H2ZnSiO5）和硫酸锌矿（ZnSO4）等，蒸馏罐用耐火泥加熟料制成、上部特做出回收锌蒸汽的斗壳。长方形的坩埚炉内一次可放蒸馏罐一百二十个。罐内盛以碎矿和煤。放入炉内后，点火，锌矿石在高温下被还原，凝集于斗壳底部。所得锌块纯度约为 97—98.7％，生产周期约一昼夜。

印度的炼锌技术早于中国。它的蒸馏罐为倒置，罐颈细长，穿过隔板下伸而起到冷凝器的作用，使锌凝集于下方的容器中。据此可知，印度的传统炼锌术是采用下冷凝式，中国则使用上冷凝式，其技术渊源不同，属于两种工艺体系，有可能是各自独立发明的。锌在十六世纪传入欧洲。据埃契森称， 1745 年有一批锌锭从广州运往瑞典，货船沉没于哥德堡港。1842 年左右，

部分锭材被打捞出来，证实其为纯度 98.99 的锌锭。英国于 1738 年用下冷凝式炼锌，可能是受到印度炼锌术的影响。但中国锌锭的长期出口，无疑也对欧洲炼锌业的兴起产生着推动作用。

黄铜是铜和锌的合金。明自嘉靖时开始大量铸钱，《明会典》载：“嘉靖中则例，通宝钱六百万文合用二火黄铜四万七千二百七十二斤”，“嘉靖三十二年，铸洪武至正德九号钱，每号百万锭，每锭五千文；嘉靖钱千万锭， 每锭五千文”。可见黄铜用量之大。先前多用炉甘石点化红铜得到黄铜。如清初顾祖禹《读史方舆纪要》载：“宁州水角甸山，在州东百三十里，地名备录村，产芦（炉）甘石，旧封闭。嘉靖中，开局铸钱，取以入铜，自是复启。”但这种方法存在一些问题。如《天工开物·五金》载：“后人因炉甘石烟洪飞损，改用倭铅。每红铜六斤，入倭铅四斤，先后入罐熔化。冷定取出，即成黄铜，唯人打造。”又载：“凡铸器，低者红铜、倭铅均平分两，

① 周志宏：《中国早期钢铁冶炼技术上创造的成就》，《科学通报》1965 年第 2 期。

甚至铅六铜四；高者名三火黄铜、四火熟铜，则铜七而铅三也。”有学者据明嘉靖年间成书的《三元大丹秘苑真旨》所述福建出产“白气倭铅”，河南出产“青气倭铅”，山西出产“黄气倭铅”，认为《宣德鼎彝语》所载“倭源白水铅”和“倭源黑水铅”为中国自产的金属锌①。还有人对明代钱币作了测试，发现天启后的钱币含镉量有明显增大，认为系蒸馏法炼锌所致，据此可将中国以单质锌配制黄铜用以铸钱的时间定在天启元年（1621）②。当然这还需要进一步寻找证据，但由此可见，铜锌合金的配制与使用逐渐进入成熟阶段，且广泛用于钱币和各种器件的铸造与锻制。这在冶金史上是具有重要意义的。