砒灰烧炼的考古证据
2021年12月13日 信息来源:肖亚 目前浏览:857次


2015年,我所牵头的桂阳矿冶遗址考古调查队在对桂阳陡岭下炼锌遗址调查期间,发现有一组保存相对较好,形制较为清楚的长排冶炼台遗迹。该冶炼台长约20m,残高0.6m,冶炼炉呈左右对称分布,每侧有冶炼炉24个,共48个(图一)。冶炼炉为圆形,直径约0.35m,残高0.5m。此种形制的冶炼台在我国冶金考古遗址中属首次发现。


图一  桂阳陡岭下遗址发现的长排冶炼台


为了解长排冶炼台的冶炼目的,现场采用便携式X射线荧光光谱仪对冶炼炉的台面和内侧面的元素组成情况进行了初步分析(图二)。分析结果表明(表一),冶炼台的不同部位均残留有大量的砷(As)。X射线衍射分析结果显示,砷主要以大量的砷酸铝(AlAsO4)和少量的白砷石(As2O3)形式存在。


图二  冶炼炉测试点位置图


表一 长排型冶炼台p-XRF分析结果

测试部位

主要元素组成平均值(wt.%)

Al2O3

SiO2

K2O

CaO

TiO2

Fe2O3

ZnO

As2O3

台面1

18.20

29.67

2.98

0.66

1.26

10.97

0.13

36.13

台面2

15.20

25.36

2.18

1.03

0.86

6.88

0.13

48.36

内侧面1

15.57

29.05

2.85

0.41

1.00

10.53

0.11

40.49

内侧面2

19.72

35.66

3.52

0.32

1.63

13.57

0.87

24.71


结合文献资料来看,长排冶炼台很可能为烧炼砒灰的冶炼台。砒灰又名“砒霜”,主要成分为三氧化二砷(As2O3)[1]。现代《中医药大辞典》中对“砒霜”的解释为:异名白砒,基原为砒石经升华而成的三氧化二砷精制品,主产地湖南、江西、贵州[2]。As2O3具有很强的挥发性,在常压下500~600℃即升华而挥发[3],少部分的As2O3在较高的温度下,被过剩空气进一步氧化为难以挥发的As2O5。As2O5呈强酸性,能与土壤硅酸盐中两性氧化物Al2O3反应生成稳定的砷酸盐。长排冶炼台上检测到的大量砷酸铝和少量白砷石应该是砒灰烧炼后在冶炼台上形成的残留物。

《天工开物》中记载了砒灰的烧炼方法,并绘有“烧砒图”(图三)[4]。

“砒有红白两种各因所出原石色烧成……凡烧砒,下鞠土窑,纳石其上,上砌曲突,以铁斧倒悬覆突口。其下灼炭举火。其烟气从曲突内熏贴釜上。度其以贴一层,厚结寸许,下复熄火。待前烟冷定,又举次火,熏贴如前。一釜之内数层已满,然后提下,毁釜而取砒, 故今砒底有铁沙即破釜滓也。”

图三  《天工开物》烧砒图[4]


《湖南省郴州冶金志》[5]中也有对砒灰烧炼过程和炼砒炉的描述:

“将锤成径寸之砒石,入灶锻炼。灶用火砖或片石砌成,每14灶为一排,灶之顶端有小烟道相通。砒灶每10日出灰一次,每次可煅烧5吨,得灰1.5吨。”

陡岭下遗址发现的长排冶炼台中冶炼炉的形制与文献记载中炼砒炉的形制相近,台面能看到“铁斧倒悬覆突口”的痕迹,并且也是多个形制相同的冶炼灶排列在一起。《天工开物》中记载的炼砒炉为单个窑炉,《湖南郴州冶金志》中记载的炼砒炉则为14灶一排。而陡岭下遗址发现的炼砒炉呈每侧24灶的对称分布,共有炉灶48个。从炼砒炉的规模来看,陡岭下遗址发现的炼砒台使用年代应该较晚。

关于炼砒原料,《清续文献通考》中提到:含砒矿物重要者有三,雄黄雌黄采做药用,产于云南四川广东等省。毒砂为炼砒及氧化砒之原料,湖南产最多[6]。《天工开物》中也有相关记载:凡烧砒霜,质料似土而坚,似石而碎,穴土数尺而取之。江西信郡、河南信阳州皆有砒井,故名信石。近则独盛衡阳,一厂有造至万钧者[4]。从文献资料来看,湖南地区盛产毒砂,为砒灰烧炼提供了丰富的原料,并且湖南地区的砒灰烧炼活动曾盛极一时

砒灰是有剧毒的,《天工开物》[4]记载:凡烧砒时,立者必于上风十丈外,下风所近,草木皆死,烧砒之人经两载即改徙,否则须发尽落。此物生人食过分厘立死。烧炼砒灰的操作者都应该清楚砒灰的毒性。因此,锌冶炼过程中不可能同时开展砒灰的冶炼。陡岭下炼锌遗址上发现的炼砒遗迹,很可能是当地烧炼砒灰的炉户利用了炼锌结束后废弃的场地来进行砒灰烧炼。尽管“砒霜”作为毒药,常活跃在武侠小说和历史记载中,但大量的砒霜则主要作为农药,“以晋地菽、麦必用拌种,且驱田中鼠害,宁、绍郡稻田必用蘸秧根,则丰收也” [4]。可见,砒灰在古代农业社会中起着十分重要的作用。


参考文献

[1]王锦, 任定成. 砒霜名实考辩[J]. 中国科技史杂志,2019,40(1):104-112.

[2]南京中医药大学. 中药大辞典[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2014, 1976.

[3]袁海滨.高砷烟尘火法提取白砷实验及热力学研究[J].云南冶金,2011,40(6):27-30.

[4]宋应星,邹其昌.天工开物:精装插图本[M].北京:中国画报出版社,2013:206,162-172.

[5]郴州地区冶金局,湖南省郴州冶金志(1840~1988)[M].内部资料,1990:26,83.

[6]刘锦藻. 清续文献通考[M]. 杭州:浙江古籍出版社, 2000, 630.

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