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北京大学2019年冶金实验考古暑期课程(下)

2019-7-21 17:15| 发布者: Ansanjin| 查看: 120| 评论: 0|来自: 北京大学考古文博学院

摘要: 2019年7月14日,北京大学冶金实验考古暑期课程在湖南桂阳县圆满落幕。此次课程由北京大学考古文博学院、湖南省文物考古研究所、中国科学院自然科学史研究所主办,桂阳县人民政府、湖南宝山有色金属矿冶有限责任公司、郴州市博物馆协办,来自国内外30所高校的8位博士研究生、22位硕士研究生、23位本科生,5所中学的10位中学生,以及中国科学院自然史研究所,湖南省考古研究所等8所单位的专家、学者41人共100余人参与。

2019年7月14日,北京大学冶金实验考古暑期课程在湖南桂阳县圆满落幕。此次课程由北京大学考古文博学院、湖南省文物考古研究所、中国科学院自然科学史研究所主办,桂阳县人民政府、湖南宝山有色金属矿冶有限责任公司、郴州市博物馆协办,来自国内外30所高校的8位博士研究生、22位硕士研究生、23位本科生,5所中学的10位中学生,以及中国科学院自然史研究所,湖南省考古研究所等8所单位的专家、学者41人共100余人参与。



桂阳金、银、铜、铅、锌等矿产资源丰富,矿冶历史悠久,被誉为“千年矿都”。据文献记载,西汉时期在桂阳设立了当时全国唯一的“金官”,唐代设置“桂阳监”,以“桂阳”作标识的铜币通行全国。2016年桐木岭遗址的发掘,揭示了明清时期炼锌的流程,其中新发现的焙烧炉、精炼灶、冶炼炉分节墙和硫化矿矿石、精炼锅、托垫、粗锌块等一系列冶炼遗迹、遗物,填补了我国炼锌技术史研究的多项资料空白,对完整复原古代炼锌技术将起到关键作用,对研究我国古代炼锌技术的起源、发展和传播,以及矿冶史、铸币史和赋税史具有重要意义。


此次实验考古课程结合当地矿冶资源和生产特点,以课堂讲授、田野调查和实验实践相结合的方式,完成了冶金考古和湖南考古研究现状的理论课程学习、矿冶遗址和传统村落调查、与矿冶文化有关湘昆戏剧欣赏、郴州有色金属博物馆、郴州矿物宝石博物馆和柿竹园矿山博物馆的参观,进行了竖炉和坩埚炼铅、灰吹法炼银、打制银器、青铜铸造、生铁制钢和块炼铁冶炼实验操作,并在实验结束后由湖南省文物考古研究所和重庆市文物遗产研究院具有考古发掘领队资格的工作人员为领队,分组对实验遗留进行了模拟发掘和解剖。课程在模拟古代冶炼技术,关注生产组织、功能分区、资源与劳动力等的同时,还有意识的关注冶金考古田野工作方法、遗址分布、资源管理和矿冶文化传承问题,各项活动取得圆满成功,具有良好的社会效果和优秀的研究与教学成果


调查参观

暑期课程期间,主办单位组织全体师生进行调查,对桂阳的发展历史及独特的矿冶文化有了深入的认识与了解。


7月9日上午,全体学员参观了柿竹园国家矿山公园博物馆、世界有色金属博物馆、湖南矿物宝石中心博物馆。通过参观学员们对实验中所使用的矿石有了更为直观的印象,还学习了桂阳矿山独特的地质成矿条件、富饶的矿产资源及桂阳千年矿业的发展历史,对当地矿业开发现状、矿产资源综合利用和绿色矿山建设计划也有了一定了解。下午,学员参观了郴州市博物馆、阳山古村和刘家岭壁画墓陈列馆,进一步感受了郴州及桂阳的历史发展变迁。


柿竹园国家矿山公园博物馆

孔雀石与蓝铜矿共生矿

参观阳山古村


7月10日,学员们来到桐木岭遗址参观。该遗址的发掘者湖南省考古研究所莫林恒研究员为学员们详细地介绍了遗址内遗迹的空间布局及功能,及伴出的各类遗物。陈建立教授指导学员对遗址进行了简单的考古调查,并结合学员们采集的样品系统地讲解了在调查和发掘冶炼遗址时要关注的遗迹遗物现象,包括与原料相关的矿石、燃料;与冶炼活动的相关的炉子、炉壁、鼓风管、坩埚等;与产品相关的金属块、炉渣;以及与冶炼工人相关的日常生活用器、所食用动物骨骼等。结束桐木岭的参观调查后,学员还参观了魏家古村及桂阳文化园。

桐木岭遗址全景


莫林恒研究员介绍桐木岭遗址的相关情况

陈建立教授指导学生采集冶金遗物


为了解桂阳当地的文化,桂阳县政府特意安排了一场湘昆剧团演出。剧团演员在《赵子龙计取桂阳》选段中,融合了桂阳当地的矿冶文化传统,让学员在欣赏演出的同时,更为深入的认识了桂阳矿产资源的丰富以及其重要的战略经济价值。

学员们在大溪村骆氏宗祠内

湘昆剧团演员在大溪村古戏台表演


为了更为深入的了解当地的矿冶文化传统,教学工作团队组织部分学员对桂阳县雷坪镇陈溪新村、漳市镇曹溪村进行人类学考察。学员们通过访谈认识到资源的多寡以及利用情况对村落的经济发展的重要作用。陈溪新村有较为丰富的锡矿资源,村民世代以采矿为业,一度十分富裕,而现今禁矿之后,村里的经济发展一蹶不振,已经被曹溪村那样离城较近、交通便利的村落所超越。这些矿冶文化浓厚、建筑雕刻精美的古村落,需要尽快进行价值评估和保护。

陈溪新村全景

人类学考察团在曹溪村访谈


在调查过程中,学员还对当地银匠师傅尹学铭先生进行了采访,和尹先生讨论了银的纯度、焊料、工具,以及传统工艺与现代工艺等问题。


实验操作与创新

冶金实验考古的研究重心在于对古代冶金技术的探索与复原。今年的课程除了以往的冶铜实验、青铜铸造,生铁制钢的基础上,结合当地矿物资源,新增了高炉炼铅、坩埚炼铅、灰吹法提银,银器打制等实验。

2018年实验中炉型缩小显著提升了热效率,冶铜与熔铜实验取得成功。今年在2018年的基础上,依旧成功将铜矿石冶炼为铜单质。但由于白坩土制成的内加热坩埚强度不够、南方地区整体潮湿炉内高温区较小等原因,使得实验最初阶段未能成功熔铜。工作组通过调整炉型结构扩大炉子面积、提高坩埚位置、增加鼓风管的数量等方法提升温度,成功熔铜,并成功完成青铜浇铸实验。



中国古代生铁及生铁制钢技术是独具特色且持续年代悠久的钢铁生产技术。其中炒钢技术的发生及发展模式一直受到学界关注,近几年对于其判定标准的研究逐渐增多,亦发现以往判定依据所存在的诸多疑点。今年冶金实验考古依托于2018年实验考古的初步检测结果上继续进行模拟试验研究,目的不仅在于炒钢技术的研究与展示,同时考究地区性差异对炒钢实验考古的影响,及“操作链”概念下生产组织的功能分区、遗存分布与实验做的关系等方面与考古发掘的“碎片式”遗存之间联系。


广义上,炒钢技术系将生铁在熔融态或半熔融态下氧化脱碳,得到不同含碳量的可锻钢铁材料,并锻打成器的制钢技术。本次模拟实验继续采用小型地炉进行尝试,离心式鼓风机鼓风,共进行了四次制钢实验与两次块炼铁冶炼实验。实验期间,根据炉料生铁熔融状态、温度波动、燃料消耗量等现实情况,酌情对炉型结构大小前后进行了多次修补、重建、改造。四次制钢实验中,鼓风情况、加生铁温度、生铁下降速度、生铁原料、覆碳情况、炉型结构大小及损耗程度等细节参数均能影响生铁熔融效果,而生铁融熔效果的不同则会导致其脱碳速率存在差异,具体影响状态将在后期分析后成文发表。两次块炼铁实验中,尝试了以不同恒定温度下、不同持续冶炼时间下冶炼赤铁矿,得到聚集于炉底融熔效果佳的锅底状高铁炉渣。


中国古代炼铅技术包括敞炉炼铅、竖炉炼铅和坩埚炼铅等方法,本次实验对竖炉炼铅与坩埚炼铅进行了实验模拟。由于本次使用为铅锌矿粉,根据冶炼需要,首先将铅锌矿粉与铁屑以一定比例制作矿团再进行冶炼。


竖炉炼铅过程中,在炉温达到较高温度时,每次加入0.5kg矿团、约0.06kg石灰和适量木炭,温度再次升高后变为每次加入1kg矿团、约0.06kg石灰及适量木炭,最后为每次加入1.5kg矿团、约0.06kg石灰及适量木炭,石灰用于助熔造渣。本次实验因木炭量事先准备不足,故在实验进行了一半时由煤炭替换木炭。实验结果表明,用木炭作燃料冶炼时,从金门流出的炉渣中有银白色铅液流出,冶炼较为成功;而用煤作燃料后,流出的炉渣上多有细小的铅球附着,冶炼效果不佳。


竖炉炼铅

竖炉炼铅所流出的铅液


坩埚炼铅原计划是利用不同配比、不同表面积的矿料进行平行实验。实验过程中槽型炉温度最高可达1046℃,但由于本次首先使用的是自炼锌遗址采集的炼锌坩埚,在冶炼过程中坩埚底部均出现破裂现象,导致炉内反应物质状态基本未发生改变,因而冶炼失败。在此基础上,工作组在冶铜地炉内使用石墨坩埚进行坩埚炼铅实验,同时加入一定量黄铁矿,最终能得到少量铅液及含铅炉渣,取得较好实验效果。

槽型炉坩埚炼铅


灰吹法提银实验使用了铅锭与银粒融化形成铅银合金,再将合金置于炉灰上进行灰吹。实验发现在会吹过程中,部分铅会发生氧化成氧化铅形成渣,而另有铅则沉到灰底与银分离。pXRF分析显示,随着时间的延续,铅银合金中铅含量逐步下降。

灰吹法提银实验


本次实验还邀请当地银匠来到实验操作场进行银器加工实验,现场展示了模具成形、打制银戒、制作银铃操作,还展示了拔丝、吸珠工艺,并尝试了炸珠实验,使学员对金银器的制作工艺有更为深入的了解。

制备银条

吸珠工艺

实验结束后,学员们在考古领队老师们的带领下解剖冶炼炉,倒推冶炼炉的修建过程,观察了冶炼过程后所遗留下的遗迹、遗物,学习了田野考古操作中如何处理冶炼遗存。以竖炉为例,在完成基本测绘后,以两层砖的高度为一个层位,自上而下逐层清理,共清理竖炉8层和炉基2层,竖炉的每个层位均拍照记录,并对其中的炉砖、炉衬和内含物进行取样。在解剖的过程中,黄兴老师对南北方竖炉砌筑方式的演变与差异、竖炉各层炉衬的具体情况及内含物的带状分层现象、鼓风口附近的异常现象等都进行了详细地讲解,如表所示:


层位

层位高度

具体情况

解释

带状分层

竖炉

1

14cm

没有炉料


块状带

~50cm

2

16cm

矿团、燃料等保持加入时的状态,有结晶状物质

结晶状物质经p-XRF检测为析出的铅矿结晶

3

14cm

炉砖上出现烧结面,内含物较2层更为酥粉

温度较上层高以致矿团破碎

4

11cm

炉衬被烧硬


5

13cm

炉衬呈烧琉状

在风口上方,温度较高

软熔带

~19cm

6

12cm

炉衬烧琉,变得很硬,内裹木炭和碎煤

风口、风道在此层,温度很高

滴落带

~13cm

7

12cm

炉衬由烧琉向烧结过渡;风口附近炉衬为红色,其余位置为灰黑色

接近炉底温度不足以将炉衬烧琉;风口附近有较好的氧化氛围,使得炉衬变为红色

汇聚带

~14cm

8

28cm

大量炉渣、未燃的燃料堆积在炉底



炉基

9

夯实的草拌泥

炉基


10

薄层石灰、木炭

隔绝地下湿气



解剖后的竖炉



课程总结与展望


本次冶金实验考古课程内容涵盖了炼铜、制钢等重要古代技术环节,还结合当地的矿物资源开展了炼铅、提银的实验,基本达到实验、教学与研究效果,对古代多种金属生产面貌有了更为深入的认识。此次课程表明冶金实验考古对冶金技术与社会生产研究具有重要意义,也为部分冶金遗址的发掘与研究提供了参照。


冶金实验考古强调理论与实践相结合,在实验中,团队协作是实验成功的基础。学员们亲自体会与冶金活动相关的前处理工作,参与组织分工,相互合作,不仅对冶金活动有了直观认识,也增进了珍贵的友谊。


冶金实验考古虽然已举办四届,在实验取得成功的同时,带队师生也认识到实验设计、原材料准备以及教学组织管理方面的问题,这些不足之处有待日后的课程中不断完善,已经获得的经验与数据,计划以研究报告的形式呈现。



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