古希腊至罗马时期的金属提炼技术

2024-12-06 21:00   云南  

在古希腊至罗马时期,金属的开采与提炼技术对于社会经济的发展起到了至关重要的作用。这一时期的金属加工技术不仅体现了当时的科技水平,也反映了金属在艺术、建筑和货币制造中的广泛应用。

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黄金的开采与提炼


在古典时期,埃及的黄金生产垄断地位逐渐丧失,这主要是由于地中海地区和欧洲新金矿的发现。这些新发现的金矿,尤其是小亚细亚西部的金矿,如帕克托勒斯浅滩和阿斯蒂拉附近的金矿,曾经是特洛伊财富的传说来源,但随着时间的推移,这些地区的黄金资源开始枯竭。尽管如此,中欧和西欧的自然金通过贸易流入希腊和罗马,补充了黄金供应。不列颠(现在的英国)被认为生产了大量的黄金,这些黄金很可能来自爱尔兰。

在黄金的提炼过程中,主要的方法是从母岩中分离出黄金。古代的精炼方法,如灰吹法、盐化法和硫化法,基本没有重大变化,这些方法被用来从贱金属中提炼黄金。到了罗马时代,汞齐法被引入,这是一种新的提炼工艺。汞齐法利用水银的流动性,从矿石中提取黄金。由于水银有流动性,从矿石中提取黄金相对容易。在焙烧矿物时,水银会蒸发,因此需要一个带有冷凝水银装置的炉子来收集蒸发的水银。据普林尼的记载,罗马人在西班牙开始生产汞,这一工艺在中世纪早期已经应用较广。

汞齐法的具体过程包括将破碎的金矿石用汞处理,形成汞齐,然后通过传送带边挤压边与脉石分离。最后,汞被蒸发掉,留下纯净的金。这一工艺在罗马时代的西班牙得到了广泛应用,尤其是在公元前1世纪,这种提炼黄金的新工艺逐渐被采用,并变得越来越重要。

此外,罗马时代的西班牙还采用了熔析法从铜中提炼黄金,这为古代世界的黄金生产增添了一种重要的方法。熔析法利用铜和铅的熔点差异,将含银和金的金属铜与比它重3到4倍的铅熔在一起,银和金的合金在这个过程中被铅熔解,然后铅缓慢地熔化并从铜铅块中流出,带出了金和银,剩下一个多孔的铜锭。通过灰吹法,可以从铅中提炼出金和银。

这些提炼出的纯金和纯银,使古人能够按各种不同比例铸成合金,满足艺术或其他用途的需求。一种著名的合金“科林斯青铜”,就是金、银、铜的合金。罗马人还极大地改进了金箔的生产,能够制作出非常薄的金箔,一盎司金可打造成750片4平方英寸的金箔。黄金的提炼与早期的炼金术紧密相连,伴随着一种金属在自然中趋于完美的信仰,并在矿山中不断生长。这种信仰由于发现了一些天然的树枝状的金矿和银矿而备受鼓舞,金矿有时会被暂时关闭,人们希望它过一段时间又会长满矿石。

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银和铅的提炼


在古典时期,银和铅的提炼技术对于地中海地区的经济有着深远的影响。方铅矿(硫化铅)作为提炼这两种金属的主要来源,尽管其含银量不高,但因其在古代经济中的关键作用而变得极为重要。方铅矿中的银含量虽然只有大约0.5%,但这一比例足以使其成为古代重要的银矿来源。

方铅矿


古代近东地区的冶炼技术,尤其是对银和铅的提炼技术,随着时间的推移逐渐传播到希腊和罗马。这些技术包括焙烧、熔炼、熔析和灰吹法,这些方法使得银和铅的有效提炼成为可能。在雅典附近的劳里昂银矿,这些技术的应用使得银矿成为雅典经济的支柱。

银和铅的提炼过程是复杂而精细的。首先,方铅矿经过焙烧,将矿石中的硫和砷等易挥发成分去除。接着,在熔炼过程中,加入石灰作为助熔剂,以促进金属的提取。在劳里昂,含银的铅通过焙烧和熔炼相结合的方法从方铅矿中提取出来,得到的铅银合金可以进一步提炼。这一过程在用黏土和石头建成的原始熔炉中进行,当炉子损坏时,黏土和石头可以重复使用。

罗马人对银矿的高效利用,使得银在钱币制造中占据了重要地位。银币通常含有约10%的铜,这一比例与古罗马护民官德鲁苏斯的话相吻合,他曾说“在银币里,银与1/8的青铜融合”。这种银币的制造过程,通常涉及将银和铜的合金放在两个印模间冲压制成,这样的工艺使得银币与古代的仿造品容易区分。

在提炼银的过程中,罗马人还采用了一种类似于19世纪帕廷森工艺的方法。他们通过重复熔化和冷却含银量高的铅,使得最初形成的晶体几乎由纯铅组成,而剩下的液体则含有更多的银。这个过程不断重复,直到银的含量达到1%-2%时才会中止。然后通过灰吹法从合金中得到银,形成的氧化铅可被带回熔炉中。

古代的冶金工匠能够十分有效地从铅中脱银,最后在铅里剩下的银含量仅为0.02%。罗马的冶金工匠们水平更高,能将铅中的银含量降至约0.01%,这在当时是一个相当高的提炼水平。然而,尽管古代的冶金工匠能够十分有效地脱去粗铅中的银,从矿石中提炼时却非常浪费,而且银在焙烧和熔炼的初期会随铅一起在炉渣中大量流失。在劳里昂,为了得到高纯度的铅,必须用高温使杂质完全进入炉渣中,这些炉渣中含有锌和铁,也留下了10%以上的铅和33%以上的银。

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锡、锑、砷的开采


在古典时期,锡的供应相对困难,主要依赖从中欧和西欧的进口。这一时期的锡矿石主要有两种来源:溪流锡矿和脉矿。溪流锡矿的提炼相对简单,通过加入木炭进行熔炼即可得到金属锡。然而,随着资源的逐渐枯竭,更多的锡需要从脉矿中提取,这要求更高的焙烧温度,通常在600-700℃之间,以去除硫、砷等易挥发成分。在熔炼过程中,为了促进金属的提取,一般会添加石灰作为助熔剂。

古代的冶金工匠对锡矿石的提炼技术掌握得很好,能够生产出高纯度的金属锡。例如,从康沃尔进口的锡被浇铸成日形的锭,这种形状适合吊在驮重牲畜的两侧,便于运输。保留下来的古老熔炉遗迹表明,当时获得的金属纯度相当高,通常可达到99.9%以上。然而,这一高纯度的代价是挥发和残渣造成了严重的金属流失。

锡的主要用途是制造青铜器,这是一种铜和锡的合金,广泛应用于古代的武器、工具和艺术品中。从罗马时代起,锡也被用作家用器皿和其他东西的白罐,白罐通常约含70%的锡和30%的铅。在中世纪,有的合金仅含5%-15%的锡,后来普遍达到80%-85%。

锑和砷在冶金价值上相对有限。锑在史前欧洲的青铜器中有所使用,尤其是在匈牙利和高卢地区,古典时期也发现一些用锑代替锡的青铜器。砷主要以硫化物形式存在,如雄黄和雌黄,一般都与其他金属硫化物天然伴生在一起,使得砷成为最早时期出现的合金成分之一。然而,砷几乎没有冶金价值,因为它几乎不会增加合金的强度或韧性,反而可能增加脆性。尽管如此,砷的化合物可以制成颜料、医药处方的成分和毒药,显示出其在非冶金领域的应用价值。




掌镜史
人性与历史脉络。偶尔严谨,大多数时候胡说八道
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