古代铁还原银铅冶炼技术研究

Silver production was essential to Chinese dynasties in the middle-late imperial period. Along with the increase of production scale, a series of innovations in silver production technology occurred in this period. The most important one was the adoption of iron reduction process to extract silver-bearing lead bullion from argentiferous lead ores. This technology appeared in China much earlier than in other parts of the world and was an important technological achievement of ancient Chinese craftsmen, reflecting their advanced scientific thoughts. The spread of this technology might influence the silver production industries in the areas surrounding China. .However, due to the lack of systematic investigation, the important value of this technological innovation still has not been fully revealed. This project will address this research lacuna through literature study, archaeological field investigation, scientific analysis of ancient smelting remains, physical chemistry calculation and experimental reconstruction. It is expected to disclose the technological details of this smelting process and establish a diagnostic criteria for its slag. Based on these, the origin and development of iron reduction process in China will be studied in order to demonstrate its crucial value in the history of science and civilization in China, exploring its influence on surrounding cultures, and providing key information for the preservation and exploitation of this culture heritage.

白银生产业是中国封建社会中晚期历代王朝经济命脉所在。随着白银生产规模的不断扩大，一系列技术革新也应运而生，而其中最为重要的一项便是使用铁还原沉淀熔炼法代替烧结-还原熔炼法从含银铅精矿中提取含银粗铅。此技术在中国出现的时间远早于世界其他地区，是我国先民继青铜铸造、生铁冶炼等之后对世界冶金技术发展的又一重要贡献，体现了当时较为先进的科学思想，并可能对中国周边地区的古代白银生产业产生过影响。.然而，囿于缺乏系统研究工作，学界尚未能对此技术的科技与文化价值进行全面揭示。针对这一问题，本项目拟通过文献研究、考古田野调查、古代冶炼遗物分析、冶金物理化学分析以及模拟实验，研究古代铁还原沉淀熔炼法的工艺过程，建立其判别方法，并以此为基础对其起源、发展与传播过程进行探讨，揭示其对周边文明的影响，为推进中国古代科技文明研究、开展文化遗产保护与利用提供关键科学依据。

项目执行期间，课题组成员结合炉渣分析数据、模拟实验结果和历史文献记载建立了基于炉渣SO3和PbO含量的古代铁还原冶炼技术判别方法，当炉渣SO3>2 wt%而PbO含量小于6 wt%时即可能为铁还原法炉渣。该判据为基于实物遗存科学研究古代银铅冶炼技术提供了重要支撑。在此基础上本研究探索铁还原银铅冶炼技术的早期发展历程及其在中国南北方的差异化发展路径。通过考古发掘证实至迟在唐代，江西地区即已开始使用铁还原法在竖炉中冶炼硫化铅矿石，且该技术的延续时间长，直至明清时期仍在使用。北方地区则在宋金时期出现了一种全新的坩埚冶炼技术，以煤作为燃料进行加热，以金属铁为还原剂在坩埚内冶炼含银方铅矿。冶炼遗址选址从矿区周边迁移至高岭土与煤炭资源丰富的区域。这一变化背后存在明显的环境动因。北方地区在经过长时间的毁林后于北宋时期遭遇燃料危机，迫使工匠寻找替代性能源，催生了一些列冶金技术变革，其中最为重要的即为坩埚冶炼技术的快速普及。这一技术变革对北方地区的金属生产格局产生了重大影响，在适应煤炭燃料后显著促进了北方地区金属生产业的发展。综上，本研究实证了中国古代先人对于银铅冶炼技术发展的重要贡献，较为圆满地完成了预定的研究目标。