世界冶金考古奇跡重慶明代煉鋅遺址群

文 /肖碧瑞 李大地 圖/重慶市文化遺產研究院

《天工開物·五金》：“凡倭鉛古書本無之，乃近世所立名色。其質用爐甘石熬煉而成。繁產山西太行山一帶，而荊、衡為次之。每爐甘石十斤，裝載入一泥罐內，封裹泥固以漸砑干，勿使見火拆裂。然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發火煅紅。罐中爐甘石熔化成團，冷定毀罐取出。每十耗去其二，即倭鉛也。此物無銅收伏，入火即成煙飛去。以其似鉛而性猛，故名之曰倭云?！边@里關于用泥罐“開煉倭鉛”的記載和配圖，是我國有關煉鋅技術的最早記載?？脊虐l現和文獻記載表明，印度和中國是世界上較早開始煉鋅的國家。公元7~14世紀，印度多部煉金術著作中均記載了蒸餾煉鋅技術，其西北部拉賈斯坦邦的扎瓦爾遺址（Zzwar）是目前世界上發現的最早的煉鋅遺址。公元16~18世紀，中國出產的鋅錠已經出口至日本、印度、歐洲等地，表明當時中國已經大規模煉制單質鋅。

鋅作為常見有色金屬之一，是古代銅、錫、鉛、金、銀、汞、鋅等7種有色金屬中被人工提煉最晚的一種。這是由于氧化鋅的還原溫度（904℃）與其沸點（906℃）十分接近，通常其還原后獲得的是氣態鋅，如果沒有快速冷凝的回收裝置，氣態鋅會逃逸或迅速氧化為氧化鋅，所以氣態鋅的捕獲是煉鋅工藝的難點所在。

重慶境內的煉鋅遺址群主要分布在豐都至忠縣長江兩岸數十公里的臺地上和豐都與石柱交界的齊曜山片區，以及酉陽烏江右岸的臺地及山坡上。沿長江片區具有長江水利交通之便，便于原料、產品的運輸和銷售，是目前所見煉鋅的肇始之地。齊曜山片區有豐富的鉛鋅礦、銀鋅礦，燃煤資源豐富且品味高，最早開始開采鋅礦，是煉鋅遺址分布的核心地區。烏江片區既有一定的礦料、燃料分布，兼具一定的水上運輸便利，是相對較晚發展起來的一片煉鋅區域。

其中，忠縣臨江二隊遺址是重慶境內目前所發現面積最大、時代最早的煉鋅遺址。遺址位于三峽庫區忠縣洋渡鎮沿江四社長江右岸的二級臺地上。遺址北臨長江，南靠緩坡，東臨水揚溪，西隔小沖溝與沿江四隊墓群相望。遺址南高北低，東西長約300米，南北寬40~60米，埋藏面積約15000平方米。在此設立冶煉作坊，一是便于利用長江運輸原材料、產品；二是便于將水揚溪等其他小沖溝的水引入冶煉場，解決冶煉過程中制作煤餅、裝料、敷泥、印水所需的大量用水問題；三是利用地形的高差和風向進行自然抽風，提高冶煉爐的燃燒效率；四是寬闊空間，可以傾倒大量的冶煉廢棄物。

受長江水位反復消漲的影響，遺址臨江部分已出現多處垮塌，斷坎處見多處暴露在外的冶煉遺跡，部分冶煉廢棄堆積已被江水沖刷殆盡。 2013年6至8月，重慶市文化遺產研究院在忠縣文物局的協作下對該遺址進行了搶救性考古發掘。本次發掘面積為2100多平方米，共清理各類與冶煉相關的遺跡125個，出土陶、瓷、鐵器、銅器等遺物700余件。

冶煉場功用明確，以煉鋅爐為中心

單個冶煉場內主要分為工作區和廢棄物堆積區。工作區內分布有煉鋅爐、排水溝、柱洞、堆煤坑、煉煤坑、蓄水坑、拌泥坑等冶煉相關的遺跡。煉鋅爐是冶煉場的核心部分，分布在臺地臨江面，與等高線平行分布，可利用地形坡度進行自然抽風；排水溝位于煉鋅爐地勢較高一側便于排水；堆煤坑、煉煤坑、蓄水坑、拌泥坑位于煉鋅爐附近，便于冶煉時發揮各自的功用。

廢棄物堆積區主要位于臨江的斷坎、低地和兩側的沖溝，便于傾倒大量冶煉廢棄物。此外，豐都九道拐遺址的發掘表明，部分冶煉場由工作區、生活區及廢棄物堆積區組成。生活區是冶煉場工人起居的場所，同樣用于產品存放。例如，豐都九道拐遺址一號房子（F1），位于煉爐的一端，墻體用黃土夯筑，面闊兩間，一間用于起居生活，一間則堆放冶煉后的產品鋅錠；廢棄堆積區是傾倒煤渣、殘破反應罐等冶煉廢棄物和生活垃圾的場所，往往位于煉爐下方的臨江低地或沖溝。

煉鋅的遺跡，主要集中在6個冶煉場內，以煉鋅爐為中心有規律地分布在工作面上。其中，煉鋅爐10座，平面為長條形，由爐床、窯室兩部分組成。爐床平面呈長條形，是用土坯建筑在生土或已廢棄的煉鋅爐爐床之上。窯室為馬槽形，由爐柵、端墻、側墻等構成。爐床上置有爐柵，爐柵由上、下兩部分構成（上部為土坯，下部為漢磚），下投放柴火，上放置冶煉罐和煤餅；端墻位于爐子兩端，用土坯或石塊直接構砌在爐床上。側墻位于爐柵兩側，用土坯構筑在下層爐柵上，平面呈長條形，剖面呈梯形。馬槽形窯室能較大限度的節約資源、能源，加快生產周期 。煉爐兩端或兩側一般均分布有圓形柱洞，柱洞內殘留少量朽木，據此推斷煉鋅爐已有頂棚。

根據59個灰坑的形制和坑內堆積可以將其分為堆煤坑、煉煤坑、拌泥坑、蓄水坑及其他灰坑等幾類，它們均位于煉鋅爐附近，以供冶煉時堆放煤炭、制作煤餅、拌泥以及取水所用。51個柱洞中除大部分為煉鋅爐搭建頂棚所用，少數柱洞與其他遺跡關系密切：如D30、D49~D51，4個柱洞沿一排煤坑呈直線分布，這里應為堆煤坑搭建頂棚用。3條灰溝均位于煉爐一側，用于排水。此外，在1號爐南部還清理了1個灶以及1處冶煉罐堆積。

成熟的冶煉工藝

臨江二隊遺址的發掘，為我們重現了明代煉鋅的工藝流程。首先，制作冶煉罐并裝入鋅礦以及用作還原劑的煤炭（粉）。出土的冶煉罐由反應室及冷凝區兩部分組成。反應室為灰色夾砂硬陶的深腹罐，均為輪制?；拘螒B為侈口、卷沿、圓唇、鼓肩、深腹、平底，高約27~30厘米。冷凝區即在罐體的肩部用粘土（耐火泥）上接一節口徑約10厘米、高約6厘米的筒形物，上置鐵質蓋板，與罐口內放置的冷凝窩而一起形成空腔。第二步是封口，制作冷凝窩。冷凝窩為耐火黃砂泥捏制而成，置于反應室的口部。冷凝窩平面呈圓形，內凹，邊緣上戳有一長方形的透氣孔，鋅蒸汽得以通過。第三步制作冷凝區，即從反應罐的肩部用泥條往上盤筑，形成10 厘米左右高的空腔，然后加冷凝蓋形成冷凝區。主要用于冶煉過程中調節氣壓，避免反應罐爆裂。第四步將反應罐身外壁包裹一層黃泥或泥漿，防止高溫冶煉過程中罐體發生爆裂。第五步將裝好料的反應罐成排置于煉爐的爐柵之間，罐周堆放煤餅、爐渣，爐柵下投放柴薪、木炭等燃料。同時，可能還要在煤餅、爐渣上覆蓋一層稀泥，高度大約是反應區與冷凝區分界處，以便控制反應罐上下端的溫度。第六步用火點燃薪炭，然后引燃煤餅進行蒸餾。當反應罐內溫度達到還原程度的時候，鋅礦與煤（炭）發生化學反應（ZnO ＋ CO→Zn＋ CO2），還原出氣態鋅，鋅蒸氣通過冷凝窩的通氣孔上升，至冷凝區冷卻，便可制得純凈的金屬鋅結晶。最后一步是在鋅煉好后，打破反應罐，取出鋅塊。整個過程大約持續24小時，每個反應罐只能使用一次。另外，煉得的鋅塊還需經過進一步提純工作?，F代傳統煉鋅工藝田野調查表明，一般還要通過炒鋅進行精煉，才能得到比較純凈的鋅。

在一號冶煉場內，1號爐西南部的發現的灶（Z1）可能即為提純鋅塊所用。

中國早期煉鋅的唯一實例

重慶境內的煉鋅遺址群是我國目前已知并進行考古發掘的時代最早、規模最大的古代煉鋅遺址群，也是迄今我國所見早期煉鋅的唯一實物遺存。根據出土的“成化年制”、“大明成化年制”紀年款的瓷片以及遺址第9層中出土的一枚“崇禎通寶”等器物，再將冶煉罐、瓷器等與豐都縣鋪子河、廟背后等遺址出土器物進行比較，推斷臨江二隊煉鋅遺址時代為明代中晚期，提前了我國煉鋅的起源。而《天工開物·五金》記載中的鋅產地并不包括重慶地區，以臨江二隊遺址為代表的重慶煉鋅遺址群的發現為探尋我國煉鋅起源提供了新的線索。