机构:
北京科技大学冶金与材料史研究所!北京100083,中国人民银行钱币博物馆!北京100031
中文关键词:
炼锡;;炼铅;;硬头;;黄渣;;夹锡钱;;宋代
中文摘要:
广西贺县铁屎岭遗址是宋代集炼铅、炼锡、铸钱为一体的大型钱监遗址。初步研究发现平均含锡3.5%的玻璃态炉渣和平均含铅2%的非玻璃态炉渣以及成分波动较大的黄渣,表明该遗址使用原生硫化矿石炼铅,使用了两步流程炼铝。遗址上还发现高中低三种含锡量的“政和通宝”铁钱。根据文献可知其为北宋后期有名的“夹锡钱”,其铸造初衷是利用锡对钢的脆化作用来防止敌国用宋朝铁钱炼钢锻造兵器。从遗址上未发现炼铁炉渣、玻璃态炉渣冶炼产物为高铁硬头等事实看,遗址所出“夹锡钱”应是高铁硬头和生铁调配而铸造的。两步炼锡流程和“夹锡钱”实物的首次认定,对中国冶金史和财政史研究有重要意义。
英文篇名:
PRIMARY STUDY ON SMELTING OF TIN, LEAD AND TIN-CONTAINED IRON COIN IN HEXIAN, GUANGXI IN SONG DYNASTY
英文作者:
LI Yanxiang1; ZHOU Weirong2 (1. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083; 2. China Numismatics Museum. Beijing 100031)
英文摘要:
Two kinds of slags and other fragments such as iron coins were found at Tieshiling Site which was identified as a large scale casting ruin of tin-added coins in Song Dynasty(ca 12 century). The original making purpose of the tin-added coin was considered to prevent Xixia and Liao, the two foe States of Song Dynasty, from smelting the cast iron coins into steel to forge weapons. Several tons of iron coins were unearthed at the site in 1958. Chemical analysis of five samples of Zhenghetongbao from the site showed that iron coins contained Sn from 0.36% to 2.54%. SEM analysis found high Sn phase in the grain boundary of the iron coins too. Chemical and SEM analyses showed that the glassy slag contains Sn 3.5%, FeO 30%, SiO_2 42%. Prills in different sizes were found and measured to be Fe-Sn alloy contained Sn about 15% in the glassy slag. The existence of low Sn glassy slag producing hard head alloy suggested that sandy tin ore was smelt by two-step process. The hard head alloy, as the middle product of the process formed by the glassy slag, was considered by the authors to melt with iron together in order to cast the Sn-added iron coins. The porous slag contains Pb 2.0%, FeO 38% and SiO_2. Pb, lead matte and spiess prills were easy to be found in the slag. Two pieces of metals weighing 1 to 2 kg were analyzed to be spiess with different As and S contents. Those facts suggested that lead sulfide ores were smelt at the site.
英文关键词:
Song Dynasty, tin, lead, spiess, slag, smelting, hardhead, tin-added coin
引文:
1据下列文献整理而成:单振华.广西原生锡矿主要类型的划分及成矿规律的初步认识.矿床地质,1983,(1);中国有 色金属工业总公司广西地质勘查局.广西锡矿.北京:地质出版社,1993;中国矿床发现史(广西卷).北京:地质出版 社;中国矿床(中册).北京:地质出版社,1994
2胡庆生、刘莉.广西贺县北宋钱监遗址再认识,中国钱币,1999,(1)
3赵秉军、王继光等.钢中残存有害元素的影响与控制,特殊钢, 1994, 15(3):17
全文:
广西贺县是我国历史上著名的锡产地。《新唐书·地理志》载“桂岭朝冈、程冈皆有铁,冯乘 (今富川县东北)有锡冶三,富J;I(今富川县西南)有锡”。《宋史·食货志》载“锡产贺州,有场”;“冶平中商、貌、虔、道、贺、潮、循七州锡之冶十六”;“神宗时梧州(今苍梧县治)以铅、锡易得置监”。《元和郡县志》载“临贺县北四十里有大山,山有东游、龙中二冶,百姓采砂烧锡以取利焉”。《方舆纪要》载“里松岗在(贺)县东北,其地有锡矿七处,万历初封闭”。《清一统志》载“贺县朝同在县东北,……并有铁冶,自隋至唐采取”。 近年该县连塘上寺村铁屎岭被认定是北宋钱监遗址,经有关部门初步调查和试掘,发现大量炉渣及“政和通宝”等北宋铁钱。1998年10月,笔者在中国钱币学会广西分会和贺县博物馆的大力协助下,到遗址进行了考查取样。l遗址状况简介 贺县锡矿属于富贺钟(富川县东南部、贺县北部、钟山县东部)矿区,该矿区南起里松墟,向西北延至庙湾墟,长约50km,其中新村坪、半路墟、黄金坪、五拱水、水岩坝、栗头源、望高圩、白沙墟、姑婆山(即萌诸岭)、盘茶源、红花、莲塘、南岳一带皆为产锡区域。原生矿属锡锌硫化物高中热液型合锡硫化物矽卡岩矿床,含锡角砾岩型矿。矿区地处姑婆山花岗岩体西南接触带的凹陷部位,主矿产为锡和锌,原生矿床主要金属矿物有磁黄铁矿、磁铁矿、铁闪锌矿、黄铁矿、毒砂、黄铜矿和脆硫锑铅矿等,锡品位0.2%一1.0%,锌品位7.1%。次生砂锡矿床主要重砂矿物有锡石、磁黄铁矿、钛铁矿、金红石等。”‘ 铁屎岭(坪)遗址位于望高区内望高河畔一级台地上,规模甚大。1977年文物普查测定,遗址地面可见部分东边长256m,西边长273m,南边长112m,北边长 80m,面积为 24386m‘。 1997年有关部门进行试掘,发现遗址地下埋藏部分超出原测定范围,遗址总面积保守的估计可达 28686m‘。’”遗址地表遍布炉渣。炉渣从外观上分为黑红玻璃态炉渣(以下简称B型渣)和黑色非玻璃态炉渣(以下简称F型渣),二者分区堆积,一般不相混合。据当地文博部门考证,遗址内涵简单,年代明确,为北宋末年钱监遗址。1958年大跃进运动时曾在遗址上挖出数吨北宋铁钱;当地村民还曾发现古代炼炉残迹,在炉底多次发现锡锭; 1995年遗址南部外围发现锡粒约100kg。现代开采已发现遗址底下有古矿洞,遗址地表局部也发现有陷落区。今遗址附近有多家民营采矿场,开采遗址所在山坡下的原生矿脉,分别选出铅锌、锡、砷精矿出售。2样品检测 以下对遗址考查过程中取得的炉渣、金属块及铁钱样品进行分析,以揭示相关的冶炼技术。检测主要使用扫描电镜无标样能谱分析(简称SEM分析),对同一样品的不同部位分别进行多次测定,以确定同一性质的部位或相的相对平均成分。对各样品中部分含量有重要意义的元素进行了化学分析。 对遗址上两种类型的炉渣和及金属块都进行了检测,结果见表1至表5。对遗址出土的5枚铁钱进行了部分元素含量化学分析,结果见表6。3检测结果讨论3.l,B型渣代表的冶炼流程 B型渣 SEM分析平均含 Sn量为 3.79%(表 11化学分析平均含Sn量为 3.46%(表ZI二者基本相同,据此可以认为B型渣为含Sn3.5%~3.8%、FeO30%、 SIOZ 42%、 A12 O3 8%的铁硅系炉渣。 对B型渣中金属颗粒的SEM分析显示(表3),这些颗粒无论大小,成分基本一致,为平均含Snl4.50%、Fesl.73%、W3.36%的合金颗粒。这些颗粒是冶炼过程中被机械夹杂在炉渣中的冶炼产物,其成分和冶炼产物的成分是相同的。因此可以认定B型渣的冶炼产品是含Sn约15%的锡铁合金。 锡和铁可形成各种成分的具有灰白色泽结晶构造的脆性合金,在锡冶金学上被称为“硬头”。铁屎岭遗址大量冶炼含Sn约15%的高铁硬头B型渣,可用以推断当时使用的冶炼工艺流程。 在锡冶炼上,始终存在锡的纯度和回收率之间的矛盾。要想使锡达到较高的回收率,必有较多的铁被还原出来,使产出之锡因含铁而纯度不高。为克服这一矛盾,近代曾广泛使用的两步炼锡法。第一步熔炼是在较弱的还原气氛下熔炼砂锡精矿,获得纯度较高的粗锡和富锡渣。第二步熔炼是在较强的还原气氛溶炼富锡渣,获得高铁硬头和可废弃的低锡渣。高铁硬头返回到第一步熔炼中,其中的铁充当还原剂,通过反应Fe+SnO—Sn+FeO而增加锡的还原。当然,在铸造“夹锡钱”时,高铁硬头可用来配制铸钱用的含锡铸铁,详见下文论述。铁屎岭遗址大量存在的低锡渣和曾多次发现的锡锭锡粒,正是两步炼锡法应该出现的遗物。综合上述讨论,可以认定铁屎岭遗址使用了两步炼锡法。3.ZF型渣代表的冶炼流程 F型渣 SEM分析平均含 Pbl.57%、” SI.62%(表l),化学分析平均含Pbl.95O、SI.28O,Sno.55%(表对,表明此种炉渣冶炼的金属应是铅。渣中数量较多的铅颗粒的SEM分析显示(表4),表明冶炼的主产品铅还含有少量的锡、锑、铜等。F型渣中还有铅冰铜、铅锌冰铜、含冰铜黄渣、黄渣等多种颗粒(表4),表明冶炼过程中产生了一定数量的铅冰铜和黄渣。 SEM分析(表5)显示,铁屎岭遗址出土的金属块 MI就是黄渣, MZ则是含冰铜黄渣。从炉渣的含硫量以及存在黄渣、冰铜等副产物的事实看,炼铅所使用的矿石应是从遗址附近地下开采出的含有铅锌砷锑硫化矿物的原生硫化矿石。3.3含锡铁钱的生产过程 因出土有数量甚多的铁钱,铁屎岭遗址还被认定是钱监遗址。据《宋史·食货志》,政和二年 (11 12年)复贺州等地铸“夹锡钱”,“以政和钱颁式”;政和六年(11 16年)除陕西、河东之外其它地区“夹锡钱”停铸。铁屎岭遗址所出合锡铁钱 “政和通宝”当是在此期间铸成,因被禁而未能发行者。 据《文献通考·钱币考二八“夹锡钱始于崇宁二年(1103年),河东运判洪中浮言:‘二虏以中国铁钱为兵器,若杂以铅锡,则脆不可用,请改铸夹锡当三、当十铁钱。’从之。”可知,铸行夹锡钱的初衷是防止与北宋为敌的金、西夏用宋朝的铁钱炼钢制造兵器。 锡是钢的有害元素之一,对钢的危害作用表现在两个方面。第一,钢坯高温加热时,表面形成氧化铁皮。其中的锡等元素因氧化位比铁低而不氧化,被不断聚集在氧化皮之下。如果这些元素的含量超出了它们在铁中的溶解度,就会在氧化皮和金属界面之间形成熔融液相。在热加工的拉应力作用下,这些液相会湿润晶界而产生表面热脆裂纹,最后在钢材表面留下网状分布的微裂纹。第二,锡等元素在晶界偏聚造成的晶界脆性,是钢材产生回火脆性,特别是高温回火脆性的首要因素。因此现代工业严格限制锡在钢中的含量。对一般用途的钢材,锡含量应控制在0.02O~0.050’“。由此可知,万分之几以上的锡含量就足以使钢的质量明显变坏。检测发现的铁钱含锡量要高出现代标准数十到数百倍,仅凭锡的危害作用完全可以达到防止将其化为铁水来炼钢的目的。宋代人能够认识到锡对钢的危害而利用之,应该是一项了不起的科学发现。铁屎岭遗址出土的含锡铁钱为夹锡钱问题的解决提供了实物证据。 铁屎岭遗址出土的铁钱是其铸造者主观追求的产物。表6显示,遗址出土的铁钱含锡量低至0.36%,高至2.54%,表明锡不是铁矿中伴生的,否则锡含量不会变化如此之巨。遗址上也没有检出炼铁渣,说明铸钱所用之铁不是在该遗址上冶炼的。把其它地方生产的铁运到铁屎岭铸钱,应该是为了在官方的严格控制之下加锡。 向铁中加锡方法至少有三种可能。第一是在熔铁时直接加金属锡。第二是在熔铁时加人锡矿砂,靠熔炉中的还原气氛和铁的置换作用使锡矿砂被还原。第三是在熔铁时加人高铁硬头,含锡约15%的硬头与生铁按1:4的比例混合即可获得含锡为3%的铁水铸钱。 加人高铁硬头的第三种可能更为合理。一般近现代富锡渣熔炼的硬头含铁量并不很高,通常为10%一刀%。故意冶炼含铁高达80%以上的高铁硬头固然可以获得含锡量较低的炉渣而提高锡的总回收率,但也增加了硬头的产量。如果把所有的高铁硬头全部都返回到锡的第一次熔炼,必然会加大其炉料的处理量,并有可能造成粗锡含铁量上升的不良后果。因此,把部分高铁硬头分出按第三种可能调配铁水锡含量来铸钱,可避免锡的第一次熔炼出现的上述问题,又在铁钱中引人了锡,还利用了锡冶炼过程里的产生的铁,可谓一举三得。高铁硬头的作为铸造合锡铁钱的原料之一,可把铸钱和炼锡两种流程紧密地结合在一起,形成了铁屎岭遗址的独特内涵。而直接加人锡或锡矿砂的前二种可能就达不到利用锡冶炼中间产品的目的,因而在技术上也就没有必要把两种流程置于同一地点了。 铁屎岭遗址同时拥有冶炼铅锡和铸造钱币等多项功能,它的发现和研究具有重大的学术价值。该遗址的炼铝炉渣初步研究表明,近代通行的两步炼锡法远在宋代就大规模采用了。炼铅炉渣及黄渣的初步研究表明,复杂的原生硫化矿石在宋代已经被用来炼铅。含锡铁钱的发现及其冶铸过程的探讨为澄清夹锡钱的实质提供了强有力的证据。该遗址的进一步发掘和研究,将会填补中国冶金史上锡、铅冶炼的空白,彻底揭开钱币史的夹锡钱疑案。 致谢:本文工作得到了广西钱币学会张世拴先生、广西贺县博物馆胡庆生先生、中国钱币博物馆戴志强、黄锡权馆长、北京科技大学韩汝汾教授以及广西梧州地区人民银行、贺县人民银行的大力支持和指导,在此表示衷心的感谢。北京科技大学冶金与材料史所刘建华、姚建芳二位女士参与了本研究部分样品的制作工作,特此感谢。本研究经费由中国钱币博物馆提供。广西贺县铁屎岭遗址宋代锡铅及含锡铁钱冶炼技术初步研究@李延祥$北京科技大学冶金与材料史研究所!北京100083
@周卫荣$中国人民银行钱币博物馆!北京100031炼锡;;炼铅;;硬头;;黄渣;;夹锡钱;;宋代广西贺县铁屎岭遗址是宋代集炼铅、炼锡、铸钱为一体的大型钱监遗址。初步研究发现平均含锡3.5%的玻璃态炉渣和平均含铅2%的非玻璃态炉渣以及成分波动较大的黄渣,表明该遗址使用原生硫化矿石炼铅,使用了两步流程炼铝。遗址上还发现高中低三种含锡量的“政和通宝”铁钱。根据文献可知其为北宋后期有名的“夹锡钱”,其铸造初衷是利用锡对钢的脆化作用来防止敌国用宋朝铁钱炼钢锻造兵器。从遗址上未发现炼铁炉渣、玻璃态炉渣冶炼产物为高铁硬头等事实看,遗址所出“夹锡钱”应是高铁硬头和生铁调配而铸造的。两步炼锡流程和“夹锡钱”实物的首次认定,对中国冶金史和财政史研究有重要意义。1据下列文献整理而成:单振华.广西原生锡矿主要类型的划分及成矿规律的初步认识.矿床地质,1983,(1);中国有 色金属工业总公司广西地质勘查局.广西锡矿.北京:地质出版社,1993;中国矿床发现史(广西卷).北京:地质出版 社;中国矿床(中册).北京:地质出版社,1994
2胡庆生、刘莉.广西贺县北宋钱监遗址再认识,中国钱币,1999,(1)
3赵秉军、王继光等.钢中残存有害元素的影响与控制,特殊钢, 1994, 15(3):17
机标关键词:
冶炼技术;炼铅;夹锡钱;黄渣;炼锡;铁钱;玻璃态;钱监;铸钱;财政史研究;
SYS_VSM:
遗址:7456,炼锡:2949,炼铅:2679,铁屎:2439,硬头:2410,黄渣:2140,贺县:2061,夹锡钱:1870,铁钱:1056,玻璃态:1038,
DOI:
CNKI:SUN:YOUS.0.2000-02-023
TABLENAME:
XHZLPERIODICAL1_METADATA
机构作者代码:
0023811:10897893;0039448:06328915;
SYS_NVSM:
夹锡钱:13.4*68.7079;高铁:10.4*26.2526;铸钱:7.2*28.5883;黄渣:10*39.706;炼锡:9.2*36.5295;重金属冶金:9.2*18.2647;炼铅:6.2*19.7525;冶炼技术:3*14.658;铁钱:21.4*81.0853;古代货币:21.4*40.5426;硬头:18.2*60.4184;锡铅:2*6.7901;广西:7.2*15.7929;宋代:3.8*8.34534;两宋时代:3.8*8.34534;辽宋金元时代:3.8*4.17267;篇长:4178
机构作者名称:
北京科技大学冶金与材料史研究所!北京100083;中国人民银行钱币博物馆!北京100031_李延祥;周卫荣;;