世界冶金考古奇迹重庆明代炼锌遗址群

文 /肖碧瑞 李大地 图/重庆市文化遗产研究院

《天工开物·五金》：“凡倭铅古书本无之，乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成。繁产山西太行山一带，而荆、衡为次之。每炉甘石十斤，装载入一泥罐内，封裹泥固以渐砑干，勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红。罐中炉甘石熔化成团，冷定毁罐取出。每十耗去其二，即倭铅也。此物无铜收伏，入火即成烟飞去。以其似铅而性猛，故名之曰倭云。”这里关于用泥罐“开炼倭铅”的记载和配图，是我国有关炼锌技术的最早记载。考古发现和文献记载表明，印度和中国是世界上较早开始炼锌的国家。公元7~14世纪，印度多部炼金术著作中均记载了蒸馏炼锌技术，其西北部拉贾斯坦邦的扎瓦尔遗址（Zzwar）是目前世界上发现的最早的炼锌遗址。公元16~18世纪，中国出产的锌锭已经出口至日本、印度、欧洲等地，表明当时中国已经大规模炼制单质锌。

锌作为常见有色金属之一，是古代铜、锡、铅、金、银、汞、锌等7种有色金属中被人工提炼最晚的一种。这是由于氧化锌的还原温度（904℃）与其沸点（906℃）十分接近，通常其还原后获得的是气态锌，如果没有快速冷凝的回收装置，气态锌会逃逸或迅速氧化为氧化锌，所以气态锌的捕获是炼锌工艺的难点所在。

重庆境内的炼锌遗址群主要分布在丰都至忠县长江两岸数十公里的台地上和丰都与石柱交界的齐曜山片区，以及酉阳乌江右岸的台地及山坡上。沿长江片区具有长江水利交通之便，便于原料、产品的运输和销售，是目前所见炼锌的肇始之地。齐曜山片区有丰富的铅锌矿、银锌矿，燃煤资源丰富且品味高，最早开始开采锌矿，是炼锌遗址分布的核心地区。乌江片区既有一定的矿料、燃料分布，兼具一定的水上运输便利，是相对较晚发展起来的一片炼锌区域。

其中，忠县临江二队遗址是重庆境内目前所发现面积最大、时代最早的炼锌遗址。遗址位于三峡库区忠县洋渡镇沿江四社长江右岸的二级台地上。遗址北临长江，南靠缓坡，东临水扬溪，西隔小冲沟与沿江四队墓群相望。遗址南高北低，东西长约300米，南北宽40~60米，埋藏面积约15000平方米。在此设立冶炼作坊，一是便于利用长江运输原材料、产品；二是便于将水扬溪等其他小冲沟的水引入冶炼场，解决冶炼过程中制作煤饼、装料、敷泥、印水所需的大量用水问题；三是利用地形的高差和风向进行自然抽风，提高冶炼炉的燃烧效率；四是宽阔空间，可以倾倒大量的冶炼废弃物。

受长江水位反复消涨的影响，遗址临江部分已出现多处垮塌，断坎处见多处暴露在外的冶炼遗迹，部分冶炼废弃堆积已被江水冲刷殆尽。 2013年6至8月，重庆市文化遗产研究院在忠县文物局的协作下对该遗址进行了抢救性考古发掘。本次发掘面积为2100多平方米，共清理各类与冶炼相关的遗迹125个，出土陶、瓷、铁器、铜器等遗物700余件。

冶炼场功用明确，以炼锌炉为中心

单个冶炼场内主要分为工作区和废弃物堆积区。工作区内分布有炼锌炉、排水沟、柱洞、堆煤坑、炼煤坑、蓄水坑、拌泥坑等冶炼相关的遗迹。炼锌炉是冶炼场的核心部分，分布在台地临江面，与等高线平行分布，可利用地形坡度进行自然抽风；排水沟位于炼锌炉地势较高一侧便于排水；堆煤坑、炼煤坑、蓄水坑、拌泥坑位于炼锌炉附近，便于冶炼时发挥各自的功用。

废弃物堆积区主要位于临江的断坎、低地和两侧的冲沟，便于倾倒大量冶炼废弃物。此外，丰都九道拐遗址的发掘表明，部分冶炼场由工作区、生活区及废弃物堆积区组成。生活区是冶炼场工人起居的场所，同样用于产品存放。例如，丰都九道拐遗址一号房子（F1），位于炼炉的一端，墙体用黄土夯筑，面阔两间，一间用于起居生活，一间则堆放冶炼后的产品锌锭；废弃堆积区是倾倒煤渣、残破反应罐等冶炼废弃物和生活垃圾的场所，往往位于炼炉下方的临江低地或冲沟。

炼锌的遗迹，主要集中在6个冶炼场内，以炼锌炉为中心有规律地分布在工作面上。其中，炼锌炉10座，平面为长条形，由炉床、窑室两部分组成。炉床平面呈长条形，是用土坯建筑在生土或已废弃的炼锌炉炉床之上。窑室为马槽形，由炉栅、端墙、侧墙等构成。炉床上置有炉栅，炉栅由上、下两部分构成（上部为土坯，下部为汉砖），下投放柴火，上放置冶炼罐和煤饼；端墙位于炉子两端，用土坯或石块直接构砌在炉床上。侧墙位于炉栅两侧，用土坯构筑在下层炉栅上，平面呈长条形，剖面呈梯形。马槽形窑室能较大限度的节约资源、能源，加快生产周期 。炼炉两端或两侧一般均分布有圆形柱洞，柱洞内残留少量朽木，据此推断炼锌炉已有顶棚。

根据59个灰坑的形制和坑内堆积可以将其分为堆煤坑、炼煤坑、拌泥坑、蓄水坑及其他灰坑等几类，它们均位于炼锌炉附近，以供冶炼时堆放煤炭、制作煤饼、拌泥以及取水所用。51个柱洞中除大部分为炼锌炉搭建顶棚所用，少数柱洞与其他遗迹关系密切：如D30、D49~D51，4个柱洞沿一排煤坑呈直线分布，这里应为堆煤坑搭建顶棚用。3条灰沟均位于炼炉一侧，用于排水。此外，在1号炉南部还清理了1个灶以及1处冶炼罐堆积。

成熟的冶炼工艺

临江二队遗址的发掘，为我们重现了明代炼锌的工艺流程。首先，制作冶炼罐并装入锌矿以及用作还原剂的煤炭（粉）。出土的冶炼罐由反应室及冷凝区两部分组成。反应室为灰色夹砂硬陶的深腹罐，均为轮制。基本形态为侈口、卷沿、圆唇、鼓肩、深腹、平底，高约27~30厘米。冷凝区即在罐体的肩部用粘土（耐火泥）上接一节口径约10厘米、高约6厘米的筒形物，上置铁质盖板，与罐口内放置的冷凝窝而一起形成空腔。第二步是封口，制作冷凝窝。冷凝窝为耐火黄砂泥捏制而成，置于反应室的口部。冷凝窝平面呈圆形，内凹，边缘上戳有一长方形的透气孔，锌蒸汽得以通过。第三步制作冷凝区，即从反应罐的肩部用泥条往上盘筑，形成10 厘米左右高的空腔，然后加冷凝盖形成冷凝区。主要用于冶炼过程中调节气压，避免反应罐爆裂。第四步将反应罐身外壁包裹一层黄泥或泥浆，防止高温冶炼过程中罐体发生爆裂。第五步将装好料的反应罐成排置于炼炉的炉栅之间，罐周堆放煤饼、炉渣，炉栅下投放柴薪、木炭等燃料。同时，可能还要在煤饼、炉渣上覆盖一层稀泥，高度大约是反应区与冷凝区分界处，以便控制反应罐上下端的温度。第六步用火点燃薪炭，然后引燃煤饼进行蒸馏。当反应罐内温度达到还原程度的时候，锌矿与煤（炭）发生化学反应（ZnO ＋ CO→Zn＋ CO2），还原出气态锌，锌蒸气通过冷凝窝的通气孔上升，至冷凝区冷却，便可制得纯净的金属锌结晶。最后一步是在锌炼好后，打破反应罐，取出锌块。整个过程大约持续24小时，每个反应罐只能使用一次。另外，炼得的锌块还需经过进一步提纯工作。现代传统炼锌工艺田野调查表明，一般还要通过炒锌进行精炼，才能得到比较纯净的锌。

在一号冶炼场内，1号炉西南部的发现的灶（Z1）可能即为提纯锌块所用。

中国早期炼锌的唯一实例

重庆境内的炼锌遗址群是我国目前已知并进行考古发掘的时代最早、规模最大的古代炼锌遗址群，也是迄今我国所见早期炼锌的唯一实物遗存。根据出土的“成化年制”、“大明成化年制”纪年款的瓷片以及遗址第9层中出土的一枚“崇祯通宝”等器物，再将冶炼罐、瓷器等与丰都县铺子河、庙背后等遗址出土器物进行比较，推断临江二队炼锌遗址时代为明代中晚期，提前了我国炼锌的起源。而《天工开物·五金》记载中的锌产地并不包括重庆地区，以临江二队遗址为代表的重庆炼锌遗址群的发现为探寻我国炼锌起源提供了新的线索。