梧州钱监遗址炉渣研究*

林泽人,李延祥,余天佑

(1.北京科技大学 冶金与材料史研究所，北京 100083；2.梧州钱币学会，广西 梧州 543000)



梧州钱监遗址炉渣研究*

林泽人1,李延祥1,余天佑2

(1.北京科技大学 冶金与材料史研究所，北京 100083；2.梧州钱币学会，广西 梧州 543000)

通过实地考察在梧州钱监遗址采集的炉渣，并对这些炉渣的样品使用扫描电子显微镜和金相显微镜等实验仪器进行了成分分析检测和金相组织观察，认定梧州钱监遗址存在大量使用含锰铁矿冶炼生铁的炉渣，表明该遗址不仅具有钱币铸造的功能，还进行较大规模的生铁冶炼.

梧州钱监遗址；炉渣；生铁

0 引言

宋代经济空前繁荣，商业和贸易大为增长，这就必然导致对货币的需求量迅速增加.因此，宋代货币的铸造和使用比以往的任何时期都增多了.这使得宋代成为我国历史上铸造货币最多的朝代之一.宋代的货币有铜钱，也有铁钱.北宋货币以铜钱为主，铁钱为辅.金银作为货币，流通量不大.由于铸造货币的需要，宋代政府广设钱监.其中，梧州钱监就是北宋时期在广西地区设置的钱监.

梧州钱监遗址位于广西梧州市万秀区钱鉴路，距梧州河东市区5公里的桂江东岸，钱监依山靠水.梧州钱监遗址所在地，名叫钱鉴村，遗址坐落在三面环山一面临江的河滩上.

20世纪60年代，广西文物工作队曾在遗址进行过小范围发掘，出土了宋代铸钱监作坊、原料坑、储水池、铜渣、铜锭、木炭、炉壁、陶杵、陶风管、铜钱、铁锄、铁凿和瓷器碎片等[1].

本文通过查阅相关文献，进行实地考察，采集了遗址上的炉渣样品(见图1)，并通过对炉渣样品进行实验室检测等方法开展梧州钱监遗址的研究.

图1 梧州钱监遗址采集的部分炉渣形貌

1 实验部分

1.1 样品的检测设备

扫描电子显微镜在冶金考古中应用非常广泛.本次实验主要对梧州钱监遗址炉渣中基体物相以及所含颗粒(尤其是金属颗粒)的具体存在形态、形貌、大小等进行背散射电子形貌观测，并对其所含元素成分进行X射线能谱无标样定量分析，以下简称SEM-EDS分析.检测所用扫描电子显微镜型号为：德国蔡司公司的Zeiss Supra55扫描电子显微镜.

金相仪器在冶金考古中应用也非常广泛，本次实验所用金相仪器为德国徕卡DM4000M型金(矿)相显微镜.

1.2 样品的编号及选取

编号：梧州钱监遗址所在地为梧州钱鉴路三树里，因此将所取样品编号为WSSL.

选取：从采集到的样品中选取形态良好的炉渣，应尽力避免黏附物、风化层等影响所引起的分析误差，以确保炉渣具有代表性.

本次研究选取的样品概况参见表1.

表1 梧州钱监遗址炉渣样品概况

1.4 样品的处理与制备

1)清洁标本，取其有代表性的截面为样品，一般取截面宽约10～25 mm、高约10 mm；如样品需要清洗，尽量避免样品被污染或氧化.

2)使用切割机将样品切割成小块，并切割出初磨平面，或用砂轮、砂纸将样品打磨出一个平面.

3)用金相镶样机将炉渣镶嵌在电木粉中，露出初磨平面.

4)经过由粗到细(400目、800目、1200目、1500目、2000目)的5道水砂纸磨光，再在金相抛光机上使用抛光布抛光至光学显微镜下观察不到磨痕为止.

5)在光学显微镜下观察的含铁颗粒较大的样品用4%的硝酸酒精侵蚀4～5秒，用清水冲净，吹干后做金相观测，并拍照.

6)将样品表面喷碳，并预约SEM-EDS进行电镜观测.其中用4%的硝酸酒精侵蚀过的样品，再在金相抛光机上抛光至光学显微镜下观察不到硝酸酒精侵蚀痕迹之后，吹干，然后与其他样品一起喷碳.

1.5 实验结果

将梧州钱监遗址采集的炉渣进行SEM-EDS检测分析，炉渣基体成分检测结果见表2，炉渣基体及其所含颗粒的特点见表3.

表2 梧州钱监遗址炉渣样品基体的基本成分SEM-EDS分析

注：n.d为未检出含量.

表3 梧州钱监遗址炉渣样品SEM-EDS扫描的基体与所含颗粒特点

2 分析与讨论

2.1 炉渣种类的判定

梧州钱监遗址29个样品的检测结果中，基体基本成分面扫未发现Cu、Pb、Sn、Zn、Ag元素，虽然在WSSL08号样品中发现含Cr、Cu、S的铁氧化矿物残留颗粒，在WSSL14号样品的耐火材料层中弥散分布着含Co的锡青铜颗粒，并可见氧化的锡青铜颗粒和斑铜矿颗粒，在WSSL15号样品的耐火材料与炉渣层交界处可见一定量的含Co的锡青铜颗粒，在WSSL21号样品中含有Cu、Ni、P、S未完全还原的铁颗粒和斑铜矿颗粒，在WSSL22号样品中有含铜的银颗粒和含硫的铜颗粒，在WSSL27号样品中有含铁的硅酸锌，含Cu、S的银颗粒，锡青铜颗粒，含Sn、Zn、Ti的铁氧化物颗粒，在WSSL32号样品中可见含Fe、Ni、Cu的硫化矿物颗粒.这7个样品中，除了WSSL14和WSSL15号样品，其他5个样品虽然有颗粒含有Cu元素、Zn元素、Sn元素，或者含有铜颗粒、锡青铜颗粒、银颗粒，但含量都很少，而且在含有这些元素或颗粒的同一个样品中，铁颗粒是主要的颗粒.而WSSL14号和WSSL15号样品是从炉壁上取的截面，分为耐火材料和炉渣两层，WSSL14号样品的锡青铜颗粒和斑铜矿颗粒并不是在炉渣层中，而是在耐火材料层中，WSSL15号样品中的锡青铜颗粒在耐火材料与炉渣层交界处.这说明，WSSL14号样品中的锡青铜颗粒和斑铜矿颗粒不是冶炼的炉渣，而WSSL15号样品中炉渣层少量的锡青铜颗粒有可能是在排渣的时候，炉渣冲刷炉壁而由炉壁中带来的.

据史书记载，梧州钱监是铜钱监[2].因此，很可能这些样品中的铜和锡是由冶铸铜钱的矿石或炉渣带来的，而其中的锌和银可能是由冶炼的矿石带来的.由以上两方面原因判定这29个样品为炼铁渣.

这29个样品，排除其中的WSSL21、WSSL23、WSSL26、WSSL27、WSSL30、WSSL32、WSSL33号样品，观察其他的22个样品的SEM-EDS背散射图片，发现都含有大量的圆滴状铁颗粒(见图2，图3)，根据黄全胜借助现代钢铁冶金原理的有关文献，探讨炉渣与冶炼工艺的对应关系从而建立的由炉渣分析为主判定古代冶炼技术的方法[3]可知WSSL01-WSSL20、WSSL22、WSSL24号这22个样品都为生铁冶炼渣.

图2 WSSL01的背散射图像

图3 WSSL05的背散射图像

WSSL22号样品的金相图片显示其金属铁颗粒为钢组织(图4，图5，图6)，而不是生铁组织，而且其铁颗粒含有部分不规则形状的.这符合我国古代炒钢渣的特点，那么WSSL22号样品会不会是炒钢的炉渣呢？但WSSL22号样品的Fe配氧之后，其FeO的含量为6.20%，含量较低，与炒钢渣应含高铁相矛盾.WSSL27号样品中的铁颗粒不是圆滴状的，而且其金相图片显示它是钢组织(图7，图8)，但是WSSL27号样品的基体成分配氧之后含FeO为1.28%，含量过低，不符合炒钢渣的特点.这两个样品也应为生铁冶炼渣，其中的铁颗粒是在冶炼过程中的中间产物，因未能充分与碳接触而导致低碳.

图4 WSSL22的金相图片(1)珠光体和马氏体

图5 WSSL22的金相图片(2)铁素体和珠光体

图6 WSSL22的金相图片(3)铁素体、珠光体和马氏体

图7 WSSL27的金相图片(1)珠光体和马氏体

图8 WSSL27的金相图片(2)珠光体和马氏体

WSSL26号样品没有基体成分，除了炉壁之外就是铁或被锈蚀的铁.其金相图片显示它是钢组织(图9)，所含铁呈不规则形状.由于WSSL26号样品没有基体成分，无法得出进一步结论.仅由以上原因来判断，WSSL26号样品有可能是炒钢渣，但不排除它是生铁渣的可能.

图9 WSSL26的金相图片铁素体和珠光体

这29个样品中，WSSL21、WSSL23、WSSL30、WSSL32、WSSL33号样品不含锰，区别于含锰量很高的其他23个样品(除去不含基体成分的WSSL26号样品)，为非高锰铁渣.这5个非高锰铁渣中的铁颗粒未能确证其是熟铁或钢，它们可能使用了不含锰的矿石进行生铁冶炼.但是，同时这5个非高锰铁渣的基体成分中含钙量也不高，因此推测这5个非高锰铁渣有三种可能：1)属于生铁冶炼但没有加钙助熔而产生的铁渣；2)属于熔化生铁渣；3)可能是炒钢渣.这5个铁渣不含锰，因此排除了使用锰矿做助熔剂，如果生成它们的冶炼过程又不加钙助熔，那么产生这5个非高锰铁渣的冶炼过程是不加钙助熔的生铁冶炼的可能性极小，因为这不符合古代生铁冶炼一般都加助熔剂的情况；这5个非高锰铁渣是熔化生铁渣和炒钢渣的可能性更大.但，它们的炒炼证据不充分.它们属于炒钢渣需要更确凿的实物和检测证据.

2.2 矿石

29个铁渣样品的基体共有23个含锰量高，占比高达79.31%.于是，可推测梧州钱监所使用的矿石可能有大量锰铁矿石.但是，另一方面，29个样品中除去WSSL26号样品没有基体成分外，有5个未检测出锰元素，而且，在梧州钱监遗址上笔者还采集到一块铁矿石样品(编号WSSL34)，经检测不含锰元素，所以，梧州钱监遗址很可能也使用了不含锰的铁矿石进行冶炼.

其中，梧州钱监所使用的锰铁矿石，笔者根据梧州钱监遗址在桂江东岸的地理位置等信息，并经过查找全国地质资料信息网，作如下推测：

根据路程远近、水路运输便利程度和锰铁矿石的品位，梧州钱监遗址冶炼矿石最可能的来源地有两处，分别为：1)广西桂林市平乐县二塘锰矿.根据《广西平乐二塘锰矿1959年度地质勘探报告书》可知二塘锰矿位于平乐县城东14公里，其九龙区锰平均品位 27.17%，铁11.79%.二塘锰矿区的锰铁矿石可直接进入桂江，通过水路运到梧州钱监；2)广西桂林市恭城县满塘锰矿和乐湾锰矿.根据《广西恭城县满塘锰矿区详查地质报告》可知满塘锰矿位于恭城县城厢乡满塘村一带，矿区平均含锰21.14%，铁14.73%.根据《广西恭城县乐湾锰矿区详查地质报告》可知乐湾锰矿位于恭城县城厢乡乐湾，矿区平均含锰22.76%、铁11.69%.两个锰矿区离西河都很近，可以从西河入茶江，再入桂江，然后到梧州钱监.

而梧州钱监所使用的不含锰的铁矿石很可能来自于贺县至苍梧的大桂山地区，根据《广西贺县——苍梧大桂山地区物化探普查工作报告》可知大桂山地区含有磁铁矿、磁黄铁矿.

2.3 助熔剂

由表2可知，WSSL01、WSSL16、WSSL17、WSSL18、WSSL22、WSSL27号样品中Ca的含量明显高于其他炉渣，笔者由此推测这6个样品可能用了CaCO3(石灰石)做助熔剂.也就是说，梧州钱监的冶铁活动很可能有部分炉次使用了石灰石做助熔剂.

3 结语

1)梧州钱监遗址不仅铸造铜钱，而且还冶炼生铁.因此它是一个集炼铁、铸钱于一体的遗址.

2)梧州钱监所使用的矿石可能有大量锰铁矿石，同时，也可能使用了不含锰的矿石来炼铁.

3)梧州钱监遗址中的铁渣有大量呈现玻璃态，而且几乎所有铁渣中都有圆滴状铁颗粒，圆滴状铁颗粒在铁渣中占主要部分.另一方面，炉渣基体所含铁颗粒中含Mn少，含P少，不含S，可以判断梧州钱监遗址的冶炼气氛控制较好，使锰进入了炉渣而没有进入产品生铁中，显示具有较高的冶炼水平.

4)梧州钱监冶铁活动有部分炉次使用了石灰石做助熔剂.

5)从WSSL21、WSSL23、WSSL30、WSSL32、WSSL33号这5个非高锰铁渣和WSSL26号样品可知梧州钱监遗址有可能进行过炒钢冶炼，但证据还不够充分.如果要进一步确认梧州钱监曾进行过炒钢冶炼，还需更确凿的实物和检测证据.

6)本研究结果表明广西梧州钱监遗址与广西兴业县绿鸦冶炼遗址群冶炼水平较为一致[4].绿鸦遗址有宋代文献记载[5].本文所研究的梧州地区也发现了同样的技术，这表明从宋代开始广西地区已全面掌握了使用含锰铁矿石冶炼生铁的技术.

[1]陈左眉.宋代广西钱监的设置与广西经济的发展[J].广西民族研究，2002(1)：113-114.

[2]脱脱.宋史·食货下二·钱币[M].北京：中华书局，1985.

[3]黄全胜.广西贵港地区古代冶铁遗址调查及炉渣研究[D].北京：北京科技大学博士学位论文，2008：33.

[4]于永平，黄全胜，李延祥.广西兴业三处冶铁遗址考察[J].有色金属，2010(3):163-169.

[5]王象之.舆地纪胜( 四 )[M].中华书局，1992：3500-3501，3505.

[责任编辑 黄祖宾]

[责任校对 黄招扬]

Study on the Slags of Wuzhou Coin Casting Site

LIN Ze-ren1，LI Yan-xiang1，YU Tian-you2

(1.HistoryofMetallurgyandMaterialResearchInstitute，UniversityofScienceandTechnologyBeijing(USTB)，Beijing100083，China； 2.WuzhouCoinAssociation，Wuzhou543000，China)

This research collected slags from Wuzhou Coin Casting Site through filed working.Composition analyzing and detecting of these slag samples are made by using scanning electron microscope and some other experiment instruments,and the metallographic structures of these samples are observed by using metallographic microscope.Based on the above analysis and observation,this paper identifies that there exists a large quantity of slags in Wuzhou Coin Casting Site,which were produced in the smelting of cast iron from Manganese-containing iron ore.This indicates that the Site not only functions as casting coins,but also smelting cast irons in a large scale.

Wuzhou Coin Casting Site；Slag；Cast Iron

2016-05-27.

国家自然科学基金资助项目“广西贵港地区早期冶铁遗址研究”(50874015).

林泽人(1985-)，男，湖南怀化人，北京科技大学冶金与材料史研究所硕士研究生，主要研究方向：科学技术史；李延祥(1963-)，男，辽宁调兵山人，北京科技大学科学技术与文明研究中心教授，博士生导师，主要研究方向：科学技术史；余天佑(1954-)，男，广西梧州人，梧州学院西江研究院特聘研究员，中国钱币学会会员，主要研究方向：钱币.

N09

A

1673-8462(2016)03-0031-07