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炼铜遗迹数据检测及一些思考——2019北大冶金考古实验班学习心得

日期:2019-10-09 来源: 评论:

[摘要]2019年7月7日至7月14日,我参加了由北大考古文博学院、湖南省文物考古研究所、中国科学院自然科学史研究所等单位在郴州桂阳联合举办的“2019北京大学冶金考古实验班”。通过理论学习、冶金实验、参观考察等一系列的课程,我对于实验冶金考古这一...……

2019年7月7日至7月14日,我参加了由北大考古文博学院、湖南省文物考古研究所、中国科学院自然科学史研究所等单位在郴州桂阳联合举办的“2019北京大学冶金考古实验班”。通过理论学习、冶金实验、参观考察等一系列的课程,我对于实验冶金考古这一领域有了很多新的认知和收获。冶金实验课程主要分为三个部分:地炉炼铜实验、高炉炼铅实验以及生铁铸钢实验,我参加了其中的炼铜实验过程。

01

冶炼实践

地炉炼铜采用的是最为古老的火炼法,用夹杂沙子、植物根茎的黏土搭建地炉,把选好的矿石(硫化矿)放入炉内,燃木炭熔炼,等火候成熟,取精炼铜液,弃去炼渣,即得炼好的初铜。(图一、图二)。地炉炼铜完成后,再进行溶铜浇范。将准备好的铜块放入石墨坩埚后,用地炉加热溶铜,然后倒入准备好的墨鱼骨范内,得到所需的铜铸艺术品。(图三、图四)

图一  冶炼后所得铜块

图二  炼铜地炉

图三  溶铜场景

图四  浇筑墨鱼骨范的场景

02

相关检测及分析

在整个冶炼过程结束后,为了弄清楚炼铜过程对于遗迹遗物和周边环境的影响,我们用手持X射线荧光光谱仪(以下简称XRF)对熔铜所用的石墨坩埚、冶炼后的地炉遗迹以及地炉周边的土壤环境分别进行检测。(图五、六、七)

图五  石墨坩埚的现场检测

图六  解剖后的溶铜石墨坩埚

图七  石墨坩埚口沿处的白色物质

表一  石墨坩埚XRF分析

通过检测数据发现,在坩埚口沿和内部能检测出少量的铜元素残留,可能因为石墨坩埚密度较大、孔隙率小,表面光滑,故铜液在坩埚上残留得较少。古代的浇范容器一般多为陶制,孔隙较石墨坩埚更大,可能在浇铸过程中的铜元素残留会多于我们此次所用的石墨坩埚。另外,坩埚口沿的白色物质经检测应为溶铸黄铜过程中黄铜内的锌元素蒸发冷凝所形成(黄铜的熔点934-967℃略高于锌的沸点906℃)。

表二  地炉底面及剖面XRF分析

通过检测数据得知,地炉剖面无铜元素,但底部铜含量较高。推测底部的铜元素残留主要是因为这次火炼法炼铜在技术上还存在一些不足,导致冶炼后矿石未充分利用,矿渣中残留的铜元素较多。地炉剖面的检测结果是偶然还是具备一定的规律性,一次实验不能说明问题,这需要由大量实验的检测数据结果来判断。(图八)

图八  解剖后的地炉

图九  地炉周围土壤网格检测

表三  地炉周边环境检测

对地炉周边环境的网格状检测仅在砸矿筛矿区和浇范区检测到有铜元素,其它区域均未检测到。地炉周边环境网格状检测的初衷是为了了解冶炼过程对周边环境的影响,通过检测结果得知,这种小规模的地炉冶炼除了能留下一堆烧土遗迹外,对紧邻地炉周边土壤的元素组成并没有明显的改变。但是在围绕炼铜进行的其它工作的区间内(C1和C4检测点),检测到了一些有关联的信息,例如铜含量的突变,这为判断地炉的用途提供了依据。(图十)

图十  对周边土壤环境的检测

03

一点思考

地炉炼铜作坊所需的工作区间规模很小,作坊废弃后留下的环状烧土堆积往往跟灶台堆积很相似,所以在实际的田野考古发掘中遇到环形红烧土遗迹仅凭肉眼很难辨别其实际用途。这时,就需要传统田野考古、矿冶考古、科技考古、文物保护 、科技史等多学科的工作人员合作来进行判定。

考虑到本次检测过程是建立在一个小范围理想化的遗迹区间内来进行的,而实际的矿冶遗址、遗迹现象所处的环境远比实验场所环境复杂,所以此次的检测工作以及所得数据并不能完全适用于发掘过程中现场遗迹类型的判定,但还是能提供一些思路和方法,遇到环形烧土遗迹时,可以选择以遗迹为中心,呈网格状在周边开展调查工作,看能否发现与冶炼相关的信息。

思考:我省高庙、汤家岗等遗址曾出土了大量精美的史前白陶,在学术界引起轰动。近年来,有学者用热膨胀分析仪和差热分析仪(DTA)测量白陶的烧成温度,结果显示所测白陶的烧成温度均为1100℃以下,与一般陶器烧结程度相当。这一检测方法是否能运用到矿冶遗址中遗迹的判定?红烧土的烧成温度能否作为遗迹类型判断的依据?

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