第二章 中国古代冶金中的化学成就 第四节 中国古代独特的两种白铜

中国古代曾经发明和研制出两种灿烂的银白色铜合金,一种是砷白铜,是用砒霜点化成的;一种是镍白铜,是用铜矿石与含镍矿石一起合炼制得的。

砷白铜的渊源很早,它完全是中国炼丹术活动的成果。在晋代时,就已经有方士用雄黄(AS2S2)点化红铜成为砷黄铜了,那是一种含砷在5%左右的铜砷合金,当时叫“雄黄金”。隋代方士苏元明对此就很有经验,他是把雄黄和草木灰(含有丰富的K2CO3)一起加热,先制得所谓“伏火雄黄”(即砷酸钾),再用这种“点化药”与红铜、木炭一起合炼,便得到雄黄金了。到了唐代后期,前文提到的那位方士金陵子发展了这种技艺,他先把剧毒的砒霜(AS2O3)与面粉用水拌合揉成团,粘在一根柳木棍上,阴干,然后把红铜熔化,把粘着砒霜团块的木棍直插到液态铜的下层,不断搅拌,AS2O3中的砷很快被炭化的面粉还原成元素砷,并立即溶解在铜中。经反复多次后,当铜中的含砷量超过10%时,就生成了银白色的铜砷合金,也就是“点铜成银”了,他称之为“丹阳银”。金陵子就是这样以极巧妙的方法完成了一项极危险的化学试验。这种白铜质地很硬,雪白如银,非常漂亮。但它有毒性,而且日久天长后,其中的砷会慢慢挥发以致逐渐变黄,色泽不能持久,所以没有发展成为一种实用的合金。但在古代能点化出这种炼制难度很大的合金,应该说是一项很了不起的化学成就。

镍白铜自古是云南、四川地区的特产。中国古籍有所谓“鋈”〔wu误〕,或许就是这种白铜。东晋时人常璩写了一本书《华阳国志》,其中谈到“堂螂县因山名也,出银、铅、白铜、杂药”。按堂螂县即今云南会泽、巧家一带,那里产的白铜可以肯定是镍白铜。这表明镍白铜在晋代时已经炼成,并贩运到中原。据《唐书》记载,那时只有一品大官所乘的牛车才允许用白铜的装饰品。及至清代,云南白铜的生产达到了鼎盛时期,白铜的面盆、墨盒、香炉、烛台、水烟袋远销海内外,极受欢迎。嘉庆年间成书的《滇海虞衡志》曾描述了当时云南生产白铜“居肆之众,器别之多,工匠之自远而至”的盛况。清代还有很多著作述及云南白铜的场矿和税收情况,但都没有明确说明炼制白铜所用的矿品和冶炼方法。

1946年,近代矿产地质学家于锡猷对镍白铜生产作了实地调查,写了一本书,名叫《西康之矿产》,首次阐明了云南传统白铜工艺的详情。近年又有人对四川会理县(川滇交界处)的白铜传统工艺做了进一步考察,他们了解到炼制白铜的原料是镍铁矿(硫化镍铁,四川会理县力马河、青矿山诸处都有古镍矿遗址,可以采集到古矿样)和黄铜矿或黝铜矿(CuO),其冶炼过程是先将两种矿石混合起来放在冶铜炉中炼成所谓的“冰铜镍”(主要成分为Ni2S3、Cu2S和FeS),再放入煅铜炉中反复焙烧,除去其中的硫质。接着又返回冶铜炉中以木炭把它还原成粗制的镍铜合金。最后以精铜与此粗制合金在1300—1400℃下合炼,便得到白铜了。但通常所谓的云南白铜中一般还特意掺了黄铜或倭铅,所以是一种Cu—Ni—Zn三元合金,含铜40—58%,含镍7—32%,含锌25—45%,据说可使白铜“色亮而韧”。

18世纪时,中国云南白铜经东印度公司贩运到欧洲,备受青睐,非常昂贵,价钱仅次于金银,所以仅充作贵族私邸的装饰。直到1832年,英国人汤麦逊(E.Thomason)才仿制成这种合金。次年,德国的罕宁格(Henninger)两兄弟也仿制成功,取名叫“德国银”,从此镍白铜才在欧洲大量生产和推广。

有些科学史家不了解中国古代有两种白铜,所以把“白铜”都解释成镍白铜,发生过不少差错,所以读书时要注意分辨,凡指明用砒石点化的白铜都是砷白铜。