金属对于我们并不陌生，我们日常生活中使用的许多炊具、生产工具以及一些美丽的装饰品就是由各种各样的金属制成的，再如各种炮，飞机等，也都是由各种金属或合金创造的。目前，世界各国都很重视冶金业的发展，一个国家每年的炼钢产量是衡量这个国家国力的一个重要指标。世界上已发现有85种金属单质，占化学元素总数的4/5，然而人们对它们的认识却是经历了一个相当漫长的发展阶段。古代有过青铜时代、铁器时代，19世纪被称作铁的世纪，
20世纪曾被称为铝的世纪，目前人们正努力开发使用崛起的第三大金属钛，将形成铁的世纪。我国古代在铜、钢铁、金、银、锡、铅、锌、汞等金属的冶炼史上均居于世界的前列。古代的许多冶金技术，通过不断向外输出，对欧洲各国产生了很大影响。如中国铁西传的情况，在著名的罗马学者老普林尼所著《博物志》中就有所记载。英国学者李约瑟认为，欧洲的铸铁技术是在11或12世纪由中国传去的。我国古代劳动人民的勤劳和智慧是令人骄傲和自豪的。本篇主要讲述由红铜冷锻铸造到青铜的冶炼；由炼铁到炼钢技术；世界上最早对合金规律的认识；古代陶冶黄金与白银；炼汞与炼锌；黄铜与镍白铜等几个方面来介绍古代人是如何发现和认识金属的。一、由红铜冷锻铸造到青铜的冶炼炼铜早于炼铁提起卧薪尝胆这一成语，我们一定会联想起从电影、戏剧和书中看到的许多关于越王勾践含辛茹苦，利用美人计夺回失去的江山这一古老的传说。我们也一定记得越王和吴王的两把锋利无比的宝剑，无论我们听到的关
于西施的故事是否真有其事，但这两把宝剑是确实存在的，它们已被考古工作者挖掘出来，虽然在地下埋葬了多年，但它们仍然表面光洁，花纹清晰，刀口锋利。它们是由什么制成的呢？就是青铜，而不是铁。青铜是那个时期人们创造兵器的主要材料。由考古的结果证实，我国和国外的一些古老的文明发源地区和国家，都是冶炼铜器早于铁器若干年代。这是因为:在自然界有自然铜，但几
乎没有天然铁（只有极罕见的陨铁、自然铜是自然界原来就存在的金属铜，所以在自然界中都呈氧化物或其他化合物形态存在。从天体上落下来的陨铁数量极少，加工也比铜困难，世界各地对陨铁的使用一般都比使用铜器要晚。铜矿石比铁矿石易被发现。铁矿石一般是四氧化三铁矿或氧化铁矿，一般是灰色、黑色或褐色，不易引人注意，对于古代人来说很难将其与岩石区分开来，更难联想到能用来冶炼金属。而铜矿石中，有一种名叫孔雀石的矿物，主要成分是碱式
碳酸铜，呈翠绿色和深蓝色，色彩鲜艳夺目，进而寻找用孔雀石炼铜的途径。古代炼铜比炼铁技术难度要小一些。铜的熔点只有℃，原始社会晚期烧烤温度就已达到这个水平。铁的熔点为℃，如果想得到较大颗粒的铁，就需要较高的温度。古代炼铜原料主要是氧化铜矿，包括各种碳酸铜矿物，因碳酸盐受热分解就变成氧化物，氧化铜矿石同木炭一起加热就能还原出铜来，所以古代人首先制出的金属器皿都是铜器或青铜器。二、由红铜冷锻到青铜的冶炼远古时代的人们最早是使用石头做成的各种工具来打猎、犁地、贮存物品，在陶窑中的温度能达到℃甚至更高一点，这样就可以对自然铜进行加热锻打以至溶铸，并逐步过渡到用铜矿石来炼铜。可以按需要打制成一定的形状，如果放到火里烧，打制就更加容易，当温度超过℃时，红铜就可熔化，熔化的铜水放在一个具有一定形状的容器中冷却后就可变成所要的形状。
利用红铜制作成铜器
在我国一些距今约年的新石器晚期遗址中，曾出土若干小件铜器，这
说明当时是铜石并用的。如在甘肃武威皇娘娘台出土了多件铜器，包括刀、锥、凿、环等，经检验是由红铜制成的，其中多数为锻造。在伊朗、土耳其及北美洲的苏必利尔湖地区，也都发现了古代人创造的天然铜器件。铜的冶炼，人们开始是在裸露于地表的铜矿物上面燃烧炭火，发现有铜还原出来留在灰烬中，由此逐渐总结出了冶炼铜的方法。在公元前年，埃及、塞浦路斯和美索不达米亚平原(即现伊拉克）的人也掌握了炼铜技术。
大英博物馆现存有阿尔乌巴德山出土的年前苏美尔人铸造的铜牛头以及埃及人在年前制作的铜镜和铜制工具。
利用青铜制作成礼器
我国古代的许多著名文物都是由青铜制得的，如前面提到的越王和吴王的宝剑，商代前期的大方鼎，通高1米，重82.25千克，以及世界上最大的出土青铜文物司母戊大鼎，通高1.33米，重千克，它是商王为其母戊
铸造的礼器。还有造型精致的商代四羊尊(尊是一种古代的盛酒器），高58.3厘
米，边长52.4厘米，重34.5千克。因尊的四角各有一只羊头而得名。它的造型逼真，结构复杂，充分反映了当时青铜器的高超熔铸技艺，即使用现代的精密铸造技术，也不是那么容易办到的。
那么，青铜究竟是由什么构成的，它在性质上同红铜有哪些不同呢？青铜是铜与锡或铅的合金或它们的三元合金。如司母戊大鼎含铜84.77%，锡11.64%，铅2.79%；洛阳出土的西周丰恒戈和丰佰剑，均不含铅；春秋战国的货币，多系同时含有锡铅的青铜。青铜硬度较纯铜大得多而且坚硬；前面提到铜的熔点为℃，加锡（或铅）后其熔点降低，硬度增大。
含锡碱的青铜，熔点只有℃，而硬度则比纯铜增加了好几倍。青铜有较好的铸造性能和机械性能，所以它很快就比纯铜得到更广泛的应用。古代人最早炼出的铜，自然不会像自然铜那样纯，总会含一些矿石中带来的杂质，例如少量的铅、锡、铁等，但不会很多，这不能称为青铜。后来人们有意识地把锡矿或铅矿加入到铜矿中共同冶炼，才成为真正.的青铜。青铜的冶炼是从把金属铜或铜矿石与锡(铅)矿石、木炭一起放在U土中
合炼出来到分别炼出铜、锡、铅三种金属，然后按一定的比例配合起来熔铸成青铜器物的过程，经历了由低 级到高级的发展历程，所使用的冶炼炉也逐渐由矮小的炉子发展到具有一定高度的鼓风炉。古代最早用于冶铸的鼓风设备叫橐，是用皮革做成的风袋，用起来有点像现在手风琴拉压的往复动作。《诗·大雅·公刘》中有于橐于囊的记载。《墨子·备穴》中说：具炉橐，弃以牛皮。《吴越春秋·阖闾内传》中记载国干将铸剑时使童男童女三百人鼓橐装炭。三、由炼铁到炼钢技术青铜并不是青铜时代人们所能找到的最理想的金属材料，天然的陨铁含镍量大都在铜以上，实际即是镍钢，它的强度和韧性要比青铜好得多。早在商代，人们就
将陨铁用在青铜做的刀刃上。年河北省宣城县台西村商代遗址出土一件铜钺，其上镶有铁刃，经化学家鉴定，证明铁刃是采用从宇宙中的天体上坠落到地面的铁质陨石，及陨铁制成的。《吴越春秋·勾践人臣外传》中也提到把钢铁嵌入矛刃中去非常锋利，说明当时已有刃口贴钢的工艺。是世界上最能生产钢的国家之一。人们经过长期的探索，无论在炼铁和炼钢工艺上都达到较高的水平，提起日用刀具，有这样一句话:北有王麻子，南有张小泉。据说明末清初，山东青州府有张光、李顺师兄弟以打造剪子为业，后来到北京谋生，逐渐扩大生产范围，招收徒弟，开设了刀剪作坊，但他们只是制作，不营销售。到了17世纪中叶，有个王姓商人，浑名叫王麻子，是个经营刀剪的大户。他的铺子开设在北京宣武门外大街，他对成品检验较严，专收款等活计不符合规格的一律退回不收。因为他的商品质量好，名声越来越大，年挂出了兰代王麻子的招牌，其他剪刀店也纷纷以王麻子、老王麻子、真正王麻子以及汪麻子、旺麻子来做招牌。这种刀剪，茬制作上，从选材、下料到夹钢、贴钢、淬火、开刃、磨光都有一定规程与质量要求，全部手工操作，一天仅能制成8把剪子。王麻子刀剪轴粗有力、刃薄锋利、经久耐用，双十字菜刀加钢量大，锋快坚韧，轻便适手。常常一把刀、剑使用20年以上，这足以说明炼铁和生铁在《吴越春秋·阖闾内传》中有这样一个传说：吴王命令工匠干将制剑，干将采王山之铁精进行冶炼，多次失败，后来用三百童男童女帮助尊橐装炭，他的妻子莫邪也尽力相助，甚至断发剪指，投入炉中，终于炼成了两把宝剑。这两把剑一把名干将，剑身作龟纹（龟裂纹）；一把叫莫邪，剑身作漫理，水波纹广。
西方早期使用的人工铁都是块炼铢。在较高的温度下，碳将氧化亚铁还原成金属铁。上述反应的产物是铁与渣和未烧完的木炭屑搅混在一起，生铁擦点低，可以铸造，但很脆，失去了锻造性。西亚人好像当时不知如何使用，长期没有形成铸铁工艺。在小亚细亚乔伊泰佩曾出土过一块白口铁。淬火和退火两种工艺是埃及在公元前6世纪最先采用的。淬火即把红热的金属插入水或盐水中以提高其硬
度。起始可能只是希望把热的金属快速冷却，后来发现这样使金属的硬度增加了，因此就形成一道固定的工序。淬火会产生脆性组织，使可锻性受到影响，因此，经常要接着进行低温处理，即退火，使生铁柔化。我国古代，生铁很早就得到了广泛的应用，但并没有影响到块炼铁的使用。尽管块炼铁生产效率低，但其生产工艺和设备较生铁简易，可锻性好。块炼铁不够刚强，在碳水中进行渗碳，形成钢后就可克服这个缺点。所以在相当长的时间里，块炼铁和生铁是长期共存、相互取长补短的。我国古代生铁有4个品种，即白口铁、灰口铁、马口铁和韧性铸铁。白口铁中所含的碳呈碳化铁形态存在，质硬而
脆，打开的断口呈白亮色，称白口。它耐磨，适于创造农具，如犁萁等。灰口铁铸造性能较好，凝固收缩小，适于铸造各种器物，因此应用范围更广。河北满城汉墓出土的车上的锏（轴承）是用灰口铁制成的。马口铁同时具有自口铁和灰口
铁的组织。
结语：
这方面的出土文物多不胜举。生铁在古代还用来做度量衡和某些部件，如铁权，闻名遐迩的赵州桥的石块之间也铸有生铁。铁器在中国的大推广和普遍使用，铁作为新的工具材料在社会生产、军事装备和社会生活中完全占据主导地位，应是秦汉之际。春秋时代以前是先声，战国时代是进步，秦代迅速发展，西汉最后完成。这就是这次材料改革的历程。
参考文献：
《天工开物》
《明实录》
《戒庵漫笔》