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历史考古与上古文明|石家河文化：东亚自创的青铜文明（上）（一）矿业工具2、矿料磨碎工具（二）冶炼设备与相关配件( 三 )


除此之外 ， 长江流域还有其自身特殊性：小件铜器在该地区肥沃的泥土中被埋藏数千年后 ， 多会经过化学反应而完全失去原貌 。 比如说在湿暖的环境中 ， 氧化铜吸收水与碳化物 ， 以自然的方式重新回复到原来碳酸氧化铜的状态 ， 即孔雀石（malachite, Cu2CO3(OH)2）或石青（蓝铜矿azurite, Cu3(CO3)2(OH)2）：
Cu2O+ H2O+CO3→Cu2CO3(OH)2
2CuO+ H2CO3→Cu2CO3(OH)2
2CuO+ H2O+CO2→Cu2CO3(OH)2
3CuO+ H2CO3+CO2→Cu3(CO3)2(OH)2
自然界实际发生的过程当然更复杂一些 ， 但总体来说 ， 铜锈被碳酸化后 ， 就变成为典型的孔雀石 。
在富含有机物的土壤中氧化铜还会经过磷酸化的反应 。 测试表明 ， 长江中游肥沃泥土中富含磷酸盐 ， 若氧化铜埋在这种土里 ， 从自然环境会吸收磷酸和羟基而产生磷酸氢铜[6] ， 形成所谓“假孔雀石”（pseudomalachite ， 包括吸收水份最多的蓝磷铜cornetite, Cu3PO4(OH)3；水分少一些的reichenbachite, Cu5(PO4)2(OH)4和libethenite Cu2PO4(OH) 等假孔雀石结构：
3CuO+H3PO4→Cu3PO4(OH)3
5CuO+H4P2O7→Cu5(PO4)2(OH)4
2CuO+HPO3→Cu2PO4(OH)
次生的碱式碳酸铜与次生的碱式磷酸铜这两类氧化矿物一起出现在铜锈上 。
不过上述次生矿化现象 ， 还算是最轻微的反应（在此情况下我们还有机会发现铜料） ， 更多见的则是小型铜器完全粉末化 ， 混在黏土中而无法辨别出来 。 在此情况下 ， 田野发掘者会根本没办法发现有形状的、可辨识的铜器 。 因此不能仅仅只根据发现铜质标本的数量少就低估当时冶铜和使用铜器的规模 。
本研究首先了解和掌握冶炼科学技术的一般规律和要求 ， 尝试汇整早期冶炼遗存的各种细节 ， 仔细观察其间的呼应、搭配耦合与差异 ， 通盘思考隐藏在各种直接和间接证据之下的线索和脉络 ， 从而尝试厘清石家河文化冶铜技术与文化发展的整体情况 。 由于已有足够的直接资料证明 ， 长江中游地区自创发明了冶炼技术 ， 并到石家河文化时（约公距今5000年起）已形成青铜文明；是故 ， 本文拟从不同的角度讨论石家河青铜文明的面貌 ， 包括冶铸技术的操作链和走向专业化的发展 ， 以及冶铸铜对社会和精神文化的影响等 。
二、石家河文化使用矿料与矿业的萌生 （一）从纯氧化铜矿的冶炼到氧化铜矿与硫化铜矿搭配的冶炼法 就铜矿性质来说 ， 硫化铜矿脉均埋藏于地下 ， 而在地表上铜料受到空气的影响而形成氧化铜 ， 主要是碳酸氧化铜 。 所以人们基本上是从氧化铜矿开始认识铜 ， 尤其是氧化铜矿外表为蓝绿色 ， 绚丽醒目 ， 容易引起人的注意 。 如果在原来没有冶炼过氧化铜的地区 ， 从一开始就看到冶炼硫化铜的遗存 ， 这基本上可以说明 ， 该地区的人们并不是独立自行认识到铜料 ， 而是从其他地方了解到 ， 所以有目的性地挖矿 ， 从矿脉中开采 。 譬如 ， 黄河流域及河西地区未见逐渐认识从氧化铜到硫化铜的过程 ， 而长江中游早期的冶炼无疑是从在地表上看到并有意识采集氧化铜矿石开始的 。
不过 ， 氧化铜矿石因裸露于地表而易于发现的事实 ， 并不说明它容易冶炼 。 以西城驿为例 ， 河西走廊早期炼炉在氧化气氛中冶炼铜矿而无法从氧化铜矿中提炼出铜 。 这是因为在氧化气氛里 ， 既使增加温度却仍不足以获得金属 ， 甚至如果能够到达1232℃ ， 也只是会熔化成氧化的铜液 ， 需要到达1800℃ ， 化学结构才会衰变 。
碳酸氧化铜矿主要性质是孔雀石和石青 ， 后者不稳定 ， 在长江中游湿润环境下容易吸收水变成孔雀石：2Cu3(CO3)2(OH)2+H2O→3Cu2CO3(OH)2+CO2 ， 因此 ， 长江中游矿山虽然有石青 ， 其比例远低于孔雀石 。 不过在冶炼中 ， 石青的反应与孔雀石一样 ， 冶炼法亦相同 。 第一阶段是从250℃开始 ， 从孔雀石中产生水气、二氧化碳以及氧化铜（黑铜tenorite, CuO）；第二阶段则在550℃以上（在710℃以上较为稳定）发生氧化铜与一氧化碳的反应 ， 产生二氧化碳和金属铜 。


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