广西兴业三处冶铁遗址考察.pdf

第6 2 卷第3 期 2 010 年8 月 有色金 属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．6 2 。N o ．3 A u g ．201 0 广西兴业三处冶铁遗址考察 于永平1 ，黄全胜2 ，李延祥1 1 ．北京科技大学冶金- 9 材料史研究所，北京10 0 0 8 3 ；2 ．广西广播电视大学，南- 75 3 0 0 2 2 摘要广西兴业县古绿鸦冶炼遗址群分布在龙安镇一带约2 0 k i n 2 范围内，古文献记载为宋代绿鸦冶铁场。认为始于唐、盛 于宋、衰于明。2 0 0 8 年实地考察了冲塘岭遗址、大陂头遗址、架岭遗址，发现竖炉一座及大量炉渣堆积，采集到炉渣，鼓风管等遗 物，对采集到的炉渣进行化学成分分析和金相组织分析，并对其冶炼技术进行讨论。 关键词冶金考古；冶铁技术；岭南地区；唐宋；高锰铁渣 中图分类号K 8 7 6 ．4 1 ；K 8 7 8 ．5文献标识码A文章编号1 0 0 1 6 2 1 1 2 0 1 0 0 3 0 1 6 3 0 7 兴业县地处广西东南部丘陵地带，南起北纬约 2 2 0 3 1 ’，与玉林市交接，北至北纬约2 2 。5 8 ’，与贵港 市、桂平市交接。冶炼遗址所在的龙安镇，古称绿 霞，因山得名，谐音绿鸦，据说唐宋时期绿鸦江是绿 鸦地区主要交通要道，当时尚能通木船，现在看到的 绿鸦江只是农作物灌溉用之水渠。北宋时期，绿鸦 是岭南名镇，南宋时期是中国主要的冶铁基地之一， 亦称绿鸦厂⋯。 1遗址概况 冶铸遗址群所在的龙安镇，位于兴业县城区东 南约1 7 k m 的龙安镇一带。遗址群东起六乐村，西 止六鸦村，北起高脚岭，南止山底岭，面积约2 0 k m 2 ， 参见图1 。考古工作者曾于2 0 世纪8 0 年代末对这 些遗址作过初步普查和报道，但此后未开展实质性 的发掘和科学研究工作。1 9 9 6 年该遗址列入自治 区重点文物保护单位。2 0 世纪8 0 ～9 0 年代文物普 查、复查期间，考古工作者对在冶铸遗址采集到的陶 器进行了初步判定，考古工作者认为始于唐，盛于 宋，衰于明，对冶铸遗址群当时的遗存情况做了比较 详细的记录。2 0 0 6 年1 1 月中旬李延祥、黄全胜赴 兴业县龙安镇进行初步实地考察，期间考察了六西 村冶铸遗址、胜果寺冶铸遗址、蕨菜冲冶炼遗址、高 岭冶炼遗址，发现竖炉2 座、炉址1 座以及大量炉渣 收稿日期2 0 0 9 1 2 2 3 基金项目北京市自然科学基金资助项目 5 0 8 7 4 0 1 5 作者简介于永平 1 9 8 2 一 ，女，黑龙江青冈县人，硕士，主要从事 冶金考占等方面的研究。 联系人李延祥 1 9 6 3 一 。男，辽宁调兵山市人，教授，博士，主要 从事冶金考古等方面的研究。 堆积，采集到炉渣、铁块、陶片、鼓风管和陶范残片等 遗物，并发表了论文“广西兴业古绿鸦冶炼遗址初 步考察”口。。作者于2 0 0 8 年进行实地考察，期间考 察了2 0 0 6 年未能涉及的冲塘岭遗址、大陂头遗址、 架岭遗址，发现竖炉一座及大量炉渣堆积，采集到炉 渣，鼓风管等遗物。分述此次考察的各处冶铁遗址 状况。 1 一歧阳岭南坡遗址；2 一冲塘岭遗址；3 一六西村遗址； 4 一山底岭遗址；5 一胜果寺遗址；6 一架岭遗址； 7 一牛栏冲遗址；8 一蕨菜冲遗址；9 一大陂头遗址； 1 0 一高岭遗址；1 1 一牟村圈蛉遗址 图l广西兴业县冶炼遗址示意 F i g ．1M a po fs m e l t i n gs i t e si nX i n g y e C o u n t y ，G u a n g x iP r o v i n c e 1 ．1 冲塘岭遗址 冲塘岭遗址位于中村冲塘岭南坡，西临鸦桥江， 图l 中遗址2 。考察期间发现1 个炼炉，炉子完好， 炉子～侧已经被掩埋，露出地面到顶部高2 m ，深度 不明，炉身直径1 ．1 m ，炉腰直径1 ．2 m ，见图2 。炉壁 材质为三和土。遗址堆积大量炉渣，高达2 m 以上。 遗址上散落鼓风管残片，见图3 。采集到炉渣。 万方数据 l 2 大破头遗址 人陂★垃川化J舶山村大破又遗址阿临弈 ，【l f c fB 约1 0 0 0 m ‘，吲】巾遗h i 9 遗址已进破坏， 蜕为仃{ 卒J ．其F 高约2 m “径约为3 t h ．的咖蟛 舭淤堆稃l 层地图4 ．附近村千的膳胜也均为炉卑炉 ， 瑚遗址l 目5j n 路u 为妒溃铺砌。 图4 大陂头遗址炉渣分布区 。F4 、1 ‘⋯ht i l ’⋯h l 『l | lr ，l l _ 1I 1 | | l 一，c J 、c t 图6 集．拿的炉渣分布区 I 。6 ‘】⋯l ’H tr l I Ⅲ⋯- l l “ ⋯⋯JJ i l i g ，1 1 ■ 图7 架_ 拿遗址炉渣形貌 澜一糕一豳 万方数据 第3 期于永平等广西兴业三处冶铁遗址考察 1 6 5 2 样品分析 2 ．1 分析方法 用剑桥S - 3 6 0 扫描电镜配备T r a c o rN o r t h e r n 5 2 4X 射线能谱仪对炉渣2 9 个炉渣样品进行检测， 每次扫描均依样品大小选取最大内接面积进行分 析，以确定其平均成分。在北京科技大学冶金与材 料史研究所和北京大学考古文博学院徕卡 D M 4 0 0 0 M 型金 矿 相显微镜下观察样品的金相组 织，拍摄照片。 2 ．2 冲塘蛉、大陂头、架岭三处遗址炉渣检测分析 冲塘岭遗址炉渣样品8 个，大陂头遗址炉渣样 品1 0 个，架岭遗址炉渣样品1 1 个，三处共计2 9 个， 均为排出片状渣，为调查期间遗址所采集。炉渣表 面呈灰黑色、灰褐色、黑色，疏松多孔，大多表面有锈 蚀，其中个别样品中出现了约为0 ．1 m m 的铁颗粒。 炉渣的断面为褐色玻璃相，或是灰绿色非玻璃态，其 中均有细小的铁颗粒出现。S E M E D S 分析结果见 表1 ，炉渣样品基体基本成分面扫未发现c u ，P b ， Z n ，A g 元素及其金属颗粒存在，经检测确认，渣体为 锰硅铝系。炉渣样品中出现的铁颗粒，基本成分为 铁磷系，对出现较大的铁颗粒的样品进行侵蚀，侵蚀 后在金相显微镜下观测．见图8 一图1 5 ，金属颗粒的 组织为亚共晶白口铁组织。 表1三处遗址炉渣样品主要元素S E M E D S 面扫描结果 配氧后 ／％ T a b l e1 A n a l y s i sr e s u l t so fm a i ne l e m e n t si ns l a gs a m p l e s f r o mt h r e es i t e sb yp l a n es c a n n i n go f S E M E D S a f t e ro x y g e nr e p l e n i s h m e n t ／％ 序号A 1 2 0 3S i 0 2K 2 0 C a OM n OF e O C T I J D l1 5 ．44 0 ．63 ．21 ．83 7 ．01 ．7 C T L 0 21 7 ．03 4 ．13 ．81 ．44 1 ．12 ．2 C T L 0 31 6 ．34 5 ．22 ．62 ．02 8 ．65 ．0 C T U H1 7 ．24 4 ．52 ．83 ．13 0 ．71 ．5 C T L 0 52 2 ．43 8 ．62 ．11 ．13 3 ．02 ．5 C T L 0 62 1 ．83 4 ．52 ．61 ．13 8 ．21 ．4 C T I 由72 1 ．73 2 ．22 ．72 ．53 7 ．33 ．4 C T L 0 8 2 2 ．84 2 ．82 ．51 ．42 7 ．42 ．9 D P I D l1 6 ．33 4 ．92 ．31 ．54 1 ．13 ．6 D P ’r D 21 9 ．73 8 ．41 ．90 ．93 6 ．02 ．8 D m 32 0 ．73 7 ．I2 ．51 ．73 5 ．81 ．9 D m 41 7 ．04 1 ．22 ．31 ．23 4 ．04 ．0 D m 51 8 ．0 3 9 ．42 ．61 ．63 6 ．71 ．4 D 嘶1 9 ，53 7 ．03 ．71 ．93 1 ．85 ．9 D P H y 7 2 3 ．44 1 ．13 ．7I ．72 6 ．33 ．6 D P r m 81 7 ．44 3 ．9 2 ．5 2 ．73 3 ．2 0 ．0 D 肿91 5 ．84 4 ．02 ．00 ．83 1 ．65 ．5 注C T L 为冲塘岭．D P T 为大坡头，J L 为架岭。 a 一亮白相为铁颗粒，面扫含F e 9 8 ．2 9 ％，含M n l ．4 1 ％ b 一灰相面扫含A l l 5 ．3 0 ％，S i 3 4 ．8 5 ％，M n 3 9 ．9 0 ％ 图8C T L 0 4 背散射图片 F i g ．8 B a c k s c a t t e r i n gi m a g eo fC T L 0 4 a 一亮白相为铁颗粒，面扫含F e 9 8 ．1 0 ％，M n 0 ．8 9 ％，P 0 ．5 0 ％； b 一深灰相含A 1 2 4 ．2 1 ％，S i 2 6 ．3 1 ％，M n 4 4 ．6 2 ％； c 一灰相含A l l 5 ．0 5 ％．S i 3 4 ．9 0 ％，M M 3 ．6 9 ％ 图9C T L 0 5 背散射图片 F i g ．9B a c k s c a t t e r i n gi m a g eo fC T L 0 5 万方数据 计邑eM * 6 2 图1 2D P T 0 2 亚共晶白口铁l 金相图片 F l ‘l2M 。t i I I ’F 叫’h ⋯I 叫t ⋯f 川D I Ⅲ4 3 讨论 3 1 炉渣种类的判定 2 9 个炉衍仟- 铺驰体坫水成仆I m 扣未发现C u ， P b ．z n ，沁几韶肢儿金属颗粒存在{ f l 州I “内外清盒 芬一‘；研究J _ 盖 代订色金属炉衙1 j 蟓谈渍的分类抓 准．r ，r 排除烁铜溃婊铅 锌 渣和炼银避冲塘．争、 凡跛头架岭二处遗址炉渣样品瘦现冉铁颗粒存在。 所“认定缓2 9 十炉渣样品均为烁铁溃．址遗存 打炉渣、鼓风* 姨、炼炉等册金遗物的遗址为炼铁 遗址。 n 一＆n “* * ．Ⅱf 1 r n 40 4 * ”6 8 * h m ⅢⅢj 』々 i 1 6 5 * ，，2 7J o * ⋯ 2 q 围1 4 , 1 1 ．0 9 背散射圈片 F 。R 1 4B a c ks c a t t e r l n E ⋯E t “J l D 9 古代氧化诗坫体的缸礅结曲啸咀堆柑玻璃态硅 酸盐为上，常有艮O 、存在 而所位测时2 日个炉j 齑 样品的基怍均“玻璃忐硅酸盐为￡．假有戏吲的铁 颗牝为㈨滴状．以啦铁宝} 【纰为事．川此将限2 9 个炉 浦洋乩划定由还帐施。经S E ME I S 搪奉成分嘲“ 梳测确认．溃体中j 孟6 l 、镉含城鞍高．判断为硅锚碰 万方数据 第3 期于永平等广西兴业三处冶铁遗址考察1 6 7 学上的葸义。 3 ．2 ．1 硅酸盐玻璃相。检测结果分析发现，三处遗 址炉渣硅酸盐玻璃相的成分构成基本相似。为粗略 推测遗址的冶炼温度，将生铁炉渣中各元素配氧可 得表2 由表中可知处遗址的M n O ，S i O ，A 1 O ，的百 分含量之和占总百分含量的9 0 ％左右，因此可只考 虑着三种化合物。可参照M n O S i 0 2 - A 1 0 ，三元渣 系进行讨论。为了反映总体趋势，可作出这个遗址 的炉渣分散点图。参照表1 ，可作出三处遗址的炉 渣成分散点图 图1 6 ，结合M n O S i O - A I O ，三元 图1 5J L 0 9 金相图片 相图 图1 6 ，可大概推测冲塘岭、大陂头、架岭冶炼 F i g ．1 5M e t a l l o g r a p h i c 。t n l c t u r eo fJ L 0 9 遗址的炉渣软化温度为1 1 0 0 ～1 2 0 0 。 ，考虑还含有 少量的K O 和C a O 等，其实际软化温度很可能在 生铁冶炼渣。 1 2 0 0 。C 附近。由于过热度的存在，实际温度可能会 3 2 炉渣显微组织结构和冶炼温度 高于上述推测的温度。 冲塘岭、大陂头、架岭三处遗址炉渣中均存在硅 3 ．2 ．2 铁颗粒。炉渣中没有浮士体残存说明，该类 酸盐玻璃相、铁颗粒、石英，显微组织结构相似，冶炼 型炉渣的冶炼温度达到1 3 9 4 。C 以上，还原气氛较 温度可能接近。 好，浮士体已还原生成金属铁。据铁碳平衡图，当碳 为揭示其冶炼温度及冶炼工艺，现将炉渣中各 含量达到4 ．3 0 ％时，生铁的生成温度最低只有 相的元素含量进行归类平均后计算折合成其氧化 1 1 4 8 ℃。检测的生铁炉渣中残留有白口铁组织金属 物，氧化物含量仅作为定性半定量数据参考。主要 颗粒说明，该类型炉渣的冶炼温度应在1 1 4 8 。C 以上 目的是为了方便分析和讨论，同时也为了达到统计 且还原气氛较好，足以发生反应生成生铁。 表2 三处遗址炉渣中金属颗粒锰磷含量统计 T a b l e2 P h o s p h o r u sa n dm a n g a n e s ec o n t e n to fm e t a lp a r t i c l e si ns l a gf r o mt h r e es i t e s 由表2 统计，三处遗址2 9 个样品中有9 个样品 的金属颗粒中含锰，其中C T L 0 4 ，D P T 0 5 ，J L 0 9 三个 样品中金属颗粒的直径比较大，相对于小颗粒的金 属，它们更接近于冶炼产品，比较有代表性，三个样 品中锰的含量范围在l ％一3 ％，锰的含量在1 ％～ 3 ％对铸铁的影响有锰对铸铁的金相组织的影响， 增加锰量有促使共晶团细化的作用，锰有稳定并细 化珠光体的作用，随着铸铁凝固过程的进展，促进析 出硬化相；锰对铸铁的性能的影响，含锰量增加，大 幅度提高了铸铁的强度、硬度、耐磨性，使铸铁获得 良好的综合性能。。 由表2 统计，2 9 个样品的金属颗粒中有2 7 个 含磷，三处遗址金属颗粒的平均含磷量分别为 2 ．6 1 ％，4 ．3 1 ％，3 ．2 2 ％，现代普通铸铁含磷量一般 在0 ．11 ％～0 ．3 0 ％之间，高磷铸造铁磷含量在 0 ．3 1 ％～1 ．2 ％卜1 ，相比较之下三处遗址金属颗粒磷 含量要高得多。生铁中磷的来源为矿石或其他原 料，因为在高炉冶炼过程中磷几乎全部进入生铁，在 现代通过限制矿石的磷含量来控制生铁中的磷含 量，一般铁矿石的含磷量在0 ．0 3 ％一1 ．2 ％之间，高 于1 ．2 ％则是需要处理的矿石”1 。由此可推测三处 遗址金属颗粒中高磷含量可能来源于矿石或其他原 料，在玉林陈村的矿区就是高锰矿与磷矿的伴生矿， 其中磷矿石的品位超过2 0 ％，锰矿石的品位为3 0 ％ ～5 5 ％[ 6 。。 3 ．2 ．3 石英。从检测的炉渣样品中发现，个别炉渣 基体边缘残留有石英颗粒。石英的主要成分是 S i O 。据M n O S i O 一A 1 2 0 3 三元相图 图1 6 ，S i 0 2 的软化温度大约在1 7 2 3 。C ，如果不与其他氧化物反 应生成新的化合物，古代炼炉很难达到那么高的温 万方数据 有色金属第6 2 卷 度，石英残留有可能来自脉石或冶炼过程等，可能是 在个别片状渣的基体边缘发现石英。 排渣时炉渣把地表面的细小石沙裹人渣中，因为仅 1 M n O 图1 6三处遗址炉渣成分散点图与M n O - S i O z A l 0 ，体系的 液相线计算相图㈩比较 F i g ．16S c a t t e r e ds p o i n t sg r a p ho fs l a gc o m p o n e n ti n3s i t e sa n dC a l c u l a t e d l i q u i d ss u r f a c eo fM n O ．S i 0 2 ．A 1 20 3s y s t e m ⋯ 3 ．3 炉渣的铁硅含量和冶炼技术 通过计算可得冲塘岭、大陂头、架岭、遗址炉渣 中的F e ／S i 百分含量比值分别为0 ．1 0 ，0 ．1 6 ，0 ．1 8 。 三处遗址无论从铁硅比还是其他炉渣组成都较为一 致，因此可知这三处的冶炼水平及矿石采集等可能 具有同一性。 3 ．4 生铁炼炉 还原冶炼过程中，生铁的生成温度一般在11 5 0 1 3 0 0 ℃。由国内外有关古代生铁冶炼资料推测， 只有竖 高 炉才可能达到此温度，才有可能合适的 还原气氛生成生铁。另外田野调查工作发现，冲塘 岭遗址有残存的竖 高 炉，其他2 处遗址由于年代 久远，很多炼炉已经被毁。由于3 处的生铁渣类型 相似，推测这2 处冶炼遗址出现的生铁渣也应为竖 高 炉的冶炼产品。 3 ．5 助熔剂 由表I 可知，三处遗址的炉渣样品的M n O 的百 分含量很高，可能是加入了锰矿做助熔剂。田野调 查期间，在冲塘岭、大陂头、架岭三处遗址没有发现 锰矿遗存及古采矿遗址，遗址附近的现代锰矿主要 分布在兴业城隍“ 1 、玉林陈村哺1 、玉林新庄归1 ，其中 陈村、新庄的锰矿为高品位富集锰矿。 3 ．6 矿石 古代使用的铁矿石一般是品位较高的磁铁矿和 赤铁矿。田野调查期间，在冲塘岭、大陂头、架岭、牟 村圈岭、牛栏冲五处遗址没有发现矿石遗存及古采 矿遗址。据明统一志记载，“郁林州南流县绿鸦山 在州西北三十五里。州人于此淘取青黄泥炼成铁。 铸成锅。”[ 1 叫文献记载中的矿石原料可能为砂铁矿， 有可能取自于遗址附近的沙铲岭等地，据了解沙铲 岭至今仍有少量砂铁矿生产。附近的现代铁矿主要 分布在山心、城隍、葵阳等地，其中山心铁矿含铁量 较高。据走访群众得知，明清时期，旺山铁厂还在开 采山心铁矿，炼制铁锅、铁农具。 对于冲塘岭、大陂头、架岭三处遗址炉渣中锰的 含量很高，2 0 0 6 年的广西兴业县城隍矿区锰矿普查 报告，表明该地区矿石类型为高磷高铁贫锰矿石，矿 石的平均品位为M n2 5 ．9 1 ％，T F e1 0 ．7 9 ％，P 0 ．1 6 7 ％，S i 0 2 3 0 ．6 8 ％。M n ／T F e2 ．4 0 ，P ／M n 0 ．0 0 6 【8 j 。由此可推测锰除了作为助熔剂加人外，可 能来源于矿石。 3 ．7 燃料 还原剂 在冲塘岭、大陂头、架岭三处遗址炉渣中均发现 了夹杂的木炭颗粒。因此可确定这五处遗址的冶炼 所用的燃料 还原剂 为木炭。 致谢在考察期间，得到兴业县博物馆馆长粱蝉女士的 指导和帮助，广西教育厅万锋锋先生、北京科技大学冶金与 材料史研究所硕士生李永春、兴业县龙安镇政府谢桂全等给 予大力支持，谨此一并致以衷心感谢 万方数据 第3 期于永平等广西兴业三处冶铁遗址考察 1 6 9 参考文献 [ 1 ] 宋 王象之．舆地纪胜 四 [ M ] ．中华书局，1 9 9 2 3 5 0 0 3 ．5 0 1 ，3 5 0 5 ． [ 2 ] 黄全胜，李延祥，万辅彬．广西兴业古绿鸦冶炼遗址初步考察[ J ] ．广西民族大学学报，2 0 0 7 ， 5 2 3 2 7 ． [ 3 ] 王贻青，王家圻，朱锦侠．高锰灰生铁的研究[ J ] ．铸造，1 9 8 1 ， 3 l 一5 ． [ 4 ] 北京钢铁学院．专业炼铁学[ M ] ．北京中国工业出版社，1 9 6 2 1 2 ． [ 5 ] 北京钢铁工业学院炼铁教研组．炼铁学 上 [ M ] ．北京中国工业出版社，1 9 6 0 3 4 ． [ 6 ] 阙云彩．广西玉林陈村磷矿普查榴江组地层初步普查报告[ R ] ．北京全国地质资料馆，1 9 6 2 第4 3 6 5 5 号地质报告． [ 7 ] J u n gI - 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