林澤人,李延祥,余天佑

(1.北京科技大學(xué) 冶金與材料史研究所，北京 100083；2.梧州錢幣學(xué)會，廣西 梧州 543000)

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梧州錢監(jiān)遺址爐渣研究*

林澤人1,李延祥1,余天佑2

(1.北京科技大學(xué) 冶金與材料史研究所，北京 100083；2.梧州錢幣學(xué)會，廣西 梧州 543000)

通過實地考察在梧州錢監(jiān)遺址采集的爐渣，并對這些爐渣的樣品使用掃描電子顯微鏡和金相顯微鏡等實驗儀器進(jìn)行了成分分析檢測和金相組織觀察，認(rèn)定梧州錢監(jiān)遺址存在大量使用含錳鐵礦冶煉生鐵的爐渣，表明該遺址不僅具有錢幣鑄造的功能，還進(jìn)行較大規(guī)模的生鐵冶煉.

梧州錢監(jiān)遺址；爐渣；生鐵

0 引言

宋代經(jīng)濟(jì)空前繁榮，商業(yè)和貿(mào)易大為增長，這就必然導(dǎo)致對貨幣的需求量迅速增加.因此，宋代貨幣的鑄造和使用比以往的任何時期都增多了.這使得宋代成為我國歷史上鑄造貨幣最多的朝代之一.宋代的貨幣有銅錢，也有鐵錢.北宋貨幣以銅錢為主，鐵錢為輔.金銀作為貨幣，流通量不大.由于鑄造貨幣的需要，宋代政府廣設(shè)錢監(jiān).其中，梧州錢監(jiān)就是北宋時期在廣西地區(qū)設(shè)置的錢監(jiān).

梧州錢監(jiān)遺址位于廣西梧州市萬秀區(qū)錢鑒路，距梧州河?xùn)|市區(qū)5公里的桂江東岸，錢監(jiān)依山靠水.梧州錢監(jiān)遺址所在地，名叫錢鑒村，遺址坐落在三面環(huán)山一面臨江的河灘上.

20世紀(jì)60年代，廣西文物工作隊曾在遺址進(jìn)行過小范圍發(fā)掘，出土了宋代鑄錢監(jiān)作坊、原料坑、儲水池、銅渣、銅錠、木炭、爐壁、陶杵、陶風(fēng)管、銅錢、鐵鋤、鐵鑿和瓷器碎片等[1].

本文通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行實地考察，采集了遺址上的爐渣樣品(見圖1)，并通過對爐渣樣品進(jìn)行實驗室檢測等方法開展梧州錢監(jiān)遺址的研究.

圖1 梧州錢監(jiān)遺址采集的部分爐渣形貌

1 實驗部分

1.1 樣品的檢測設(shè)備

掃描電子顯微鏡在冶金考古中應(yīng)用非常廣泛.本次實驗主要對梧州錢監(jiān)遺址爐渣中基體物相以及所含顆粒(尤其是金屬顆粒)的具體存在形態(tài)、形貌、大小等進(jìn)行背散射電子形貌觀測，并對其所含元素成分進(jìn)行X射線能譜無標(biāo)樣定量分析，以下簡稱SEM-EDS分析.檢測所用掃描電子顯微鏡型號為：德國蔡司公司的Zeiss Supra55掃描電子顯微鏡.

金相儀器在冶金考古中應(yīng)用也非常廣泛，本次實驗所用金相儀器為德國徠卡DM4000M型金(礦)相顯微鏡.

1.2 樣品的編號及選取

編號：梧州錢監(jiān)遺址所在地為梧州錢鑒路三樹里，因此將所取樣品編號為WSSL.

選取：從采集到的樣品中選取形態(tài)良好的爐渣，應(yīng)盡力避免黏附物、風(fēng)化層等影響所引起的分析誤差，以確保爐渣具有代表性.

本次研究選取的樣品概況參見表1.

表1 梧州錢監(jiān)遺址爐渣樣品概況

1.4 樣品的處理與制備

1)清潔標(biāo)本，取其有代表性的截面為樣品，一般取截面寬約10～25 mm、高約10 mm；如樣品需要清洗，盡量避免樣品被污染或氧化.

2)使用切割機(jī)將樣品切割成小塊，并切割出初磨平面，或用砂輪、砂紙將樣品打磨出一個平面.

3)用金相鑲樣機(jī)將爐渣鑲嵌在電木粉中，露出初磨平面.

4)經(jīng)過由粗到細(xì)(400目、800目、1200目、1500目、2000目)的5道水砂紙磨光，再在金相拋光機(jī)上使用拋光布拋光至光學(xué)顯微鏡下觀察不到磨痕為止.

5)在光學(xué)顯微鏡下觀察的含鐵顆粒較大的樣品用4%的硝酸酒精侵蝕4～5秒，用清水沖凈，吹干后做金相觀測，并拍照.

6)將樣品表面噴碳，并預(yù)約SEM-EDS進(jìn)行電鏡觀測.其中用4%的硝酸酒精侵蝕過的樣品，再在金相拋光機(jī)上拋光至光學(xué)顯微鏡下觀察不到硝酸酒精侵蝕痕跡之后，吹干，然后與其他樣品一起噴碳.

1.5 實驗結(jié)果

將梧州錢監(jiān)遺址采集的爐渣進(jìn)行SEM-EDS檢測分析，爐渣基體成分檢測結(jié)果見表2，爐渣基體及其所含顆粒的特點見表3.

表2 梧州錢監(jiān)遺址爐渣樣品基體的基本成分SEM-EDS分析

注：n.d為未檢出含量.

表3 梧州錢監(jiān)遺址爐渣樣品SEM-EDS掃描的基體與所含顆粒特點

2 分析與討論

2.1 爐渣種類的判定

梧州錢監(jiān)遺址29個樣品的檢測結(jié)果中，基體基本成分面掃未發(fā)現(xiàn)Cu、Pb、Sn、Zn、Ag元素，雖然在WSSL08號樣品中發(fā)現(xiàn)含Cr、Cu、S的鐵氧化礦物殘留顆粒，在WSSL14號樣品的耐火材料層中彌散分布著含Co的錫青銅顆粒，并可見氧化的錫青銅顆粒和斑銅礦顆粒，在WSSL15號樣品的耐火材料與爐渣層交界處可見一定量的含Co的錫青銅顆粒，在WSSL21號樣品中含有Cu、Ni、P、S未完全還原的鐵顆粒和斑銅礦顆粒，在WSSL22號樣品中有含銅的銀顆粒和含硫的銅顆粒，在WSSL27號樣品中有含鐵的硅酸鋅，含Cu、S的銀顆粒，錫青銅顆粒，含Sn、Zn、Ti的鐵氧化物顆粒，在WSSL32號樣品中可見含F(xiàn)e、Ni、Cu的硫化礦物顆粒.這7個樣品中，除了WSSL14和WSSL15號樣品，其他5個樣品雖然有顆粒含有Cu元素、Zn元素、Sn元素，或者含有銅顆粒、錫青銅顆粒、銀顆粒，但含量都很少，而且在含有這些元素或顆粒的同一個樣品中，鐵顆粒是主要的顆粒.而WSSL14號和WSSL15號樣品是從爐壁上取的截面，分為耐火材料和爐渣兩層，WSSL14號樣品的錫青銅顆粒和斑銅礦顆粒并不是在爐渣層中，而是在耐火材料層中，WSSL15號樣品中的錫青銅顆粒在耐火材料與爐渣層交界處.這說明，WSSL14號樣品中的錫青銅顆粒和斑銅礦顆粒不是冶煉的爐渣，而WSSL15號樣品中爐渣層少量的錫青銅顆粒有可能是在排渣的時候，爐渣沖刷爐壁而由爐壁中帶來的.

據(jù)史書記載，梧州錢監(jiān)是銅錢監(jiān)[2].因此，很可能這些樣品中的銅和錫是由冶鑄銅錢的礦石或爐渣帶來的，而其中的鋅和銀可能是由冶煉的礦石帶來的.由以上兩方面原因判定這29個樣品為煉鐵渣.

這29個樣品，排除其中的WSSL21、WSSL23、WSSL26、WSSL27、WSSL30、WSSL32、WSSL33號樣品，觀察其他的22個樣品的SEM-EDS背散射圖片，發(fā)現(xiàn)都含有大量的圓滴狀鐵顆粒(見圖2，圖3)，根據(jù)黃全勝借助現(xiàn)代鋼鐵冶金原理的有關(guān)文獻(xiàn)，探討爐渣與冶煉工藝的對應(yīng)關(guān)系從而建立的由爐渣分析為主判定古代冶煉技術(shù)的方法[3]可知WSSL01-WSSL20、WSSL22、WSSL24號這22個樣品都為生鐵冶煉渣.

圖2 WSSL01的背散射圖像

圖3 WSSL05的背散射圖像

WSSL22號樣品的金相圖片顯示其金屬鐵顆粒為鋼組織(圖4，圖5，圖6)，而不是生鐵組織，而且其鐵顆粒含有部分不規(guī)則形狀的.這符合我國古代炒鋼渣的特點，那么WSSL22號樣品會不會是炒鋼的爐渣呢？但WSSL22號樣品的Fe配氧之后，其FeO的含量為6.20%，含量較低，與炒鋼渣應(yīng)含高鐵相矛盾.WSSL27號樣品中的鐵顆粒不是圓滴狀的，而且其金相圖片顯示它是鋼組織(圖7，圖8)，但是WSSL27號樣品的基體成分配氧之后含F(xiàn)eO為1.28%，含量過低，不符合炒鋼渣的特點.這兩個樣品也應(yīng)為生鐵冶煉渣，其中的鐵顆粒是在冶煉過程中的中間產(chǎn)物，因未能充分與碳接觸而導(dǎo)致低碳.

圖4 WSSL22的金相圖片(1)珠光體和馬氏體

圖5 WSSL22的金相圖片(2)鐵素體和珠光體

圖6 WSSL22的金相圖片(3)鐵素體、珠光體和馬氏體

圖7 WSSL27的金相圖片(1)珠光體和馬氏體

圖8 WSSL27的金相圖片(2)珠光體和馬氏體

WSSL26號樣品沒有基體成分，除了爐壁之外就是鐵或被銹蝕的鐵.其金相圖片顯示它是鋼組織(圖9)，所含鐵呈不規(guī)則形狀.由于WSSL26號樣品沒有基體成分，無法得出進(jìn)一步結(jié)論.僅由以上原因來判斷，WSSL26號樣品有可能是炒鋼渣，但不排除它是生鐵渣的可能.

圖9 WSSL26的金相圖片鐵素體和珠光體

這29個樣品中，WSSL21、WSSL23、WSSL30、WSSL32、WSSL33號樣品不含錳，區(qū)別于含錳量很高的其他23個樣品(除去不含基體成分的WSSL26號樣品)，為非高錳鐵渣.這5個非高錳鐵渣中的鐵顆粒未能確證其是熟鐵或鋼，它們可能使用了不含錳的礦石進(jìn)行生鐵冶煉.但是，同時這5個非高錳鐵渣的基體成分中含鈣量也不高，因此推測這5個非高錳鐵渣有三種可能：1)屬于生鐵冶煉但沒有加鈣助熔而產(chǎn)生的鐵渣；2)屬于熔化生鐵渣；3)可能是炒鋼渣.這5個鐵渣不含錳，因此排除了使用錳礦做助熔劑，如果生成它們的冶煉過程又不加鈣助熔，那么產(chǎn)生這5個非高錳鐵渣的冶煉過程是不加鈣助熔的生鐵冶煉的可能性極小，因為這不符合古代生鐵冶煉一般都加助熔劑的情況；這5個非高錳鐵渣是熔化生鐵渣和炒鋼渣的可能性更大.但，它們的炒煉證據(jù)不充分.它們屬于炒鋼渣需要更確鑿的實物和檢測證據(jù).

2.2 礦石

29個鐵渣樣品的基體共有23個含錳量高，占比高達(dá)79.31%.于是，可推測梧州錢監(jiān)所使用的礦石可能有大量錳鐵礦石.但是，另一方面，29個樣品中除去WSSL26號樣品沒有基體成分外，有5個未檢測出錳元素，而且，在梧州錢監(jiān)遺址上筆者還采集到一塊鐵礦石樣品(編號WSSL34)，經(jīng)檢測不含錳元素，所以，梧州錢監(jiān)遺址很可能也使用了不含錳的鐵礦石進(jìn)行冶煉.

其中，梧州錢監(jiān)所使用的錳鐵礦石，筆者根據(jù)梧州錢監(jiān)遺址在桂江東岸的地理位置等信息，并經(jīng)過查找全國地質(zhì)資料信息網(wǎng)，作如下推測：

根據(jù)路程遠(yuǎn)近、水路運輸便利程度和錳鐵礦石的品位，梧州錢監(jiān)遺址冶煉礦石最可能的來源地有兩處，分別為：1)廣西桂林市平樂縣二塘錳礦.根據(jù)《廣西平樂二塘錳礦1959年度地質(zhì)勘探報告書》可知二塘錳礦位于平樂縣城東14公里，其九龍區(qū)錳平均品位 27.17%，鐵11.79%.二塘錳礦區(qū)的錳鐵礦石可直接進(jìn)入桂江，通過水路運到梧州錢監(jiān)；2)廣西桂林市恭城縣滿塘錳礦和樂灣錳礦.根據(jù)《廣西恭城縣滿塘錳礦區(qū)詳查地質(zhì)報告》可知滿塘錳礦位于恭城縣城廂鄉(xiāng)滿塘村一帶，礦區(qū)平均含錳21.14%，鐵14.73%.根據(jù)《廣西恭城縣樂灣錳礦區(qū)詳查地質(zhì)報告》可知樂灣錳礦位于恭城縣城廂鄉(xiāng)樂灣，礦區(qū)平均含錳22.76%、鐵11.69%.兩個錳礦區(qū)離西河都很近，可以從西河入茶江，再入桂江，然后到梧州錢監(jiān).

而梧州錢監(jiān)所使用的不含錳的鐵礦石很可能來自于賀縣至蒼梧的大桂山地區(qū)，根據(jù)《廣西賀縣——蒼梧大桂山地區(qū)物化探普查工作報告》可知大桂山地區(qū)含有磁鐵礦、磁黃鐵礦.

2.3 助熔劑

由表2可知，WSSL01、WSSL16、WSSL17、WSSL18、WSSL22、WSSL27號樣品中Ca的含量明顯高于其他爐渣，筆者由此推測這6個樣品可能用了CaCO3(石灰石)做助熔劑.也就是說，梧州錢監(jiān)的冶鐵活動很可能有部分爐次使用了石灰石做助熔劑.

3 結(jié)語

1)梧州錢監(jiān)遺址不僅鑄造銅錢，而且還冶煉生鐵.因此它是一個集煉鐵、鑄錢于一體的遺址.

2)梧州錢監(jiān)所使用的礦石可能有大量錳鐵礦石，同時，也可能使用了不含錳的礦石來煉鐵.

3)梧州錢監(jiān)遺址中的鐵渣有大量呈現(xiàn)玻璃態(tài)，而且?guī)缀跛需F渣中都有圓滴狀鐵顆粒，圓滴狀鐵顆粒在鐵渣中占主要部分.另一方面，爐渣基體所含鐵顆粒中含Mn少，含P少，不含S，可以判斷梧州錢監(jiān)遺址的冶煉氣氛控制較好，使錳進(jìn)入了爐渣而沒有進(jìn)入產(chǎn)品生鐵中，顯示具有較高的冶煉水平.

4)梧州錢監(jiān)冶鐵活動有部分爐次使用了石灰石做助熔劑.

5)從WSSL21、WSSL23、WSSL30、WSSL32、WSSL33號這5個非高錳鐵渣和WSSL26號樣品可知梧州錢監(jiān)遺址有可能進(jìn)行過炒鋼冶煉，但證據(jù)還不夠充分.如果要進(jìn)一步確認(rèn)梧州錢監(jiān)曾進(jìn)行過炒鋼冶煉，還需更確鑿的實物和檢測證據(jù).

6)本研究結(jié)果表明廣西梧州錢監(jiān)遺址與廣西興業(yè)縣綠鴉冶煉遺址群冶煉水平較為一致[4].綠鴉遺址有宋代文獻(xiàn)記載[5].本文所研究的梧州地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了同樣的技術(shù)，這表明從宋代開始廣西地區(qū)已全面掌握了使用含錳鐵礦石冶煉生鐵的技術(shù).

[1]陳左眉.宋代廣西錢監(jiān)的設(shè)置與廣西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[J].廣西民族研究，2002(1)：113-114.

[2]脫脫.宋史·食貨下二·錢幣[M].北京：中華書局，1985.

[3]黃全勝.廣西貴港地區(qū)古代冶鐵遺址調(diào)查及爐渣研究[D].北京：北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2008：33.

[4]于永平，黃全勝，李延祥.廣西興業(yè)三處冶鐵遺址考察[J].有色金屬，2010(3):163-169.

[5]王象之.輿地紀(jì)勝( 四 )[M].中華書局，1992：3500-3501，3505.

[責(zé)任編輯 黃祖賓]

[責(zé)任校對 黃招揚(yáng)]

Study on the Slags of Wuzhou Coin Casting Site

LIN Ze-ren1，LI Yan-xiang1，YU Tian-you2

(1.HistoryofMetallurgyandMaterialResearchInstitute，UniversityofScienceandTechnologyBeijing(USTB)，Beijing100083，China； 2.WuzhouCoinAssociation，Wuzhou543000，China)

This research collected slags from Wuzhou Coin Casting Site through filed working.Composition analyzing and detecting of these slag samples are made by using scanning electron microscope and some other experiment instruments,and the metallographic structures of these samples are observed by using metallographic microscope.Based on the above analysis and observation,this paper identifies that there exists a large quantity of slags in Wuzhou Coin Casting Site,which were produced in the smelting of cast iron from Manganese-containing iron ore.This indicates that the Site not only functions as casting coins,but also smelting cast irons in a large scale.

Wuzhou Coin Casting Site；Slag；Cast Iron

2016-05-27.

國家自然科學(xué)基金資助項目“廣西貴港地區(qū)早期冶鐵遺址研究”(50874015).

林澤人(1985-)，男，湖南懷化人，北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所碩士研究生，主要研究方向：科學(xué)技術(shù)史；李延祥(1963-)，男，遼寧調(diào)兵山人，北京科技大學(xué)科學(xué)技術(shù)與文明研究中心教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：科學(xué)技術(shù)史；余天佑(1954-)，男，廣西梧州人，梧州學(xué)院西江研究院特聘研究員，中國錢幣學(xué)會會員，主要研究方向：錢幣.

N09

A

1673-8462(2016)03-0031-07