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地爐煉銅采用的是最為古老的火煉法，用夾雜沙子、植物根莖的黏土搭建地爐，把選好的礦石（硫化礦）放入爐內(nèi)，燃木炭熔煉，等火候成熟，取精煉銅液，棄去煉渣，即得煉好的初銅。(圖一、圖二)。地爐煉銅完成后，再進(jìn)行溶銅澆范。將準(zhǔn)備好的銅塊放入石墨坩堝后，用地爐加熱溶銅，然后倒入準(zhǔn)備好的墨魚骨范內(nèi)，得到所需的銅鑄藝術(shù)品。（圖三、圖四）
圖一? 冶煉后所得銅塊
圖二? 煉銅地爐
圖三? 溶銅場景
圖四? 澆筑墨魚骨范的場景
02
相關(guān)檢測及分析
在整個冶煉過程結(jié)束后，為了弄清楚煉銅過程對于遺跡遺物和周邊環(huán)境的影響，我們用手持X射線熒光光譜儀（以下簡稱XRF）對熔銅所用的石墨坩堝、冶煉后的地爐遺跡以及地爐周邊的土壤環(huán)境分別進(jìn)行檢測。（圖五、六、七）
圖五? 石墨坩堝的現(xiàn)場檢測
圖六? 解剖后的溶銅石墨坩堝
圖七? 石墨坩堝口沿處的白色物質(zhì)
表一? 石墨坩堝XRF分析
通過檢測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在坩堝口沿和內(nèi)部能檢測出少量的銅元素殘留，可能因為石墨坩堝密度較大、孔隙率小，表面光滑，故銅液在坩堝上殘留得較少。古代的澆范容器一般多為陶制，孔隙較石墨坩堝更大，可能在澆鑄過程中的銅元素殘留會多于我們此次所用的石墨坩堝。另外，坩堝口沿的白色物質(zhì)經(jīng)檢測應(yīng)為溶鑄黃銅過程中黃銅內(nèi)的鋅元素蒸發(fā)冷凝所形成（黃銅的熔點934-967℃略高于鋅的沸點906℃）。
表二 ?地爐底面及剖面XRF分析
通過檢測數(shù)據(jù)得知，地爐剖面無銅元素，但底部銅含量較高。推測底部的銅元素殘留主要是因為這次火煉法煉銅在技術(shù)上還存在一些不足，導(dǎo)致冶煉后礦石未充分利用，礦渣中殘留的銅元素較多。地爐剖面的檢測結(jié)果是偶然還是具備一定的規(guī)律性，一次實驗不能說明問題，這需要由大量實驗的檢測數(shù)據(jù)結(jié)果來判斷。（圖八）
圖八? 解剖后的地爐
圖九? 地爐周圍土壤網(wǎng)格檢測
表三 ?地爐周邊環(huán)境檢測
對地爐周邊環(huán)境的網(wǎng)格狀檢測僅在砸礦篩礦區(qū)和澆范區(qū)檢測到有銅元素，其它區(qū)域均未檢測到。地爐周邊環(huán)境網(wǎng)格狀檢測的初衷是為了了解冶煉過程對周邊環(huán)境的影響，通過檢測結(jié)果得知，這種小規(guī)模的地爐冶煉除了能留下一堆燒土遺跡外，對緊鄰地爐周邊土壤的元素組成并沒有明顯的改變。但是在圍繞煉銅進(jìn)行的其它工作的區(qū)間內(nèi)（C1和C4檢測點），檢測到了一些有關(guān)聯(lián)的信息，例如銅含量的突變，這為判斷地爐的用途提供了依據(jù)。（圖十）
圖十? 對周邊土壤環(huán)境的檢測
03
一點思考
地爐煉銅作坊所需的工作區(qū)間規(guī)模很小，作坊廢棄后留下的環(huán)狀燒土堆積往往跟灶臺堆積很相似，所以在實際的田野考古發(fā)掘中遇到環(huán)形紅燒土遺跡僅憑肉眼很難辨別其實際用途。這時，就需要傳統(tǒng)田野考古、礦冶考古、科技考古、文物保護(hù) 、科技史等多學(xué)科的工作人員合作來進(jìn)行判定。
考慮到本次檢測過程是建立在一個小范圍理想化的遺跡區(qū)間內(nèi)來進(jìn)行的，而實際的礦冶遺址、遺跡現(xiàn)象所處的環(huán)境遠(yuǎn)比實驗場所環(huán)境復(fù)雜，所以此次的檢測工作以及所得數(shù)據(jù)并不能完全適用于發(fā)掘過程中現(xiàn)場遺跡類型的判定，但還是能提供一些思路和方法，遇到環(huán)形燒土遺跡時，可以選擇以遺跡為中心，呈網(wǎng)格狀在周邊開展調(diào)查工作，看能否發(fā)現(xiàn)與冶煉相關(guān)的信息。
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