中国历史知识—启现代水法冶金先河的“胆铜法”

　　中国历史知识—启现代水法冶金先河的“胆铜法”

古代中国首创的“胆铜法”，是世界化学史上一项重大的发明。它开启了现代水法冶金的先河。胆铜法也称“浸铜法”或“湿法炼铜”。

　　在自然界中，铜主要以硫化铜的形式存在。如辉铜矿，化学成分为Cu2SO，呈铅灰色；斑铜矿，化学成分为Cu5FeS2，新鲜断口呈暗铜色，常具明显的斑状锖色，条痕带灰黑色；黄铜矿，化学成分为CuFeS2，化学成分为CuFeS2，有时含微量的金和银，铜黄色常带暗黄或斑状的锖色，条痕黑色并微带浅绿。自然界中的硫化铜矿物经过氧化会慢慢变成硫酸铜。硫酸铜一般是蓝色结晶体，易溶于水。硫酸铜溶液呈蓝色，像胆汁，中国古代称之为“胆水”。当胆水浓度增高再加上其他条件，硫酸铜的结晶水合物──五水硫酸铜（CuSO4·5H2O）就会形成晶体，中国古代称之为“石胆”或“胆矾”。铁元素比铜元素活跃，将铁片或铁棒置于硫酸铜溶液，即胆水中，铜离子就会被铁离子置换出来，产生单质铜，其化学反应方程式为：CuSO4+Fe=FeSO4+Cu。这一化学知识就是湿法炼铜的原理。在今天，这已经是最基础的化学知识。然而，在两千多年前的西汉时期，中国人已经认识了这一原理；在一千多年前，中国人又将这一原理用于工业生产，这些都是难能可贵的。

　　用铁置换铜，最早发现这一化学反应的是西汉初期道家的炼丹师。他们试图用自然界的矿物（偶尔也用某些植物）为原料，通过人工的方法，即化学加工，制造神奇的药剂──金丹。这就是所谓的炼丹术。炼丹师们相信，一旦炼就金丹，人服用后就可以长生不老，甚至羽化成仙。炼丹术都是采用化学手段，炼丹活动必然要进行许多化学实验，并不断记录实验过程，总结经验。西汉淮南王刘安（前179～前122）曾招致宾客、儒生、方士集体著述，其中有一篇《淮南万毕术》，今仅存残篇辑录本，篇中提到：“曾（或白）青得铁则化为铜”。“曾青”，又名白青、石胆、胆矾，是天然的硫酸铜。硫酸铜一般为蓝色结晶体，在空气中表面风化失去水分，而呈白色，故又称为白青。这是目前所见有关用铁置换铜的最早文献记载。这一奇特的化学现象被历代炼丹师所关注，类似的记载不断。像东汉时期编撰成书的《神农本草经》记载：“石胆……能化铁为铜。” 东晋炼丹师葛洪在《抱朴子·内篇·黄白》中说：“以曾青涂铁，铁赤色如铜，……外变而内不化也。”他观察铁置换铜反应更深入、更细致了。南北朝时期炼丹师陶宏景把用铁置换铜实验扩大到硫酸铜以外。他在《本草经集注》中指出：“鸡屎矾……投苦酒（即醋）中涂铁，皆作铜色。”“鸡屎矾”是碱性炭酸铜或碱性硫酸铜。它的颜色青、黄相杂，似鸡屎，故名“鸡屎矾”。鸡屎矾很难溶解在水中，所以要投入醋酸里才能溶解。受时代条件的局限，这些炼丹师还不能对自己化学实验做出正确的解释，但他们的实验为水法冶金的胆铜法奠定了基础。

　　由炼丹师们的化学实验转变为炼铜工业的胆铜法，我们的先人大约花费了1000多年的时间。这期间的曲折过程，目前我们还不清楚。

　　有的学者根据五代时期的南汉人轩辕述编撰的《宝藏畅微论》已经提到：“铁铜，以苦胆水浸至生赤煤，熬炼而成黑坚”的经验，认为：五代时期，甚至可能在唐代后期，用铁浸入胆水取铜已经发展成一种生产铜的工业方法。