引言
金屬對於我們並不陌生，我們日常生活中使用的許多炊具、生產工具以及一些美麗的裝飾品就是由各種各樣的金屬製成的，再如各種炮，飛機等，也都是由各種金屬或合金製造的。目前，世界各國都很重視冶金業的發展，一個國家每年的鍊鋼產量是衡量這個國家國力的一個重要指標。
世界上已發現有85種金屬單質，佔化學元素總數的4/5，然而人們對它們的認識卻是經歷了一個相當漫長的發展階段。古代有過"青銅時代"、"鐵器時代"，19世紀被稱作"鐵的世紀"。
20世紀曾被稱為"鋁的世紀"，目前人們正努力開發使用崛起的第三大金屬"鈦"，將形成"鐵的世紀"。我國古代在銅、鋼鐵、金、銀、錫、鉛、鋅、汞等金屬的冶煉史上均居於世界的前列。古代的許多冶金技術，通過不斷向外輸出，對歐洲各國產生了很大影響。
如"中國鐵"西傳的情況，在著名的羅馬學者老普林尼所著《博物志》中就有所記載。英國學者李約瑟認為，歐洲的鑄鐵技術是在11或12世紀由中國傳去的。我國古代勞動人民的勤勞和智慧是令人驕傲和自豪的。本篇主要講述由紅銅冷鍛鑄造到青銅的冶煉；由鍊鐵到鍊鋼技術；世界上最早對合金規律的認識；古代陶冶黃金與白銀；鍊汞與煉鋅；黃銅與鎳白銅等幾個方面來介紹古代人是如何發現和認識金屬的。
一、由紅銅冷鍛鑄造到青銅的冶煉
鍊銅早於鍊鐵提起"臥薪嚐膽"這一成語，我們一定會聯想起從電影、戲劇和書中看到的許多關於越王勾踐含辛茹苦，利用"美人計"奪回失去的江山這一古老的傳說。
我們也一定記得越王和吳王的兩把鋒利無比的寶劍，無論我們聽到的關於西施的故事是否真有其事，但這兩把寶劍是確實存在的，它們已被考古工作者挖掘出來，雖然在地下埋葬了2000多年，但它們仍然表面光潔，花紋清晰，刀口鋒利。它們是由什麼製成的呢？就是青銅，而不是鐵。青銅是那個時期人們創造兵器的主要材料。
由考古的結果證實，我國和國外的一些古老的文明發源地區和國家，都是冶煉銅器早於鐵器若干年代。這是因為:在自然界有自然銅，但幾乎沒有天然鐵（只有極罕見的隕鐵、自然銅是自然界原來就存在的金屬銅，所以在自然界中都呈氧化物或其他化合物形態存在。
從天體上落下來的隕鐵數量極少，加工也比銅困難，世界各地對隕鐵的使用一般都比使用銅器要晚。
銅礦石比鐵礦石易被發現。鐵礦石一般是四氧化三鐵礦或氧化鐵礦，一般是灰色、黑色或褐色，不易引人注意，對於古代人來說很難將其與岩石區分開來，更難聯想到能用來冶煉金屬。而銅礦石中，有一種名叫孔雀石的礦物，主要成分是鹼式碳酸銅，呈翠綠色和深藍色，色彩鮮豔奪目，進而尋找用孔雀石鍊銅的途徑。
古代鍊銅比鍊鐵技術難度要小一些。銅的熔點只有1083℃，原始社會晚期燒陶溫度就已達到這個水平。鐵的熔點為1537℃，如果想得到較大顆粒的鐵，就需要較高的溫度。
古代鍊銅原料主要是氧化銅礦，包括各種碳酸銅礦物，因碳酸鹽受熱分解就變成氧化物，氧化銅礦石同木炭一起加熱就能還原出銅來，所以古代人首先製出的金屬器皿都是銅器或青銅器。
二、由紅銅冷鍛到青銅的冶煉
遠古時代的人們最早是使用石頭做成的各種工具來打獵、犁地、貯存物品，在陶窯中的溫度能達到1000℃甚至更高一點，這樣就可以對自然銅進行加熱鍛打以至溶鑄，並逐步過渡到用銅礦石來鍊銅。
可以按需要打製成一定的形狀，如果放到火裡燒，打製就更加容易，當溫度超過1000℃時，紅銅就可熔化，熔化的銅水放在一個具有一定形狀的容器中冷卻後就可變成所要的形狀。
在我國一些距今約4000年的新石器晚期遺址中，曾出土若干小件銅器，這說明當時是銅石並用的。如在甘肅武威皇娘娘臺出土了多件銅器，包括刀、錐、鑿、環等，經檢驗是由紅銅製成的，其中多數為鍛造。
在伊朗、土耳其及北美洲的蘇必利爾湖地區，也都發現了古代人創造的天然銅器件。銅的冶煉，人們開始是在裸露於地表的銅礦物上面燃燒炭火，發現有銅還原出來留在灰燼中，由此逐漸總結出了冶煉銅的方法。
在公元前4000年，埃及、塞浦路斯和美索不達米亞平原(即現伊拉克）的人也掌握了鍊銅技術。大英博物館現存有阿爾烏巴德山出土的5000年前蘇美爾人鑄造的銅牛頭以及埃及人在3500年前製作的銅鏡和銅製工具。
我國古代的許多著名文物都是由青銅製得的，如前面提到的越王和吳王的寶劍，商代前期的大方鼎，通高1米，重82.25千克，以及世界上最大的出土青銅文物"司母戊"大鼎，通高1.33米，重875千克，它是商王為其母"戊"鑄造的禮器。
還有造型精緻的商代四羊尊(尊是一種古代的盛酒器），高58.3釐米，邊長52.4釐米，重34.5千克。因尊的四角各有一隻羊頭而得名。它的造型逼真，結構複雜，充分反映了當時青銅器的高超熔鑄技藝，即使用現代的精密鑄造技術，也不是那麼容易辦到的。
那麼，青銅究竟是由什麼構成的，它在性質上同紅銅有哪些不同呢？青銅是銅與錫或鉛的合金或它們的三元合金。
如司母戊大鼎含銅84.77%，錫11.64%，鉛2.79%；洛陽出土的西周"豐恆戈"和"豐佰劍"，均不含鉛；春秋戰國的貨幣，多系同時含有錫鉛的青銅。青銅硬度較純銅大得多而且堅鈿；前面提到銅的熔點為1083℃，加錫（或鉛）後其熔點降低，硬度增大。含錫艦的青銅，熔點只有800℃，而硬度則比純銅增加了好幾倍。青銅有較好的鑄造性能和機械性能，所以它很快就比純銅得到更廣泛的應用。
古代人最早煉出的銅，自然不會像自然銅那樣純，總會含一些礦石中帶來的雜質，例如少量的鉛、錫、鐵等，但不會很多，這不能稱為青銅。後來人們有意識地把錫礦或鉛礦加入到銅礦中共同冶煉，才成為真正.的青銅。
青銅的冶煉是從把金屬銅或銅礦石與錫(鉛)礦石、木炭一起放在坩堝中合煉出來到分別煉出銅、錫、鉛三種金屬，然後按一定的比例配合起來熔鑄成青銅器物的過程，經歷了由低級到高級的發展歷程，所使用的冶煉爐也逐漸由矮小的爐子發展到具有一定高度的鼓風爐。
古代最早用於冶鑄的鼓風設備叫橐，是用皮革做成的風袋，用起來有點像現在手風琴拉壓的往復動作。《詩·大雅·公劉》中有"於橐於囊"的記載。《墨子·備穴》中說："具爐橐，棄以牛皮。"《吳越春秋·闔閭內傳》中記載國干將鑄劍時"使童男童女三百人鼓橐裝炭。"
由鍊鐵到鍊鋼技術青銅並不是青銅時代人們所能找到的最理想的金屬材料，天然的隕鐵含鎳量大都在諷以上，實際即是鎳鋼，它的強度和韌性要比青銅好得多。
早在商代，人們就將隕鐵用在青銅做的刀刃上。1972年河北省藁城縣臺西村商代遺址出土一件銅鉞，其上鑲有鐵刃，經化學家鑑定，證明鐵刃是採用從宇宙中的天體上墜落到地面的鐵質隕石，即隕鐵製成的。《吳越春秋·勾踐人臣外傳》中也提到把鋼鐵嵌入矛刃中去非常鋒利，說明當時已有刃口貼鋼的工藝。是世界上最皂生產鋼的國家之一。
人們經過長期的探索，無論在鍊鐵和鍊鋼工藝上都達到較高的水平，提起日用刀具，有這樣一句話:北有王麻子，南有張小泉。
據說明末清初，山東青州府有張光、李順師兄弟以打造剪子為業，後來到北京謀生，逐漸擴大生產範圍，招收徒弟，開設了刀剪作坊，但他們只是製作，不營銷售。到了17世紀中葉，有個王姓商人，渾名叫王麻子，是個經營刀剪的大戶。他的鋪子開設在北京宣武門外大街，他對成品檢驗較嚴，專收丄等活計不符合規格的一律退回不收。
因為他的商品質量好，名聲越來越大，1816年掛出了"蘭代王麻子"的招牌，其他剪刀店也紛紛以"王麻子"、"老王麻子"、"真正王麻子"以及"汪麻子"、"旺麻子"來做招牌。
這種刀剪，茬製作上，從選材、下料到夾鋼、貼鋼、淬火、開刃、磨光都有一定規程與質量要求，全部手工操作，一天僅能製成8把剪子。王麻子刀剪軸粗有力、刃薄鋒利、經久耐用，雙十字菜刀加鋼量大，鋒快堅韌，輕便適手。
常常一把刀、劍使用20年以上，這足以說塊鍊鐵和生鐵在《吳越春秋·闔閭內傳》中有這樣一個傳說：吳王命令工匠干將制劍，干將"採王山之鐵精"進行冶煉，多次失敗，後來用三百童男童女幫助"尊橐裝炭"，他的妻子莫邪也盡力相助，甚至"斷髮剪指，投入爐中"，終於煉成了兩把寶劍。這兩把劍一把名干將，劍身"作龜紋（龜裂紋）；一把叫莫邪，劍身"作漫理，水波紋廣"。
西方早期使用的人工鐵都是塊煉銖。在較高的溫度下，碳將氧化亞鐵還原成金屬鐵。上述反應的產物是鐵與渣和未燒完的木炭屑攪混在一起，生鐵擦點低，可以鑄造，但很脆，失去了鍛造性。西亞人好像當時不知如何使用，長期沒有形成鑄鐵工藝。在小亞細亞喬伊泰佩曾出土過一塊白口鐵。
淬火和退火兩種工藝是埃及在公元前6世紀最先採用的。淬火即把紅熱的金屬插入水或鹽水中以提高其硬度。起始可能只是希望把熱的金屬快速冷卻，後來發現這樣使金屬的硬度增加了，因此就形成一道固定的工序。淬火會產生脆性組織，使可鍛性受到影響，因此，經常要接著進行低溫處理，即退火，使生鐵柔化。
我國古代，生鐵很早就得到了廣泛的應用，但並沒有影響到塊鍊鐵的使用。儘管塊鍊鐵生產效率低，但其生產工藝和設備較生鐵簡易，可鍛性好。塊鍊鐵不夠剛強，在炭水中進行滲碳，形成鋼後就可克服這個缺點。所以在相當長的時間裡，塊鍊鐵和生鐵是長期共存、相互取長補短的。
我國古代生鐵有4個品種，即白口鐵、灰口鐵、馬口鐵和韌性鑄鐵。白口鐵中所含的碳呈碳化鐵形態存在，質硬而脆，打開的斷口呈白亮色，稱白口。它耐磨，適於創造農具，如犁鏵等。灰口鐵鑄造性能較好，凝固收縮小，適於鑄造各種器物，因此應用範圍更廣。河北滿城漢墓出土的車上的鐧（軸承）是用灰口鐵製成的。馬口鐵同時具有自口鐵和灰口鐵的組織。
結語
這方面的出土文物多不勝舉。生鐵在古代還用來做度量衡和某些部件，如鐵權，聞名遐邇的趙州橋的石塊之間也鑄有生鐵。鐵器在中國的大推廣和普遍使用，鐵作為新的工具材料在社會生產、軍事裝備和社會生活中完全佔據主導地位，應是 秦漢之際。春秋時代以前是先聲，戰國時代是進步，秦代迅速發展，西漢最後完成。這就是這次材料改革的歷程。
參考文獻：
《天工開物》
《明實錄》
《戒庵漫筆》
