不起眼的木炭,开启了人类的金属时代

不起眼的木炭,开启了人类的金属时代

唐朝诗人白居易曾经写过一首千古传诵的名篇《卖炭翁》,其中一句“可怜身上衣正单,心忧炭贱愿天寒(www.yzba.cn)。”写出了卖炭人的矛盾和心酸。可见在唐朝时长安城的富贵人家就开始用木炭取暖了。

现代人可能觉得木炭只作为古人的燃料,用来取暖做饭。实则不然,木炭在古代的生产生活中都有着非常重要的作用,甚至于整个人类的金属文明都是以木炭的使用为起点的。今天就介绍一下现在看起来不起眼的木炭在古代是如何发挥重要作用的。

1. 木炭是什么?

汉代许慎《说文》讲得明白

“炭,烧木留性, 寒月供然(燃)火取暖者,不烟不焰, 可贵也。”

简而言之就是木材烧过之后,剩下的可燃物质。木炭比直接烧柴有诸多优点,比如没有烟,没有明火,而且比木柴更轻,在古代是富贵人家取暖的之物。

关于木炭的起源还没有定论,比较靠谱的是木炭来源于制陶工艺,在石器时代人们为了给陶器上色,就想到了利用木柴燃烧的烟气来给陶器着色。其中黑陶的制作工艺是在黑陶即将烧成的时候从窑顶徐徐加水,使木柴熄灭, 产生浓烟, 用烟熏法进行渗碳制成。 在这个过程中被水浇灭的木柴有的会自然变成木炭 。人们在处理这些未燃尽的木炭的时候发现这些木炭比木柴更好用,获得的温度更高,就开始逐渐探索完善制造木炭的工艺,这可能是古代最早的木炭来源之一。

烧制黑陶

从现代科学的角度讲,木炭是木材脱水碳化的结果。碳化之后的可燃物不含有水分,可燃成分更高,所以从单位质量的热值上比木材要高。原始的烧炭的方法是在露天直接烧制木材, 因木材受热的温度、时间及氧气等炭化条件不易掌握,所以烧制的木炭质量差,数量少。自商周出现窖烧法后,炭化的条件得到有效控制,在增加所获木炭数量的同时,木炭的质量亦有相当提高。

古代木炭根据原料的不同大体可以分为两类,类是用木材制作而成的木炭,当然根据木材的不同,木炭的品质也不同;另一大类是用竹子烧制而成的竹炭,在西南地区就有大量使用竹炭的记录。从制作工艺上可以分为黑炭和白炭。简单来说,黑炭是烧制完成之后隔绝氧气冷却,白炭在冷却的时候是暴露在空气中的,所以在表面会有一层白灰。白炭的工艺更难掌握,价格也要明显高于黑炭。

2. 木炭对人类文明的推进

工具是人类文明的标志,根据工具的不同将人类历史划分为石器时代、青铜时代、铁器时代等。几乎各大文明中,青铜都是最早使用的金属。

我们先来简单的回忆一下初中化学的知识,炼铜就是将铜从铜的氧化物中还原出来,称之为还原反应。还原反应需要两个条件,个是要有足够高的温度,第二个就是要有还原剂。而木炭就能同时满足以上两个条件。

炼铜的原理

木炭的使用之前,人们利用木柴制陶能够获取的温度不超过1050摄氏度,但是铜的熔点是1083摄氏度。在使用木炭作为燃料之后很容易突破1083度。木炭的主要成分是碳,即便是在现代的冶炼工业中碳都是常用的还原剂。所以在古代使用木炭作为燃料和还原剂将铜从铜的氧化物中提炼出来。

实际上最早的铜的发现,就有可能是人类在烧火或者烧制陶器的过程中偶尔有铜矿掺杂在里面,在高温的情况下经过碳的还原反应,出现了单质铜,人们逐渐的开始发现这种闪着金光的东西可以做成比石头更锋利的东西(和玻璃的起源有点类似)。这就是人类利用金属起点。

从商周时期我国进入青铜时代,而青铜发展的基础是木炭的大量使用,《周礼》中记载,木炭是一种百姓向官府缴纳的重要物资,有专人负责征收木炭。

“掌炭掌灰物炭物之征令。以时入之,以权量受之,以共邦之用,凡炭灰之事。”

关于木炭在冶金业中的重要性,古人有着非常深刻的认识。西汉贾谊《鹏鸟赋》称:

“且夫天地为炉兮,造化为工;阴阳为炭兮,万物为铜。”

古代炼铁过程

铁的冶炼过程比铜要复杂得多,但是原理是类似的,都是用还原剂将铁从铁的氧化物中提炼出来。虽然到了宋朝就有煤炭使用的记录,但是煤炭的开采受地域的限制。工业革命之前,炼铁的主要燃料和还原剂仍然是木炭。

3. 木炭在古代的其他作用

木炭除了作为燃料之外,仍有很多重要的用途。比如木炭有很好的吸附性,可以用来作为建筑或者墓穴的防潮剂。比较的是马王堆一号墓出土的女尸,经过两千多年依然保存得非常好,在墓穴木撑的四周和上下填塞了一万多斤的木炭 , 木炭外面又用白膏泥填塞封固,这样才能让这个墓穴保持干燥,让女尸不腐。

另外一个典型的应用就是火药,配置黑色火药的大体成分是“一硫二硝三木炭”,木炭是作为构成黑色火药的主要成分必不可少。火药在人类的发展中所起到的作用更是不言而喻的。除此之外,木炭在古代绘画 、化妆 、制香等方面都有重要应用。

木炭制作的画像

看似不起眼的木炭,背后蕴藏着人类文明发展的轨迹。从木炭的使用上可以看出,人类文明就是在一次次的偶然发现和不断尝试中蹒跚前进,任何一项文明成就的背后都是上天的眷顾和人类智慧的结晶。

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