技术史第Ⅱ卷:地中海文明与中世纪

第 1 章 17 世纪前的采矿与采石 C. N. 布罗姆黑德（C. N. BROMEHEAD） 1.1 希腊采矿 在讨论早期的采矿和采石时，想整理出一条严格的时间线并不是好的方法，实际上也不可能。例如，当希腊采矿技术在公元前500年已经相当先进的时候，不列颠的采矿技术仍然保持在一种原始的状态，这种情况一直延续到大约1世纪末罗马文明传至那里。为了本书的目的，我们更多谈论的是技术阶段（technological stages），而不是王朝或者政治事件的起讫年份。这样，尽管火药*晚于8世纪就在中国得到使用，并在13世纪传至欧洲，但是它用于采矿的记载直到17世纪才出现。蒸汽作为泵的动力来源，*早在17世纪就被提及，却直到18世纪才在采矿中得到有效应用。所以，在讨论采矿技术时，可将爆炸技术与蒸汽技术的结合作为采矿技术新纪元的开端，对这两种技术的考察放在下一卷中讨论也更为合适。 在了解有关希腊人采矿知识时，我们是很幸运的。几个世纪里， 雅典附近的劳里昂银铅矿闻名于世，期间采矿技术取得了巨大进步。 尽管希腊作家也谈及这种技术，但采矿工人主要还是奴隶而不是平民，大量零碎的信息以某种方式载入希腊文学作品。在现代，大量这样的矿山又重新开始生产，古时候在这些地方进行的采矿工作也得到了调查研究（图1）。 劳里昂矿首先在公元前第二个千年由迈锡尼人开采，后来被废弃。大约公元前600年，雅典人开始开采这座矿。在梭伦（Solon）颁布法律的时期（公元前594年），银在雅典是短缺的，但是到了公元前500年，劳里昂的开矿税收开始进入雅典人的预算中。开采的矿物主要是方铅矿（硫化铅），含银量很高，平均每吨矿石能生产60盎司的银，所以这座矿山经常被称为“银”矿。大约公元100年后，这座矿山一直荒废着，直至19世纪中期才被一家法国公司接手，主要是生产锌。 地质研究表明，劳里昂地下主要由三层石灰岩或大理岩的地层组 成，中间被两层云母片岩隔开，有些地方也被花岗岩和辉长岩 1 的岩脉打断。方铅矿遍布这里，但主要集中在岩层的接合部，尤其是两层稍低的石灰岩的顶部，上面覆盖着页岩。上升的液体带着矿物涌动， 遭遇到页岩层的阻挡后，矿物会在接触面上富集起来，顶部的石灰岩 往往是矿区中品位*高的矿床。 劳里昂的铅矿中伴生着锌和铁。在矿脉顶部的露头，方铅矿（硫化铅）、闪锌矿（硫化锌）、黄铁矿（硫化铁）分别被白铅矿（碳酸铅）、菱锌矿（一种锌的碳酸盐或硅酸盐）和赤铁矿（一种铁的氧化物）代替。由于赤铁矿为红色，这种露头矿物很容易辨认。也许这里以前主要是开采铁矿的，这样就可以生产出用来开采含银方铅矿的工具。*早，这里是露天开采的，有较短的平硐2 。后来，人们挖了2000多座立井，并通过巷道连接在一起。值得注意的是，较低、较富的接触带几乎没有露头，其发现和开采是19世纪兴起的地质学的研究主题。 立井格外规整，截面通常是1.9 米 ×1.3米的矩形。立井的中心线也非常精确地垂直，但是大约在每隔10米深的地方，截面转动 8°—10°，底部的矩形就和顶部的矩形成一个直角。这些台阶似乎与进入的方法有关。一连串梯子或砍出了落脚处的树干紧靠着井壁，中间的空间留给绳子和滑轮来吊起矿石。滑轮轴的零件及其顶轴的痕迹已被发现。*深的立井深达117.6米，这是由于水面的限制，这里说的水面大约就是海平面了。 在接触区域，横巷道大约1米高、0.75米宽，沿着矿槽延伸，表 现出一种明显的规划。立井往往成对地向下挖掘，平行的巷道由它们引出，在巷道之间还常常有横向巷道出现，主要目的是辅助通风。有的时候，矿层到表层会陡升50 — 60米，巷道上爬形成一个斜坡，这样可以更好地通风。毫无疑问，这些平行的巷道也是用来进出的通道。如果发现富矿体，他们就根据具体环境以上行或下行方式回采。分支巷道会按照需要的坡度从主巷道上切出，这样可以方便地达到理想的矿点。有些回采工作面有大约10万吨的东西运出来，在那里主要运用“房柱式”工作法，更贫瘠一些的矿石被当作柱子保留了下1 。遇到所有的矿都要开采的时候，则用废弃物建成柱子用以支撑矿顶。公元前338年的来库古（Lycurgus）颁布了一条法令，禁止将矿柱去掉，这些矿柱有的已经高达9米。然而，斯特拉博（Strabo）说，在他那个时候（公元前63?—公元21?），废料堆被重新熔炼，回采工作面中的 填充物也被洗劫一空［1］。 在劳里昂的许多巷道里，边上的凹槽用来安装门进行通风。在一些情况下，通风可以通过点火来增强。斜井会贯穿一个垂直的工作立井，在通常的连接处之前还会挖一个水平的小坑，灯火就放在这个水平的平台上。也许，在矿井中用织物扇风是一种常见的做法。不久以后，普林尼（Pliny，卒于79年）就把它作为常用的通风措施提及［2］。 这些采矿工作使用了熟铁工具，锤子与现代地质勘探使用的锤子 类似，还有带木柄的镐以及凿子和楔子。每位矿工都有一盏灯，他们 会挖一个壁龛放灯，灯的位置接近他们的脸部。据估算，一位矿工每 月可以下凿4.5米。矿井中需要的木材并不多，但从遗址中可以发现凿得很好的支柱以及横梁之间的榫眼和榫舌的连接结构。数量可观的木头在地面上作为燃料用于冶炼工作。劳里昂地区曾经树木繁茂，但在斯特拉博所处的时期就像现在一样是不毛之地。 古希腊人的采矿方法与日本直到19世纪中期还在使用的方法非常相似（图2）。安藤广重（Hiroshigi Ⅱ）画的一幅精致彩图大约在1850年发表，展现了一个金矿内部的情景（图版1）。包括活梯、矿工使用的镐和灯在内，几乎每个特征都可以和劳里昂矿的情况很好地对应起来。在希腊的卡桑德拉和罗马的门迪普矿山中，相似的灯也都找到了。 劳里昂矿产出的矿石以相当小块的形式存在，再由地面上的研磨和捣碎工具加工。加工后的矿粉不仅含有方铅矿，还夹杂有不同含量的石英、闪锌矿、黄铁矿、萤石和铁矿石以及其他组分。接下来的工序就是洗选。选矿用的台板有不同的尺寸和坡度，其中一个有 7.5 米长，另一个则为 21 米 ×12 米。这些台板砌筑而成，还用混凝土和一小薄层优质水泥砌成表面。贮水池下边的开口是锥形的，从中喷出的水强有力地射向下面的矿物。*重的部分几乎马上就收集在浅槽中，剩下的部分通过重力在一个又长又宽且微斜的表面上逐渐分开。通过一系列水槽的精巧排列，水被收集到一角的集水坑里面，集水坑正好在贮水池的下方，可方便地将水舀起来再次利用。水的供应是一个主要的难题。为了保存冬天的雨水，人们修建了不计其数的蓄水池，每个蓄水池还配有一个盖子，以防止水分蒸发。 希腊矿井中都安有形状古怪的壁灯。这样，雅典的执政官狄摩西尼（Demosthenes，公元前 384 —前 322）能够清楚地把采矿区与磨矿 和选矿区分隔开［3］。因为供水的困难，尽管两个区域同属一个矿主，但位置可能会相距很远。依照狄摩西尼的叙述，矿石在磨矿工场中被研磨成相同颗粒大小的矿粉。希腊北部采矿业的重要性可从公元前4世纪上半叶伊庇鲁斯的大马士欣的钱币图案看出，图案上显示了一把矿工用的镐和一个金属锭（图3）。 希腊作家波利比奥斯（Polybius，公元前 205? —前 125?）留下了关于新迦太基（西班牙东南部的卡塔赫纳）的银矿的重要笔记［4］。他提到了铁匠的风箱［5］，但这是不是仍然在远东地区流行的那种通常带有一个方形截面的活塞，目前还只能推测。在一部书 （公元前 4 世纪）中记载了那些工具曾被认真挑选，还记载了许多有用的钢种，例如克利庇钢*适于制作木匠的工具，莱西底蒙钢*适用于制造锉、钻、刻刀和石凿，此外还有其他几种类型的钢种（边码 228）。 我们关于采矿资料的主要文献来源是斯特拉博（卒于约 21 年）的《地理学》（Geography），这本书主要作为政府官员的教科书，对出口产品用了较长篇幅，但对技术细节用笔寥寥。据斯特拉博叙述，那时的砂金要比矿金生产得多，“按篮子式样编成的筛子”被用来淘洗用锄头和鹤嘴锄挖掘出的矿物［6］，银铅矿需要反复进行5遍淘洗。开采砂金需要挖一个很长的地沟，必要时可以用阿基米德螺旋将水运到 高处（图2）。 一些从矿山开采出来的矿物并不直接用作生产金属的原料，例如朱砂颜料（边码361）。对其中一种来自西班牙的矿物，斯特拉博曾描述称，“不比（黑海上的）锡诺普矿物差”［7］。锡诺普镇是卡帕多基亚朱砂出口的地方，而不是真正的产地。在 1 世纪，迪奥斯科里斯（Dioscorides）这样记录锡诺普的红色赭石（miltos synopike，即朱砂）： *好的是密度大而重的，深赤褐色，不含脉石……颜色均匀。 它产自卡帕多基亚的某些洞里，精选出来后拿到锡诺普去卖，这样就得到了“锡诺普朱砂”这个名称。它有收缩性、吸水性和黏附性，所以可以混入一些药膏中贴在伤口上，也可以用作治疗便秘的药剂，将它打入一个鸡蛋中便制成治便秘的灌肠剂。它对肝病患者也有疗效［8］。 作为一个军医，迪奥斯科里斯主要对药物感兴趣。但是，包括朱 砂在内的许多矿物挖出来是用作颜料的。在上面提到的例子当中，朱 砂当然比一般的红色赭石要优质得多，出口贸易的价值也要高得多。