二、矿 冶
早在夏商时期，湖北就有兴盛的矿冶。到了周代，先民的矿藏知识与开采技术有了新的发展。周代流行《管子》一书，出自今山东一带的齐国，其中也收录了其他国的知识。如矿藏知识，从地面分析地下，探测地下资源。《管子·地数》记载:“上有丹沙者，下有黄金。上有慈石者，下有铜金。上有陵石者，下有金锡赤铜。上有赭者，下有铁。此山之见荣者也。”
研究大冶铜矿的学术成果很多，如杨永光、李庆元、赵守忠的《铜录山古铜矿开采方法研究》(《有色金属》1980年第4期、1981第1期，铜录山即铜绿山)研究分析了楚人在大冶铜绿山的采矿过程中，在地质勘探，巷井支护，矿井提升、通风和排水等方面体现出来的技术成就，论证了该矿区开采技术发展的连续性和继承性。殷玮璋、周百灵撰《铜绿山古铜矿采矿技术的思考》(《江汉考古》2012年第4期)一文对铜绿山古矿的采掘方式做了辨析，论述了古人在铜绿山古矿开采方式的转变。卢本珊撰《铜绿山古代采矿工具初步研究》(《农业考古》1991年第3期)统计了考古发掘的青铜工具、铁质工具和木质工具三个大类的多种形式，得出青铜工具在春秋战国时期的矿产采集中起着主导作用的结论。卢本珊与华觉明合作的另一篇文章《铜绿山春秋炼铜竖炉的复原研究》(《文物》1981年第8期)通过对考古发掘的铜绿山春秋炼铜竖炉进行复原研究，阐释了炼炉的形态、特点和炼铜方法，尤其分析了炼炉结构的科学原理，以及各部分功能的技术过程，论述了炼炉炼铜的产出方法。李延祥、洪彦若撰《炉渣分析揭示古代炼铜技术》(《文物保护与考古科学》1995年第7卷第1期)通过化学实验分析的数据和结果，揭示了古代炼铜技术。在李延祥、卢本珊所撰的另一篇文章《铜绿山Ⅺ矿体古代炉渣冶炼冰铜说》(《有色金属》1998年第50卷第3期)中，详细分析了古代火法炼铜的3种原则工艺，并证实了硫化矿冶炼成冰铜，再由冰铜还原出铜的大胆假设。铜绿山古铜矿是春秋战国时期楚人主要的采矿基地，研究考古发掘的铜绿山古矿冶遗址的地质状况、采矿方式和冶炼技术是揭示楚国青铜铸造业如何存续的基础，与楚国青铜生产和铸造技术的延续和发展息息相关。[22]
1.采矿地点
我国铜矿资源主要集中分布于长江中下游、川滇地区。长江中下游铜矿带居于首位，湖北大冶铜绿山、江西瑞昌铜岭、安徽铜陵凤凰山等都发现有铜矿冶遗址。大冶矿区铜矿储量居全国第二，品质居全国之首。
楚国考古发掘的古代采矿遗址，除了大冶铜绿山古矿冶遗址，还有阳新港下古矿冶遗址。在阳新县富池镇港下村发掘的古矿井有竖井和平巷两种。竖井的支护框架大的为“日”字形，小的为“口”字形。“日”字形框架井口较大，井框内空长约420厘米、宽约300厘米，全用圆木支护而成。“口”字形框架井口较小，断面呈正方形，由4根直径约15厘米的圆木支撑而成。
2.找矿方法
楚人积累了相当丰富的寻找铜矿的经验，他们通过铜矿矿脉露出地面的部分来寻找铜矿，铜矿地表往往有自然铜、孔雀石等铜矿物，这种寻矿方法称为“矿苗寻矿法”。另一种方法是根据铜草花这种植物为线索找矿。找到铜矿以后，如何确定富矿的矿脉走向呢?一种方法是用船形木斗进行重力选矿。在铜绿山各个时期的古矿井中，都发现了船形木斗，还发现了木杵和木臼。另一种方法是挖竖井进行探矿。在考古发掘中，发现一部分断面小的竖井，分布密集，有的开凿在花岗闪长岩内证明无矿；有的开采在绢云母化硅卡岩内，证明接近矿体；还有的则开凿在矿体内，并沿着矿脉跟踪开采。
3.采矿技术
大冶铜绿山铜矿，在没有动力和金属机械的生产条件下，已能够开凿矿井深50余米。当时还采取了竖井、斜巷、平巷相结合以及多中段的开拓方式，并初步解决了井下的通风、排水，提升、照明和巷道支护等一系列复杂的技术问题。[23]
大冶铜绿山的井巷相互贯通，层层延伸。竖井由地面垂直向下开掘，深40~50米，达到铜矿富集带上，便向周围开拓，形成平巷或斜井，平巷的底部往往又有竖井，因这种竖井开口不在地面，故称为盲井。为了沿着矿体倾斜的走向挖掘富矿，就采用斜井，斜井的倾角为25°~70°。为了安全生产，矿井井壁设有木构方形框架。斜井的支护方式有两种:一种是井框支架垂直于井巷的顶底板；另一种是井框支架沿着地心方向铺设。框架采用了公母榫套接的方法。由于支架有效地防止了矿岩的坍塌，确保了安全生产。
战国以前是从地表矿体露头向下开拓竖井，达到富矿带时，即开拓平巷，平巷下部再开凿盲井，这样跟踪矿脉，逐渐向下延伸，有矿即采，无矿即停。战国至汉代采用的是上向式方框支柱充填法。先将斜巷开拓到矿体底部，然后再凿穿脉平巷进入矿体，进行开采，下层采完后再采上层。矿石经手选后运到地表，贫矿和废石填充到下层巷道。这样既有效地处理了下层采空区，保证了上层采矿区的安全，又减少了大量废石的运输。
矿井的排水方法有两种:一种是利用废弃巷道作为排水道；另一种是铺设排水槽，将水导入排水井中，然后用木桶、绳索、木钩和辘轳等工具，把水提出井外。
矿井的通风主要利用井口高低不同而产生的气压差，形成自然风流来调节矿井中的空气。另外还填塞废巷，让空气最大量地流向深部作业区。井下的布局，道路与照明、通风与排水、采集与提运，都是采用系统思维解决的，有力地保证了挖掘、运输。这在当时的世界采矿技术方面都是最先进的。[24]
4.采矿工具
战国以前井巷开拓主要使用青铜工具，如铜斧、铜镢和铜锛。到了战国时期，铁器已广泛用于矿业生产，如铁斧、铁锤、铁锄等，开采能力增强。
湖北省博物馆收藏有一件特大型直柄铜斧，出土于铜绿山古矿井附近，重约15千克。出土时，铜斧表面没有锈蚀，表面泛着青铜的光泽，但刃部磨损较大，应该是一件用于采掘的实用工具。这种斧头的使用方法是用绳索系在柄部，将其挂在平巷支架的横梁上，利用水平方向的冲击力量凿碎坚硬的岩层。这种铜斧重量大，能产生较大的横向冲力，是一件理想的采矿工具。铜绿山古矿井中还出土有一种直柄铁斧，在斧柄顶端缠有4道篾箍。这种直柄铁斧是用于垂直方向凿岩的有力工具，缠上篾箍是为了防止锤击时木柄开裂。使用方法是将斧刃插在岩石的裂缝处，一人手持斧柄，一人用铁锤锤击斧柄顶端，如此才易击碎岩层。
5.冶炼
研究楚国冶炼的成果有很多，如刘彬徽著《楚系青铜器研究》(湖北教育出版社1995年版)，对楚墓出土的青铜器做了总结性的归纳和分类，将楚系青铜器的年代与分期、分类研究、组合研究以及与楚礼制的关系等都进行了论述。后德俊撰《楚国青铜铸造技术中的三项成就》(《世纪行》2004年第5期)一文中着重介绍了青铜范与蚁鼻钱、失蜡法和复合剑的铸造工艺，认为这三项成就是楚国青铜铸造技术中的重要内容。华觉明和郭德维的文章《曾侯乙墓青铜器群的铸焊技术和失蜡法》(《文物》1979年第7期)根据1978年出土的曾侯乙墓青铜器实物，将曾侯乙墓青铜器群的造型、纹饰、加工工艺等进行分析和比较研究，认为这一组青铜器群反映了战国以来青铜冶铸业的生产能力和技术水平。
楚人因地制宜，根据铜绿山铜、铁矿共生的矿石结构特点，经过千百次的实践发现，炼铜时混入一些铁矿石，炉渣会变稀，流动性强，容易排渣。后来就自觉地在炼铜时加入适当数量的铁矿石。掌握了配矿技术之后，有效地控制了熔渣的熔点和炉渣的流动性，达到准确控制炉温的目的。因为楚人开采的铜矿属于氧化型矿石，炼铜炉为带有鼓风设备的竖炉，所以当时的炼铜工艺是铜的氧化矿的还原熔炼。
在铜绿山发现春秋时期炼炉约10座，均为竖炉，由炉基、炉缸和炉身三部分组成。这种竖炉可以连续加料、连续排渣、间断放铜、持续冶炼，具有较强的冶炼能力。经实验，一座炼炉，若一天加入物料3000千克，矿石的平均含铜量为12%，可炼出红铜约300千克。
6.铸造
楚国的青铜器铸造技术一开始并不发达，但楚人善于学习、创造，到东周时达到了相当高的水平。分范合铸技术有了新的进步，还发明了失蜡法。
战国出现“生铁柔化”技术，使生铁的脆性变小而韧性增强，有延展性与可锻性。在楚国墓中发现战国中晚期的展性铸铁制品，如1974年在大冶铜绿山古矿井中出土4件铁斧，鉴定得知铁斧的刃部经过了柔化处理，即放在900℃以上高温中进行了“退火”处理。
(1)分范合铸技术。分范合铸技术就是根据器形的复杂程度，确定铸造一件器物需要几块外范。器形简单的器物就用浑铸法，一次铸成。器形复杂的器物，基本上用分铸法铸成。欧洲和古印度的单音钟都是正圆形的，唯独中国的编钟是合瓦式的。因为钟体扁圆，衰减较快，所以能成组编列，作为旋律乐器使用。用范铸技术可铸造纹饰极为复杂、尺寸相当精确的编钟，关键在于对分范合铸技术的娴熟使用，分范合铸的技术必须达到炉火纯青的水平。这说明中国商周铸造技术确有独到之处，是从长期生产实践中逐步形成的自己的特色和工艺体系。
(2)失蜡法。失蜡法是熔模铸造中的一种。先用蜡料将设计好的铸品制成蜡模，由于蜡的可塑性好，可以在蜡模上做出繁复的纹样或使器物具有复杂的形式。在蜡模表面涂上沙、石、耐火泥等粉末，形成比较坚固的外壳，然后加热熔去蜡模，形成铸件的外模范，再浇注铜液，待冷却后，除去外模，铸件即成。失蜡法，唐代文献中有记载。由于考古发现了实物，把先民对失蜡法的采用时间不断向前推移。[25](https://www.daowen.com)
1978年，随县擂鼓墩1号墓出土的尊盘，可知采用了分铸、焊接、失蜡铸造等多种工艺。尊体泥型浑铸，对开分型，浇口设在圈足底缘。圈足上的龙体分铸。尊腹上铸出4处8个接榫，在榫上分别焊铸了8件龙身，组成4条双身龙。尊颈的豹形饰全身镂空，透空变异蟠虺纹附饰用失蜡法铸造，然后与尊体铸接为一体。透空附饰由4个独立花纹结构经铜焊而成，这四个部分都是失蜡法整体铸就。尊口沿和盘耳上的透空附饰，若用组合范整体铸造，则需数千块铸范，显然是不可能的。
1979年，在河南淅川下寺2号楚令尹子庚(卒于公元前552年)墓出土的铜禁和1号、3号墓中出土的铜盏，这些实物把失蜡法铸造技术的使用时间提早到春秋中期，这些都证明了楚国最早使用失蜡法。解剖一个器物，就可大致了解当时的技术。
楚国采用先进的失蜡法铸造青铜器，这种技术是从哪里学来的?过去有一种说法，在云南省晋宁石塞山出土过一件青铜贮贝器，其器盖附饰采用了失蜡法铸造。我国云南是产铜之地。印度也发现过失蜡法工艺。楚国的失蜡法或许是从云南传来的。也可能是从印度传来的。随着出土的楚国失蜡法器物增多，学者们普遍认为，楚国流行的失蜡法工艺，时间久远，工艺成熟，应当是在本土创造出来的工艺。
(3)焊接。焊接工艺可分为铜焊和镴焊两种。铜焊是将各部件分铸后，嵌入陶范内相应部位，浇铸铜液，就铸接牢固了。铜焊焊接强度高，常用于青铜构件上，商代青铜器上已经常用这种焊接技术。镴焊就是用锡铅合金为焊料，强度较低，简便易行，适合于较小、不需要很高连接强度的部位。1978年，在随县出土的曾侯乙墓中，战国的青铜器不少部位都使用了软钎焊技术。此外还有车旋技术，在鄂城县(今鄂州市)曾出土一枚西汉早期卷叶纹镜，卷缘内有一素纹带，镜上分布着密密麻麻、清晰匀称的车削纹路，它们都似乎处在一个同心圆上。[26]
(4)复合剑的铸造技术。复合剑是采用含锡量不同的两种铜合金铸造而成的青铜剑，剑脊和剑柄部分是采用含锡量比较低的铜合金铸成，剑刃部分采用含锡量较高的铜合金制成。由于剑脊和剑刃两部分的合金成分存在差别，受几千年地下环境的影响，含锡量较低的剑脊部分呈亮黄色或铜绿色，含锡量较高的剑刃部分呈浅灰色或灰黑色。从整体上看，一件铜剑上就有两种颜色，泛亮黄色或铜绿色的剑脊就像是插在青铜剑的中心，所以复合剑又常被称为“双色剑”“插心剑”。现代冶金实践和理论研究表明，要获得最大强度、较高硬度和一定的塑性，锡的含量应选择在12%~18%；而要获得较高的强度、塑性和一定的硬度，锡的含量应选择在6%~12%。楚人铸造复合剑，解决了硬度和韧性的矛盾，刃部坚硬锋利，脊部韧性好，不易折断，大大地提高了剑的质量。楚人爱剑，《越绝书》卷十一《宝剑》记载了春秋末有个楚国人风胡子，奉楚昭王命，请工匠干将、欧冶子铸剑。
在宜昌前坪战国墓中出土过一柄长达120厘米的铁剑，专家认定其制作工艺采用了块炼铁锻打，即通过反复锻打，使铁内疏松的组织变得致密，碳的分布均匀。
7.青铜器的形制与装饰
(1)器形的创新。楚地流行升鼎，它是标志贵族身份的重要礼器，与簋相配。楚人的升鼎与周人的鼎形不同，器形为立耳、束腰、平底，3个兽蹄形足，腹部一般有浮雕龙饰。
曾侯乙墓出土的两件铜缶，重量分别为327.5千克和292千克，是我国也是世界上青铜时代最大最重的酒器。楚式鼎足越变越高，与北方矮足鼎呈鲜明对比，彰显了楚文化的特色，应该是楚人在技术上的自觉创新，别具一格。
(2)铸镶红铜花纹。铸镶纹饰的程序:先将红铜纹饰铸好，然后嵌镶在陶范的适当部位上，于浇铸时和器体铸在一起。由于红铜纹饰量较大，为了防止对浇铸的铜液产生过冷作用，一般均要将铸型预热，红铜纹饰也同时预热，温度为200~300℃，或更高一些。同样，浇铸的铜液也需要一定的过热温度，浇铸温度高于制造一般的青铜器。所以铸镶法的应用是楚国青铜器制造工艺更加成熟的标志之一。楚国用这样的方法铸的青铜器出土有很多，湖北曾侯乙墓、江陵凤凰山墓等都有不同样式的青铜器采用这种方法。
曾侯乙墓出土的盥缶、甗、甬钟、炭炉、漏铲等都属于铸镶法，纹饰有圆涡纹、蟠龙纹、鸟首龙纹和勾连云纹。
曾侯乙墓出土了超过10吨的青铜器，大多器物精美绝伦，制造技术高超。在春秋战国时期的楚国大地上，还有许许多多的大墓，真不知还有多少青铜器物藏在地下，那可都是先民智慧的结晶!
8.冶铁
据《史记·范雎蔡泽列传》记载，秦昭王曾对秦相范雎说:“吾闻楚之铁剑利而倡优拙。夫铁剑利则士勇，倡优拙则思虑远。夫以远思虑而御勇士，吾恐楚之图秦也。”这说明当时楚国冶炼技术水平高，铸造的铁剑驰名天下。
(1)资源与成品。鄂东与鄂西都有铁矿资源，如鄂西的秭归县、巴东县，鄂西南的恩施土家族苗族自治州均有铁矿资源。在宜昌上磨垴、秭归柳林溪等遗址发现了冶炼遗迹。[27]
在春秋早期，楚人的铁器以武器为主，也有农具、工具。到了春秋中晚期，铁器的品种大大增多，有农具、工具、武器、礼器和日常用具，表明铁器的用途日益广泛。从出土的铁器数量来看，早期较少，中晚期逐渐增多。这说明楚地在春秋时期已逐步跨入了铁器时代。
春秋时期的铁器多为块炼铁制品。铁器主要是生产工具，如宜昌上磨垴等遗址发现的春秋中期铁器有斧头、刀、镢、锸、镰，各有用途。铁容器有鼎、铁足铜鼎、釜、坩埚等。如襄阳蔡坡9号墓、宜昌前坪23号墓各出土1件铁足铜鼎，江陵纪南城龙桥河西段水井中出土铁釜和坩埚。
(2)冶铁技术。从考古发现的楚国铁器可知，铁的种类有块炼铁、白口生铁、展性铸铁和钢。所谓块炼铁，是铁矿石在较低温度(约1000℃)的固体状态下，用木炭还原法炼成的比较纯净的铁。这种铁的结构疏松、性质柔软，只有经过锻造，提高其性能以后，才能制成可用的器件。白口生铁是铁矿石在高温(1146℃)液态下，用木炭还原法炼成的铁，含碳量在2%以上，生铁可以直接铸造器件。生铁的质地坚硬而性脆，经过热处理，就变成展性铸铁。春秋时期出现了生铁冶铸技术。大冶铜绿山古矿井中出土的六角形铁锄和铁斧，经金相鉴定为可锻铸铁。生铁的出现和广泛运用于生产领域，提高了劳动生产效率，促进了社会的迅猛发展。
如果仅从铁器产生的时间来看，我国的铁器出现并非最早。公元前12世纪，铁器在腓尼基和美索不达米亚的北部已经得到广泛地使用。公元前8世纪，在亚述的宫殿中曾发现藏有大量铁器的仓库，铁器有锤、锹、犁、钩子、链子等。但这些铁器都是块炼铁。春秋时期楚国已发现许多铁器，其材料有块炼铁、钢、生铁，战国时期楚国又发明了生铁柔化技术。可知楚国在掌握块炼铁技术不久，几乎同时掌握了冶炼生铁的技术和铸铁柔化技术，为世界冶金史做出了重大贡献。欧洲，从发明块炼铁到出现生铁，相隔2500年。直到公元初年前后，古罗马才出现生铁。楚人使用生铁的时间比西方早500~600年。欧洲在1720年才出现白心的欧洲式展性铸铁，比中国晚了近2000年。在中国的各个区域，南方楚、吴两国的炼铁技术一直处于较高的水平，不但能用低温块炼法炼制块炼铁，还能用生铁铸造铁器，更能用块炼铁渗碳制钢并锻造钢剑。至迟在春秋战国之际，先民已能把又硬又脆的白口生铁加以柔化处理，使之变为可锻铸铁，用于制造各种工具。这些都促进了铁制生产工具的广泛使用，而这一创造要比欧洲早2300年。[28]
9.黄金和白银
黄金是财富的象征，楚人很早就注意到淘金与冶金。《韩非子·内储说》记载了楚人违禁淘金的情况，“荆南之地，丽水之中生金，人多窃采金。采金之禁，得而辄辜磔于市。甚众，壅离其水也，而人窃金不止”。《战国策·楚策三》记载了楚怀王与张仪的一段对话，“张子曰:‘王无求于晋国乎?’王曰:‘黄金、珠玑、犀象出于楚，寡人无求于晋国。’”
楚人已经掌握了金、银冶炼铸造技术。金的熔点是1064.43℃，银的熔点为961.93℃，比铜的熔点1084.5℃都低。通过对湖北大冶铜绿山古炼铜炉渣的测定，楚人冶铜时的炉温可高达1200℃。这表明楚人完全有能力熔铸黄金、白银。曾侯乙墓出土的金盏、杯、勺、器盖和楚国金、银币，都是将金、银熔化后，铸造成形的。其中出土的金盏为先秦时期最大的金器，代表了先秦时期黄金铸造技术的最高水平。
楚人掌握了错金银技术。错金银是镶嵌工艺的一种形式。错，是打磨的意思，把金银片、条、丝镶嵌到其他质料的器物中，然后打磨光滑，达到装饰等作用。安徽省寿县楚墓发现的鄂君启节舟节2件、车节3件，表面都有错金铭文。
楚人还掌握了鎏金、鎏银技术。鎏金又叫火镀金、烧金或汞镀金。它是在400℃的温度下，按金、汞的一般比例1∶7，将黄金碎片熔融在水银中，制成银白色的泥膏状金汞剂，俗称“金泥”。将金泥涂抹在器物上，然后在炭火上烘烤。汞遇热蒸发，金留存于器表，颜色随之由银白色转成金黄色，刷洗干净，压光即成。如果要使鎏金层厚，就反复进行多次。
江陵望山3号楚墓出土过鎏金铜带钩，属于战国中晚期。楚国鎏金技术至迟战国中期已经成熟。鎏金铜器有时会被误认为是金器。但鎏金层较薄、质地紧密，显微镜下可看到凹陷处的汞剂，鎏金表面会呈谷纹状。利用光谱和电子探针也可发现鎏金层中残留的汞。
