古代的铜器这种铜金属是如何得到的?矿石中有铜的单质吗?
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矿石中并不存在铜的单质，铜主要以化合物的形式存在，例如硫酸铜、碱式硫酸铜或碱式碳酸铜等。我国古代人民很早就发现了铜盐溶液中的铜能够被铁置换出来，由此发明了水法炼铜，这成为了湿法冶金技术的先驱，在世界化学史上占有重要地位。水法炼铜的原理是：CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4。
在汉代，许多著作中就有关于“石胆能化铁为铜”的记载，晋代葛洪的《抱朴子内篇·黄白》中也提到了“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的现象。到了南北朝时期，人们更进一步认识到，不仅硫酸铜，其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景就说过：“鸡屎矾投苦酒中涂铁，皆作铜色”，这说明即使是不可溶的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜，经醋溶解后也能与铁发生反应。
到了唐末五代年间，水法炼铜的原理开始被应用于生产实践中，到了宋代，这一技术得到了进一步的发展，成为了一种重要的铜生产方法。水法炼铜，也称作胆铜法，其生产过程主要包括浸铜和收集两个环节。浸铜过程是将铁放入含有CuSO4·5H2O的溶液（俗称胆水）中，使铜离子被金属置换成单质铜并沉积下来；收集环节则是将置换出的铜粉聚集起来，再进行熔炼和铸造。
虽然各地的具体操作方法不尽相同，但总体上可以分为三种主要方法。第一种方法是在胆水产地就近根据地形挖掘沟槽，用茅草席铺底，将生铁碎块放入沟槽中，然后引入胆水进行浸泡。利用铜盐溶液和铁盐溶液的颜色差异，当溶液颜色改变后，将浸泡过的水排出，取出茅草席，沉积在席上的铜就可以收集起来，之后再引入新的胆水。只要铁未完全反应，就可以持续进行生产。第二种方法是在胆水产地设置胆水槽，将铁锻打成薄片放入槽中，使胆水浸没铁片，直到铁片表面形成一层红色铜粉，然后取出铁片，刮去表面的铜粉。这种方法虽然比第一种复杂，但通过锻打铁片增加其表面积，提高了铁与胆水的接触机会，从而缩短了置换时间，提高了铜的产量。第三种方法是煎熬法，将胆水引入铁制容器中加热煎熬，这样既可以是容器又是反应物。通过加热煎熬，胆水变浓，加速了铁和铜离子的置换反应，但这种方法需要燃料和专人操作，成本较高，因此宋代多采用前两种方法。
宋代对胆铜法中浸铜时间的控制有了更明确的理解，知道胆水浓度越高，浸铜时间可以越短；胆水越稀，浸铜时间则需要越长。可以说，在宋代已经形成了一套从浸铜方式、取铜方法到浸铜时间控制的完善工艺。
水法炼铜的优点在于其设备简单、操作方便，不需要使用鼓风、熔炼设备，在常温下就可以提取铜，节省了燃料，只要有胆水的地方就可以应用这种方法生产铜。
在欧洲，湿法炼铜的出现要晚很多。直到15世纪50年代，人们偶然发现将铁片浸入硫酸铜溶液中会在铁表面形成铜，但当时对此现象感到十分惊讶，并没有将其应用于炼铜过程。
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在汉代，许多著作中就有关于“石胆能化铁为铜”的记载，晋代葛洪的《抱朴子内篇·黄白》中也提到了“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的现象。到了南北朝时期，人们更进一步认识到，不仅硫酸铜，其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景就说过：“鸡屎矾投苦酒中涂铁，皆作铜色”，这说明即使是不可溶的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜，经醋溶解后也能与铁发生反应。
到了唐末五代年间，水法炼铜的原理开始被应用于生产实践中，到了宋代，这一技术得到了进一步的发展，成为了一种重要的铜生产方法。水法炼铜，也称作胆铜法，其生产过程主要包括浸铜和收集两个环节。浸铜过程是将铁放入含有CuSO4·5H2O的溶液（俗称胆水）中，使铜离子被金属置换成单质铜并沉积下来；收集环节则是将置换出的铜粉聚集起来，再进行熔炼和铸造。
虽然各地的具体操作方法不尽相同，但总体上可以分为三种主要方法。第一种方法是在胆水产地就近根据地形挖掘沟槽，用茅草席铺底，将生铁碎块放入沟槽中，然后引入胆水进行浸泡。利用铜盐溶液和铁盐溶液的颜色差异，当溶液颜色改变后，将浸泡过的水排出，取出茅草席，沉积在席上的铜就可以收集起来，之后再引入新的胆水。只要铁未完全反应，就可以持续进行生产。第二种方法是在胆水产地设置胆水槽，将铁锻打成薄片放入槽中，使胆水浸没铁片，直到铁片表面形成一层红色铜粉，然后取出铁片，刮去表面的铜粉。这种方法虽然比第一种复杂，但通过锻打铁片增加其表面积，提高了铁与胆水的接触机会，从而缩短了置换时间，提高了铜的产量。第三种方法是煎熬法，将胆水引入铁制容器中加热煎熬，这样既可以是容器又是反应物。通过加热煎熬，胆水变浓，加速了铁和铜离子的置换反应，但这种方法需要燃料和专人操作，成本较高，因此宋代多采用前两种方法。
宋代对胆铜法中浸铜时间的控制有了更明确的理解，知道胆水浓度越高，浸铜时间可以越短；胆水越稀，浸铜时间则需要越长。可以说，在宋代已经形成了一套从浸铜方式、取铜方法到浸铜时间控制的完善工艺。
水法炼铜的优点在于其设备简单、操作方便，不需要使用鼓风、熔炼设备，在常温下就可以提取铜，节省了燃料，只要有胆水的地方就可以应用这种方法生产铜。
在欧洲，湿法炼铜的出现要晚很多。直到15世纪50年代，人们偶然发现将铁片浸入硫酸铜溶液中会在铁表面形成铜，但当时对此现象感到十分惊讶，并没有将其应用于炼铜过程。
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