铁，他们是怎么做到的？第一部分，采矿

本周，我们将开始对前现代钢铁生产进行四个部分的考察。就像我们的农业系列一样，我们将沿着从矿山到成品的铁生产列车，无论是工具、盔甲、简单的钉子、武器还是其他物体。我想强调的是广泛的框架：铁被制成的东西不仅仅是剑(尽管剑是很酷的)。如果你在这里想知道如何从含铁的岩石变成一把剑，这些帖子会告诉你，但它们同样会让你从那些石头变成钉子，或者工人的锤子，或者锯片，或者锅，或者装饰性的铁螺旋，或者皮带扣，或者其他任何可能用铁制造的东西。

钢铁生产在一个关键方面是一个独特的话题。如果农民的问题是，人们对过去的普遍理解(无论是历史的还是幻想的)让他们实际上看不见-事实上，这往往会让大多数古代的生产形式看不见-钢铁加工是非常明显的，但在一系列几乎完全错误的主题中。铁在很常见的时候被视为稀有物质，在几乎可以肯定没有熔炉的社会里熔化；剑在应该锻造的时候铸造，淬火的方式会毁掉它们，而钢铁工人的工作被描绘成一项单独的活动，当钢铁加工的每一个阶段，无论是什么规模的时候，都是一个团队的工作(许多现代传统铁匠单独工作，通常是作为一种爱好；古代铁匠通常不这样做)。流行的描述是如此一贯的错误，以至于它甚至没有真正为更正提供坚实的基础。我们将不得不从头开始。

所以这第一个帖子将集中在采矿上。下周，我们将更详细地了解矿石加工、冶炼以及燃料的紧迫问题。接下来的一周，我们将看看锻造背后的基本原理。最后，在最后一周，我们会问，如果人们想要钢铁而不是铁，他们会怎么做。与农业岗位一样，很可能会有一些补充(至少有一个，肯定是伍兹钢材的)。在整个过程中，我们不仅要看这些物品的生产过程，而且还要看做这些产品的人。

与农业一样，这里有必要按地区和时间顺序提出警告：我对金属生产的研究(这比农业更重要，是我学术兴趣的核心)专注于罗马世界，或者更广泛地说，关注更广泛的地中海和欧洲的金属加工传统。有一些地方需要注意世界其他地方不同的方法或技术(例如，中国的早期铸铁，或者印度的伍兹钢)。同样，我将尽我最大努力捕捉中世纪金属加工技术的变化。我不会详细介绍现代钢铁和钢铁加工(即后工业革命)，尽管我偶尔会注意到它们有何不同(到目前为止，最大的不同是现代炼钢从相反的方向处理碳问题，采用的是去除碳的过程，而不是增加碳的过程)。

我还应该注意到，这个帖子的重点是炼铁(和炼钢)。铜和青铜，另一种主要的工具金属，有很大的不同(可能在某个时候会有它们自己的系列)！

一如既往，如果你喜欢你在这里读到的东西，请分享它；如果你真的喜欢，你可以在Patreon上支持我。如果你想在新帖子出现时更新，你可以点击下面的电子邮件更新，或者在Twitter(@BretDevaux)上关注我，以获得新帖子的更新，以及我偶尔对古代历史、外交政策或军事史的思考。

开头的参考书目注释：为了保持这些帖子的可读性，特别是因为我在这里没有脚注功能，我不会费力地在每个参考点引用所有内容，而是在整个系列的前面包括一个参考书目。对于那些希望对前现代钢铁生产过程有一个基本了解的初学者来说，我认为D.Sim&Amp；I.Ridge，the Iron for the Eagles：The Iron Industry of the Roman British(2002)提供了最好的全过程概述之一。关于锻造过程的技术细节，A.W.Bealer指出，“铁匠的艺术”(1969年)，尽管大部分相同的内容可以通过与传统铁匠的交谈来学习。霍奇斯，人工制品：早期材料和技术导论(1989)比较分散，但仍然有一些关于金属生产的有用信息。关于罗马采矿和冶金的文献虽然有些陈旧，但却很有说服力。特别值得注意的是(按出版顺序)J.F.希利，“希腊和罗马世界的采矿和冶金”(1978)；R.F.Tylecote，“欧洲早期冶金史”(1987)；R.Shepherd，“古代采矿”(1993)；P.Craddoc

与电子游戏相比，我有一个好消息告诉历史上的你：铁是地壳中第四种最常见的元素，约占我们可以开采的地球部分总质量的5%。现代工业每年生产--我指的是字面意思--10亿吨(和变化)的铁。铁与稀有正好相反，几乎所有主要的铁矿石都很常见。这就是关键所在。

从青铜(或铜)作为工具金属到使用铁的转变在历史上如此重要的原因之一是铁非常丰富。当然，铁也可以用来制造更好的工具和武器，但必须经过适当的处理：最初，铁的优势是它很便宜。现在，正如我们将看到的，虽然丰富的铁使它变得便宜，但加工的困难带来了技术问题；这就是为什么更罕见、通常也比适当的、加工硬化的、热处理的铁或钢差得多的铜和青铜被首先使用：更难找到，更容易加工。青铜的性能通常会超过非合金铁。我们将在接下来的几周里讨论铁加工的主要问题(它们是在加工过程中，而不是在采矿过程中)，但简而言之，铁的问题是它的熔点要高得多，而且铸铁在功能上是无用的。但让我们回到那些铁的来源。

非常少量的铁在地球上以纯“天然”金属的形式出现；为此，术语“陨石铁”准确地描述了它的来源(还有一个已知的天然“大地铁”矿床)；在实践中，这些铁源的总和实际上是铁时代社会将需要的铁量的舍入误差，因此“纯”铁可以被认为是一种有意义的铁源。

取而代之的是，基本上所有的铁都是从铁矿石中冶炼出来的，这需要大量的加工才能生产出纯金属。有相当多的铁矿，但并不是所有的矿石都能用古代或中世纪的技术进行有效的加工。最常用的铁矿石是赤铁矿(Fe2O3)，其次是针铁矿(HFeO2)和褐铁矿(FeO(OH)·nH2O)。较为罕见但仍在使用的是磁铁矿(Fe3O4)和菱铁矿(FeCO3)。所有这些都可以出现在大型岩石矿床中，但也可能以“沼泽铁”的形式出现，在酸性环境中(在沼泽和博客中)发生氧化，导致形成小块的富铁物质。这些矿石中的许多都可以被知道它们在做什么的人肉眼看到；赤铁矿可以是黑色到红棕色，但会留下(铁锈)的红色条纹；针铁矿的黑棕色也是相当容易辨认的，就像褐铁矿的烧黄橙色一样。本周和下周我们都会再来看几次这些矿石，因为虽然它们都可以提铁，但它们中的一些比其他的更容易提铁。

这里的一个区别是沼泽铁和矿床中的铁。沼泽铁是当地下水从铁矿中吸收铁，然后在酸性条件下氧化成块状铁矿物(针铁矿、磁铁矿、赤铁矿等)时形成的，通常是小块状的。沼泽铁更容易冶炼，因为它含有的杂质比岩石矿床中的铁矿石少，但沼泽铁可利用的铁的数量相对较少(尽管与矿山不同，沼泽铁实际上是可再生的；几十年后，随着生产沼泽铁的过程继续下去，可以再次从沼泽中收获铁)。由于产量较低，只有在产量相对较低的情况下，例如欧洲的前罗马铁器时代，或中世纪早期，沼泽铁往往才会成为铁供应的重要组成部分。

但我在这里首先要强调的是，虽然当地的铁矿石品种可能会因条件而异，但铁矿石非常普遍，在工业革命之前，通常没有必要进行长途贸易或运输，因为大多数地区都有矿藏。也有一些例外(日本是出了名的矿产贫乏--据我有限的地质学理解，这在火山岩建造中很常见--虽然日本确实有一些铁矿，但它们很少，而且相对较小)，但在大多数情况下，获得铁矿石并不难。正如我们将看到的，木材的可获得性实际上往往比矿石本身更紧迫地限制了铁矿石的开采，但这是下周的一个话题。

首先，我们必须把所有这些矿石从地下挖出来。在前现代时期寻找矿石通常是目视勘探的问题，寻找露头的矿石或在河床中寻找少量矿石，然后沿着溪流回到原生矿脉。同样清楚的是，迷信和占卜经常起作用；直到1556年，乔治亚斯·阿格利科拉(Georgius Agricola)还觉得有必要在他对找矿技术的描述中包括探矿，尽管他有很好的判断力。

一旦矿石被定位，采矿就倾向于跟随矿石，假设矿层是什么形状。对于矿脉中的矿藏，这通常意味着遵循矿脉本身通常不规则、弯曲的模式的挖掘竖井和走廊(如果矿床较浅，则为沟渠)。对于“层状”矿石(矿石不在矿脉中，而是整个矿层，通常是由侵蚀和沉积形成的)，这可能意味着“钟形坑”，即一个竖井被挖到矿层，然后用圆柱体将矿层提取出来，直到顶板变得不稳定，然后回填或坍塌，这一过程在附近重新开始。

当然，所有这些挖掘都必须手工完成。铁器时代的采矿工具(锄头、凿子、锤子)与现代的工具非常相似，工作方式也是一样的(有趣的是，与青铜时代的凿子形成鲜明对比的是，青铜时代的凿子是木芯周围的青铜鞘，而不是木轴上的金属镐)。

对于那些对于简单的肌肉力量和铁器来说太硬而无法清除的岩石，典型的权宜之计是“放火”，在现代引入炸药之前，这一直是清除坚硬岩石的标准技术。起火包括在裸露的岩石上建造一个燃料堆(通常是木头)，然后让它燃烧(通常是过夜)；热能破碎、破裂并软化岩石。当然，问题是，火灾将消耗所有的氧气，并释放出大量的烟雾，使工作无法接近活跃的火灾(甚至在火灾发生时在矿井内也是如此)。请注意，这一切都是关于破裂和破碎的效果，以及烘焙过程中的化学变化，而不是熔化岩石-当空气质量改善到可以加工起火岩石的程度时，它将是相当凉爽的。古代资料经常建议用醋而不是水来浇这些火，而且似乎有一些证据表明，这实际上会使岩石在事后更容易提取。

到了欧洲的铁器时代(因地而异，但往往始于公元1000年至公元600年)，我们在保存下来的矿山中看到的采矿复杂程度实际上是相当高的。虽然青铜时代的矿井往往保持在地下水位以上，但铁时代的矿井往往开采得更深，这就提出了通风和排水方面的各种令人兴奋的工程问题。深井可以用简单的斗管排干，但我们也看到了更复杂的排水方法，从罗马人使用螺杆泵和水轮，到中国人使用链条泵，至少从宋代开始。通风也是防止空气变得污浊的关键；通风井经常被挖出来，要么使用布扇，要么在出口处点燃篝火来强制流通。因此，当有理由深入挖掘时，采矿可能会变得非常复杂。水也可以用来辅助采矿，方法是将水引过矿藏，进入泄洪箱，在那里矿物被分离出来。这似乎主要是为了开采黄金和锡。

但我不想太深入地讨论这个问题，因为铁矿石开采中几乎没有使用过这种奇特的复杂性。还记得铁吗？这是一篇关于铁的帖子。你会记得，铁的最大优势是铁矿石相对丰富，这意味着很少有必要或值得建造复杂的采矿工程来开采它。只有非常丰富的矿石才会诱使前现代的矿工从事深层的地下铁矿开采；在大多数情况下，这根本不值得付出这样的努力。总有一天，我们可能会谈论金、银或铜的生产链，这值得我们努力建立复杂的排水和通风系统。

取而代之的是，通常在简单的露天矿或战壕(如果沿着浅矿脉)开采铁，使用的是生火和铁手工工具的混合。有一些更复杂的作品追逐特别丰富的铁矿石矿脉的例子；我的理解是，例如，大约在公元前15年左右，罗马人在诺里库姆的地下开采铁。但是罗马意大利的主要铁矿石开采地点，厄尔巴岛(据估计在共和国期间每年生产惊人的1000万吨矿石；Diodorus(5.13.1)报道说，冶炼厂的火灾是如此持续，以至于该岛最终被称为“烟雾岛”-Aethaleia-因为它总是笼罩在烟雾中)，正如希利(91)所指出的，它完全是露天开采的，除了一个小画廊。据我所知，所有时期的前现代铁矿大部分都是在露天(或“露天”)矿山进行的。这使得通风、排水或矿石开采等各种复杂的问题变得简单。这类大型铁矿可能有几千名工人从事这项工作，但较小的作业也很常见；

在古代地中海，资料来源的明确证据是，采矿是一种地位低下的职业，是被奴役的人、罪犯和真正绝望的人的职业。除了被送到磨坊工作之外，“被送到矿井”也是对奴隶的一种标准的可怕惩罚。

.