多维视野下的清代黔铅开发
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第三节 清代黔铅采冶技术及其特征

矿产资源的储量与分布、矿石的类型与品位、矿山开采及矿石冶炼的技术与工艺均与矿业发展密切相关,这些因素是决定矿业兴衰的前提和基础。因此,了解清代黔铅的资源状况与技术条件不可或缺。

一 矿石与品位

明代宋应星《天工开物》载:“凡产铅山穴,繁于铜、锡。其质有三:一出银矿中,包孕白银,初炼和银成团,再炼脱银沉底,曰银铅矿。此铅云南为盛。一出铜矿中,入炉炼化,铅先出,铜随后,曰铜山铅,此铅贵州为盛。一出单生铅穴,取者穴山石,挟油灯寻脉,曲折如采银矿,取出淘洗煎炼,名曰草节铅。此铅蜀中嘉、利等州为盛”,此外还有钧脚铅、杂铜铅、阴平铅等。宋应星:《天工开物》下卷《五金》。可见,明末,人们关于铅矿石的认知已经较为丰富。据夏湘蓉等研究,古代文献所说的草节铅就是方铅矿(含铅86.6%),银矿铅应指含银方铅矿,而铜山铅指一种多金属石英脉矿床中的铅矿石,这类矿床中所含金属矿物成分有方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、孔雀石及蓝铜矿等。夏湘蓉、李仲均、王根元编著《中国古代矿业开发史》,地质出版社,1980,第278~280页。

也就是说,明清时期云贵地区炼铅所用矿石多为方铅矿或含银方铅矿,这也可以从清代贵州铅矿厂的记载中得到证明。如乾隆九年(1744)贵州总督张广泗引用雍正五年贵州巡抚何世基奏称:“威宁府属阿都厂附近之白蜡、羊角、柞子等处产有银矿,前据厂民蔡隆吉、邓子泰等恳请,移硐就课。”乾隆九年[月份不详]四日,贵州总督兼管巡抚事张广泗《题恳准开厂裕课便民事》,《内阁大库档案》,编号:000096542。但雍正八年,贵州巡抚张广泗提报此三厂抽课情况时称,一年内“抽收柞子厂课银二万七千七十四两三钱九分一厘零,抽获炉底铅课变价银四千七百八十七两九钱八分六厘,尚存厂未变课铅四千四百一十四斤。又羊角厂课银二百六十五两零,炉底铅课变价银一十九两九钱七分八厘。”户科史书:雍正八年正月二十九日,总理户部事务和硕怡亲王允祥等题,引自《清代的矿业》,第319~320页。此三厂当时因产银设立,理应抽收课银,然“炉底铅课变价银”及“存厂未变课铅”表明,此三厂银铅并产,所采应为含银方铅矿。康熙末年,贵州威宁府属猴子、腻书、阿都等银厂,除抽课银外,也抽炉底课铅雍正七年十二月十三日,贵州巡抚张广泗《为会堪威宁等事》,《明清档案》:A42-21。,所产矿石应与白蜡、羊角、柞子相同。再如乾隆十四年封闭的新寨黑铅厂,据乾隆十二年(1747)厂民刘万兴禀报,“新开黑铅矿多系浮面矿砂采取易尽,所出银铅逐月减少”乾隆十四年四月二十日,大学士兼管吏部户部事务傅恒《题覆贵州威宁州属大化里新寨地方白铅矿厂出产白铅甫经试采旋即衰微浮矿业已采尽应准封闭事》,《内阁大库档案》,档号:NO 000102637。。可见,清代贵州铅厂所采矿石基本为含银方铅矿。

我国单质锌的记载见于明代后期,称倭铅。明末宋应星《天工开物》中记载:“凡倭铅,古书本无之,乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成,繁产山西太行山一带,而荆、衡为次之。”宋应星:《天工开物》下卷《五金》。据夏湘蓉等研究,古代文献所说的炉甘石即菱锌矿(smithsonite ZnCO3,含锌量52.1%),也可能包含异极矿,主要产于硫化多金属矿床的氧化带中。夏湘蓉、李仲均、王根元编著《中国古代矿业开发史》,第280~281页。可见,明清之际,炼锌主要以菱锌矿石为原料,清代贵州也不例外,这可以从民国时期对黔西北铅锌矿的调查予以证实。1940年,汪允庆调查黔西北铅锌矿,见“前人遗弃荒堆中之锌矿,为紫、黄、白各色之菱锌矿与闪锌矿”。汪允庆:《叙昆路沿线矿产调查报告(二)》,经济部矿冶研究所编《矿冶半月刊》1940年第4卷第7~16期。1942年,唐八公调查贵州威宁一带铅锌矿,“在一般旧隧道中偶然能捡得色泽如银,解理清晰之方铅矿,至锌矿则多为菱锌矿,闪锌矿较不多见”。唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。

关于清代贵州铅锌矿石品位,文献记载较少。乾隆四十七年(1782),云贵总督富纲因遵旨复查湖南会同县民林卓范京控案,委派云南迤东道道员特昇额亲赴柞子厂,“督令带去炉户将挖出矿砂亲自试煎,每炉用矿砂四千五百斤,煎炼一昼夜,炼获黑铅六百三十六斤,……又试一炉,获铅六百四十五斤”乾隆四十七年九月二十四日,云贵总督富纲奏《奏为查审复奏事》,《宫中档乾隆朝奏折》第53辑,第135~137页。。推算每百矿石斤可炼出铅14斤。据乾隆十年贵州总督张广泗奏请增加官购余铅价格时称:“查得莲花厂开采多年,硐深矿淡,……每矿一百五十斤,掺用本厂旧矿一百斤,每日每炉烧罐一百二十个,每罐烧铅一十二两,共用矿二百五十斤,……。查得砂硃厂开采年久,矿山距厂十六七里,硐深质淡,每罐出铅只八九两,每煎铅百斤需用矿三百五十斤。”乾隆十年五月初七日,贵州总督张广泗《题为贵州白铅不敷供铸请以乾隆十年三月为始增价收买余铅以济运解事》,中国第一历史档案馆藏,档号:02-01-04-13868-010。据此推算,在当时“矿淡”的情况下,莲花厂矿石百斤仍可炼锌36斤,砂硃厂矿石百斤仍可炼锌28.57斤,那么两厂初开之际,每百斤矿石可炼出的锌应该更多。乾隆四十二年(1777),贵州巡抚觉罗图思德奏报新开白铅厂时称:“今新寨厂矿砂甚旺,业已设炉五十座,每日每炉出铅一百七八十斤,……。月亮岩矿质比新寨较薄,设炉一十二座,每日每炉出铅七八十斤。”乾隆四十二年十一月十五日,贵州巡抚觉罗图思德《奏为新开铅矿已著成效仰祈圣鉴事》,《宫中档乾隆朝奏折》第41辑,第5~7页。按每炉用矿250斤推算,新寨厂、月亮岩厂每矿百斤分别可炼锌70斤和30斤。

由于清代铅锌冶炼技术的原因,遗留矿渣中还存在一定的铅锌,以致民国时期黔西北铅锌冶炼基本以清代旧矿渣为原料。1940年,汪允庆到柞子厂调查,化验清代遗留的老铅渣中的铅含量为6.44%,老矿洞中的菱锌矿石中锌含量为35.66%;当地炼铅“每炉每用铅渣千八百公斤,用焦炭四百五十公斤,每日晨昏出铅各一次,每日约二十八公斤。据说昔日开原矿砂炼铅时,每日可出铅四次,每次约六十公斤”;炼锌每炉用锌渣230公斤,产净锌17.5公斤。汪允庆:《叙昆路沿线矿产调查报告(二)》,经济部矿冶研究所编《矿冶半月刊》1940年第4卷第7~16期。1942年,唐八公到威宁妈姑一带考察黔西北铅锌矿业,新发厂炼铅,每炉两班,“每班五担约三箩”,焦煤“三百五十斤”,“每班平均得铅四十五斤”;炼锌“每一火需用矿渣一百二十斤,合两担”,“佳矿渣每炉可得四十余斤,通常约二三十斤,……。至旧时每矿能获八十斤至一百斤至佳矿石,今已不可多得矣”。唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。结合两人的调查结果,民国时期黔西北用旧渣炼铅锌,每铅渣百斤可出铅3.6~7.5斤,每锌渣百斤可出锌7.6~10.4斤。但是,即使到民国时期,因技术和工艺问题,在冶炼过程中仍有大量铅白和锌白流失。如唐八公言:“据此次调查,锌质受氧化作用,成为锌白之数量,至少占全数三分之二。”唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。如将铅白和锌白考虑在内,清代贵州矿渣中的铅锌含量应该更高。至于汪、唐二人提及的“老矿洞中的菱锌矿”“昔日原矿”及“旧时佳矿石”,推算铅锌品位分别为31.2 %和37.5 %,其时间可能在清末或民初,当时已属罕见。

抗战前夕,贵州省政府曾对黔西铅锌矿业进行调查,并检测过这一区域铅锌矿石的品位,铅矿石的品位在40.4%~59.2%,平均品位接近47%;锌矿石品位在26.3%~50.1%,平均品位41%。据京滇公路周览会贵州分会宣传部编印《今日之贵州》之《贵州矿产纪要》(1937)制作。一般而言,在开采技术和冶炼工艺不变的情况下,矿石平均品位会随开采时间的增加而逐渐降低,商民经营状况因生产成本增加而恶化,以致产量下降。如上述乾隆四十七年柞子厂每铅矿石百斤可炼铅14斤,然该厂设立于雍正五年,至乾隆四十七年已开采长达55年。因为铅矿石的平均品位已经严重下降,故在乾隆四十六年(1781),政府将“向例余铅全归官买”,改为“官买四十斤,通商四十斤”《大清高宗皇帝实录》卷一千一百四十二,乾隆四十六年十月,贵州巡抚李本奏。,通过市价与官价之差改善商民经营状况,以提高柞子厂铅产量。由此推知,清代贵州铅锌矿的品位应该高于民国时期的品位。

二 矿山开采

清代贵州铅锌矿的勘探,现存资料很少。乾隆四十一年(1776),贵州巡抚裴宗锡奏称:贵州“向来原有随处刨挖得矿者,缘本地民彝,鲜识引苗,复无外来殷实客商,力能出资开采,故黔省矿硐旋开旋闭”朱批奏折:乾隆四十一年八月十二日,贵州巡抚臣裴宗锡《奏为筹请广采山矿以补民生仰祈圣训事》,引自《清代的矿业》,第336页。又见裴宗锡《滇黔奏稿录要》,第271~274页。。因缺乏探矿技术,随意开挖,故矿厂旋开旋闭。乾隆后期,檀萃《黔囊》中称:“威宁多铅厂,商民开矿,视其命运。”檀萃:《黔囊》,《小方壶斋舆地丛钞》第七帙。嘉庆时,李宗昉《黔记》中亦有相似的记载。李宗昉:《黔记》卷四。可见,探矿知识缺乏是清代黔铅开发的一大问题,导致矿厂持续时间普遍不长,大多开采几年后,就因“硐老山空”而被迫封闭。道光时期《滇南厂矿图略》总结勘探矿苗时称:“矿藏于内,苗见于外,是曰闩引”,并列出憨、铺山、竖生、磨盘、跨刀、大等六类闩引及对应的矿床状况,这些闩引“唯老走厂者能辨之”吴其濬:《滇南厂矿图略》卷一《云南矿厂工器图略·引第一》,《续修四库全书》第800册,上海古籍出版社,2013,第137页。下文在论述清代贵州矿山开采技术时,因贵州资料缺乏,引用当时云南会泽者海矿山厂资料予以说明,该厂距离清代黔铅矿区中心直线距离不超过100公里,两地铅锌矿采冶技术应差别不远。。清代黔铅矿厂应有类似之人。

至于矿山开采,文献记载较为形象。康熙二十六年至三十年任贵州巡抚的田雯,在其《黔书·凯里铅》中记载:“取之者,清平凯里香炉山之阳有穴焉,深可二三丈,再深则倍之。于是躧其墏,勘其牖,捶其堑,而后影见焉。或仰以升,或俯以缒,伛偻焉,手与膝并也;籧篨焉,足与凥张也。又虞土之崩也,木度搘之;火之迷也,松肪照之,而后铅获焉。”田雯《黔书》下《凯里铅》。此段文字对矿井的开凿、防护、照明、运输等开采过程均有涉及,但因记载简略,仅能确定当时贵州铅矿开发通过人工开凿矿井,坑道中用木材支撑以防垮塌,以松脂照明,由人工运送矿石出井。

嘉庆时期,赵雷生曾赋诗曰:“黔阳旧产铅,黑白有二钟;深谷潜韫藏,高山森巃嵸;开辟烦五丁,混沌现窦孔;两手持斧凿,两足拨荒茸;一火衔口内,闪烁微风动;曲折入幽深,岩窟泉溶溶;破顶下水车,雪珠天半湧;暵其洞中泥,燦似沙裹汞。”赵雷生:《铅厂》,张应昌编《清诗铎》卷二十五《采矿·采铜铅铁》,中华书局,1960,下册,第929页。赵雷生嘉庆七年(1802)至九年(1804)任贵州镇宁州知州民国《镇宁县志》第二卷《职官志·知州》。,诗中所言“黔阳”应泛指贵州,而非湖南黔阳县。其因有三:首先,清代湖南东南部的郴州、桂阳州产铅锌,未见沅州府黔阳县产铅的记载,而贵州安顺府镇宁州邻近水城、威宁,此二处是清代黔铅的主产地;其次,诗中还言“上者运神京”,应指黔铅京运;最后,赵雷生任镇宁知州之际正值黔铅衰落,作者将其归咎为管理不善,故有感而发。因此,此诗所言铅厂是指黔铅矿厂,黔阳乃是贵州的泛称。此诗的第三至第七句形象地描绘了黔铅坑道开采的大致情形,“开辟烦五丁,混沌现窦孔”反映出黔铅仍然凿矿取矿,坑道“曲折入幽深”说明开采时间较长,而“一火衔口内,闪烁微风动”表明坑道不但仍以油脂燃灯照明,而且具有一定的通风能力,至于“岩窟泉溶溶”反映出因坑道深入地下,渗水、积水情况较为严重,而“破顶下水车”说明当时利用水车清理坑道积水。

其实,在赵雷生之前已有关于矿硐被淹及排水方面的记载。乾隆五十三年(1788),贵州巡抚李庆棻奏称:“黔省福集、莲花二厂,……,日形支绌。查厂产不旺之故,实缘开采已久,槽峒日深,且挖取时遇山泉,常需雇工淘水,工费更增。”《大清高宗皇帝实录》卷一千三百十一,乾隆五十三年八月[日期不详],贵州巡抚李庆棻奏。矿硐积水须用将积水排干,以便继续开采。嘉庆十五年(1810),贵州巡抚鄂云布称:“因该(莲花)厂硐道深远,最浅最近之处亦有百十余丈始抵矿槽,深及地泉,时多积水,一遇春夏大雨时行,硐水不能车戽,须俟秋杪始能动车,冬底方可戽干,计一年之内仅有两三月施工,实属限于地利,非人力所能补苴。”朱批奏折,嘉庆十五年八月二十四日,贵州巡抚鄂云布《奏为黔省妈姑福集两厂开采年久出铅短缩以致缺铅情形恭折奏闻仰请圣恩俯准减额另筹子厂赡运事》,引自《清代的矿业》,第339~340页。可见,受排水影响,当时贵州矿山的开采时间每年仅有几个月而已。时人李宗昉亦言:“威宁多铅厂,旧矿产铅不旺,且每岁夏时中多积水,车戽之费较昔日增。”李宗昉:《黔记》卷四。如道光八年(1829),贵州福集厂“新发、白岩子厂,夏间雨水过多,峒被淹,招丁车水,需费不少,炉户倍形疲乏”,因此户部奏请减课一成抽收,缓解厂民困境《大清宣宗皇帝实录》卷一百四十八,道光八年十二月丙寅,谕内阁嵩溥奏请暂减课铅成数一折。。可见,至清代后期,因黔铅开采年久,坑道深远,积水、渗水时有发生,影响坑道作业,是导致黔铅衰落的重要因素。

道光时期的《滇南厂矿图略》中载有关于矿山坑道的开凿、照明、通风、排水、运输等方面的工具、用法及所用人工情况,借此可了解清代西南矿山的开采技术。兹摘引如下:


硐第二

闩引既审而后可得矿矣。凿山而入,隧之中,或九达焉,各寻其脉,无相侵越,故记硐。

硐之器第三

曰槌:一以铁打,如日用铁槌,而形长七八寸,木为柄,左右持尖,而右手持槌,一人用之;一以铁铸,形圆而稍扁,重三四五斤,攒竹为柄,则一人双手持槌,一人持尖。

曰尖:以铁为之,长四五寸,锐其末,以籘横篐其梗,以籍手。

曰錾:铁头木柄,各长有尺,形似铁撬。

曰麻布袋:形如搭裢,长四五尺,两头为袋,塃硖皆以此盛用,则一头在肩,而一头在臀,硐中多伏行也。

曰风柜:形如仓中风米之箱,后半截硐中,窝路深远,风不透入,则火不能然,难以施力,或晴久不则太燥,雨久则湿蒸,皆足致此,谓之闷亮,设此可以救急,仍须另开通风。

曰亮子:以铁为之,如镫盏碟,而大可盛油半斤,其柄长五六寸,柄有钩,另有铁棍,长尺,末为眼,以受盏钩,上仍有钩,可挂于套头上,棉花搓条为捻,计每丁四五人,用亮子一照。

曰竜:或竹或木,长自八尺以至一丈六尺,虚其中,径四五寸,另有棍,或木或铁,如其长,剪皮为垫,缀棍末,用以摄水上行,每竜每班用丁一名,换手一名,计竜一条,每日三班,共用丁六名,每一竜为一闸,每闸视水多寡,排竜若干,深可五六十闸,横可十三四排,过此则难施。

用第八

曰镶木:土山窝路,资以撑拄,上头下脚横长二三尺,左右两柱高不过五尺,大必过心二寸,外用木四根,谓之一架,隔尺以外曰走马镶,隔尺以内曰寸步镶。

患第十三

曰闷亮:初开之硐,窝路独进,风不能入,火遂不然,必须另开硐口,俾其窝路交通,名曰通风,兼置风柜扇风进内,暂可救急,年久之硐窝路深远,亢旱则阳气燥烈,久雨泽阴气湿蒸,皆有此患,待交节候,为期不过数旬。

曰有水:外而入者为阳水,或边箐涧,或逼江河,无法可治之矣。内而生者为阴水,金水相生,子母之义,有水之矿呈分方高,小则皮袋提背,大则安竜递扯,然竜至十余闸后,养丁多费,每致不敷工本,得能择地开办,水洩槽硐,方为久远之计。

曰盖被:初开之时,不为立规,硐如筛眼,一经得矿,竞相争取,既虑滋事,硬硖窝路,尚白无妨,若是松塃,势必覆压矣。吴其濬:《滇南厂矿图略》卷一《云南矿厂工器图略》,《续修四库全书》第800册,上海古籍出版社,2013,第137~146页。


上文所引材料表明,清代中后期,云南矿山开采仍由矿工用槌、尖、錾等工具沿矿苗凿硐取矿,矿石亦由矿工用麻布袋背运而出;坑道照明借以油灯,与嘉庆年间赵雷生所言贵州矿硐相似;土质坑道内用口字型木支架支撑以防塌方;用人力风柜扇风以解决深层坑道内缺氧及空气浑浊问题,坑道过深则必需另开通风巷道;坑道排水用竜,利用竜内外气压差将底处的水提升至高处,其原理与现代的压压井相似,通过纵向接竜,推算最大提水高程可达200米左右,还可并排置竜,以提高提水效率。前文所引嘉庆十五年贵州莲花厂“最浅最近之处亦有百十余丈始抵矿槽”,坑道深度已经超出竜的最大提水高程,这可能是采用水车戽水的原因之一。因为水车工作原理是用人力踩踏以提水,只要厂地、人力、工具、资金等条件满足即可实施,可以逐级提升,提水高程几乎不受限制。

清末民国时期西南矿区的实地调查材料,即矿业技术近代化以前的记载,对了解清代贵州矿山开采技术亦有一定帮助。民国二年(1913),日本矿业技术山口义胜受聘到云南东川调查矿业,之后根据考察结果编成《调查东川各矿山报告书》发表,其中有关于会泽矿山铅锌厂的内容。据山口所言:“开坑采矿之法如前所说,专沿袭开山以来之古法,如大撑子之裕国及兴宝二硐,坑道既远延,而坑夫之往返,及矿石之运搬,均极不便,……惟目下开坑者,依然墨守旧法,自山之坡面斜下而凿之,奚见其可也。……此矿山亦可谓知矿床探掘,惟尚未真知开坑穴之适法也”;矿山厂开矿仍循古法,人工凿洞取矿,“毁岩不用火药”;坑道内部狭小,“支柱内之断面,高三尺八寸至四尺,冠木下副二尺四寸至二尺八寸,坑底三尺八寸至四寸五分”;坑道以木支架防护,“坑道全场垂四十里,而其全长均以支柱保持之,支柱所用木料,末端径三四寸至五六寸,其结构各从常式,以冠木及两侧脚木成之,其材概系松木,支柱接合之法虽复杂,而工作失于粗率,各材均不适合,要之,此来之结合法对磐压功力已少,况用材且细小乎,是宜择简易之结合法,冠木及脚木之构材,以平均五寸五分之间隔,互相列置于磐面之间,盖以松木薄片”;坑道运输,“矿石之运搬,专用十四五岁以下之少年,负一小布袋(容积约一二桶)于其臀骨上,垂头屈腰,凭矿山特有之杖(一尺三四寸之圆棒,其端紧插半月形片,以便把持),且憩且行,一日仅一往复已”。至于“通风之法,为此矿山所最留意者。裕国、兴宝二硐坑道互相并列,到坑奥处互相连络,故坑道之风自由流通,灯火为之倾动。然此通风并非全依前记之二坑口并列之效力,却因别有一通风旧坑也。此旧坑距裕国及兴宝二硐,其硐口下方垂直约二百尺内外,坑内情况,即因此二百尺内外空气柱之疏密轻重(与坑内同高空气柱)于坑内起空气之流动,此理须一思之。麒麟厂二坑穴,亦因通风坑内互相连络,然二坑口在同一水准,失通风之原理,故通风不良,如斯通风真理,将来此二硐坑道愈延长,必愈分明”。〔日〕山口义胜:《调查东川各矿山报告书》,连载于《云南实业杂志》第2、3卷,1913~1914。从以上记载可见,民国初年云南会泽矿山铅锌厂的采矿仍用古法,坑道绵长狭小,以树木支架防护坑道垮塌,利用旧硐或新开槽硐专门通风。虽然安全性不高,但传统采矿技术在坑道防护和通风方面已有相应的措施。

1942年,唐八公赴黔西北调查铅锌矿业,言妈姑一带“开凿时,纯赖钢赞、铁锤击碎母岩及矿脉,向无用炸药者,致一遇坚岩,时间人力,两多浪费,此应急需改良,盖矿藏不能深入,难及主脉,实一缺点。……,然每日由十人至二十人之工作力,进入不过五尺左右,效率低微”;“选矿之工作,在目前矿区中,亦只限于掘渣者之旧渣而已,严格言之,不能谓之选矿也。此种职务,即由簸土工人担任。在簸土时,已将旧渣加以分类,此则全凭经验之工作,颇不易易,故工资亦较高”。唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。可见,民国时期,贵州铅锌矿亦由人工凿洞取矿,不用炸药,选矿全凭经验,与云南会泽矿山厂一样,均为传统采矿技术。

三 冶炼技术

关于清代贵州铅矿冶炼的记载,最早见于康熙中期。田雯《黔书·凯里铅》记载:“其质铅,其状石也,于是舂之连、机之锥、淘之麦、冲之河、炙之栗、林之炭、镕之洪、冶之炉,庶几其成矣。”田雯:《黔书》下《凯里铅》。这段史料涉及清代贵州都匀府清平县凯里县丞所属香炉山铅矿石冶炼中的碎矿、洗矿、选矿、烧结和冶炼等方面内容,田雯于康熙二十七年至二十九年任贵州巡抚,该书所载应较为可信,可惜太过简略。

1942年,唐八公考察妈姑一带铅锌矿业时,所见“炼铅炉为直槽半圆式,用白砂制砖制成之酸性炉,高约三公尺,直径约一公尺,三面砌厚砖,倚立于工作室之外墙,向外一面,用宽砂板,可以上下移动,便于清楚积渣。砂板下部,有活动小门一,熔渣随时由此流出,在炉底基地上,另凿一小槽,以细砂白泥,铺底击坚,铅质凝重,即下落此砂窝中凝固,但亦有堕至砂槽下部之土内者,后壁有孔,达于工作室内之风箱上,俾鼓风入炉,以助燃烧”。其冶炼程序:“先将焦煤自炉顶加入,在炉内燃烧,再加矿渣,以后每加焦煤二铲,即加矿渣三四铲,如是交替加入,至一相当时期,则将炉底小门凿通,令熔融浮渣流出后,复用细砂封塞。此种浮渣,为矿石杂质与焦煤等混合之凝结物,因比重较少,乃在上层流出,所有之溶质铅,则已落入炉底之砂槽中矣。”唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。但因炉口外露,炉口和外壁形成大量铅白,无法回收,导致冶炼成本增加,且影响健康。

至于锌的冶炼,道光中期,遵义人郑珍曾经曲靖到东川,去过罗平卑块白铅厂和会泽者海白铅厂,并赋诗《者海铅厂》三首,其一曰:“竃甬边炉宿,煤丁倚石炊;妻儿闲待养,乔罐死犹随”,其后注:“铅炉以乔计,三罐为一乔,罐以铁为之,长二尺许,死者多以废罐砌墓,视之如蜂房然。”郑珍著,黄万机等点校《郑珍全集》第六册《巢经巢诗钞·前集》卷三,上海古籍出版社,2012,第93页。可见,当时云南炼锌用乔罐,用铁制成,长约二尺。《滇南厂矿图略》言:“曰铅,即白铅也,用瓦罐炼成,闻其中亦有银,交阯人知取之之法,而内地不能也。”吴其濬:《滇南厂矿图略》卷一《云南矿厂工器图略》,《续修四库全书》第800册,上海古籍出版社,2013,第139页。用瓦罐炼锌以代替铁罐,可能出于降低成本考虑,但言当时内地人无法从锌矿石中提炼银却甚为武断,因为早在康雍时期,黔铅矿厂已从方铅矿石中提炼铅锌及银。

民国二年,日本矿业技师山口义胜考察云南东川矿业,会泽“矿山厂亚铅(锌)矿之制炼工场散在四处,蒸馏炉共七座,其他上江及下江两处约有炉二百座云。……蒸馏炉以土砖或剥石筑造炉室,为长方形于横断面,分其室为上下二段,上广而下狭,下狭部以横壁分画为多数之矩形分室,炉底两侧有数个空气孔,空气由空气孔,更经前记之分室升炉之上部,以上之横隔壁为蒸馏坩埚之架台,此壁上则列置三个之坩埚。坩埚用粘土制成细长形,坩埚中填充矿石之法颇为特别,容矿石及石炭粉约十三斤,其容量三分之二为矿石,除三分之一为石炭粉。坩埚装入矿石及石炭粉调和物,其一侧悬所置之贯针,使其尖端密著内壁,而投以小量炭粉及粘土调合之烧粉,以作蛤贝状之斜盖,然后拔贯针,使接内壁处留扁豆形一孔,此孔即供挥发亚铅之放逸,其贝状盖即为蒸馏亚铅之凝聚处,其坩埚顶上则别加盖焉。所列置坩埚于分壁上坩埚之间,埋以上记之特制燃料,炉之两侧,置特制燃料之矩形块,以为补壁,后更以特征燃料之烧炉粉,盖蔽各坩埚,以薄粘土水装刷其上面,防空气之漏洩,如是则坩埚之盖,与装入燃料之上盖,为同平面,坩埚盖稍离中心,而开坩埚之一小部分(前记扁豆状孔之直上部分)为诱起蒸馏亚铅之发散。既装入毕,亚铅蒸发之蓝色焰,则自坩埚一侧上升,炉盖完成后,约经三小时,其盖全面坩埚,与坩埚之间,各穿空气孔,以助炉内空气之流动,使火气旺盛,此等空气孔,迨挥发作用之终,而开放(约一小时)挥发亚铅凝结,而满于坩埚者,移之于铁器中,铸入烧调合燃料之砂型,而为粗亚铅”。〔日〕山口义胜:《调查东川各矿山报告书》,连载于《云南实业杂志》第2、3卷,1913~1914。可见,当时会泽矿山厂采用的是典型的蒸馏法炼锌,工艺已相当纯熟,以煤炭为主要燃料。

贵州炼锌技术与云南相似。1940年,唐八公赴黔西北调查铅锌矿业,所见“炼锌炉为长方平台式,用土砖砌成槽形,长度四五公尺不定,视锌罐上之多寡而异。炉高一公尺,宽亦如之,槽底设泥质承格,每一承格上置锌罐三个,使罐底之接临面减少,增高热力。在每格之左右,均有风门,俾空气流入,起对流作用而增强燃烧力,在炉之一端,设土制浅槽,矿石先盛于此,令烘脆易于击碎。三罐(坩埚)为一排,每十至十二个为一列,故全炉实有三十至三十六个锌罐,此种砂质陶罐作圆锥形,由专制窑商售于炉主,购来后重经炼锌工人在罐口加一高约二十公分之泥圆口,迨将矿石盛满,则在内侧倒置一中凹之泥质夹层,夹层旁留一月牙形之出口,以备高热时通气出口”。其工作程序:“首将预制之黄泥和以细煤之煤块烧红,平铺炉底(此种煤块系以碎煤渣与黄土各三分之一相合,制成饼状,烘干备用),次将已准备好之砂罐(烘脆之矿石击碎,盛入罐中,并制好泥夹层),移置承格上罐盖与罐口间,除月牙口外,悉用泥封固,用块状干煤砌好,令彼此相依。然后用碎煤塞满罐间空隙,仅留罐口在煤面上约五公分高,此时即用烧锌师父用铁棒在罐间之煤上凿一小孔,于是火焰冲出而发火矣。当发火后约二小时,矿石仍因高热而起升华现象,此升华之锌质,其一部受罐盖冷凝影响,遂凝积于盖底或下堕于泥夹层之中凹处,粲如白银,又一部分逸出罐外,集于罐口之口周,成纯洁白粉末状之氧化锌。在发火不久,火焰之色随锌质氧化程度而变,初作浅蓝,继作纯青,再转白色,光极强烈若镁光,迨氧化力衰减,又由绿而红而黄,此际氧化作用已弱,矿石中锌质已罄,可以收锌矣。工人即由观望光焰,而定其程序之完成。”唐八公:《贵州西部铅锌矿业之调查》,《西南实业通讯》1942年第6卷第2期。观唐八公调查,黔西冶炼锌的过程和技术,与山口调查会泽矿山厂大致相同,当时滇黔地区采用典型的蒸馏法炼锌,工艺已相对完善。

这一炼锌法,始见于明末《天工开物》记载:“每炉甘石十斤,装载入一泥罐内,封裹泥固,以渐砑干,勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火锻红,罐中炉甘石熔化成团,冷定毁罐取出,每十耗其二,即倭铅。”宋应星:《天工开物》下卷《五金》。前文已有论述,炉甘石即菱锌矿,是明清之际炼锌的主要原料。道光年间,郑珍诗注“铅炉以乔计,三罐为一乔”,正是滇黔地区炼锌所用坩埚,三罐一排,如蜂窝状。至清末民国山口义胜、唐八公调查所见,炼锌依然采用“熔化—冷凝”的蒸馏法。300余年,滇黔地区一直沿用传统的冶炼方法,其工艺并未出现明显的改进。锌的熔点较低,蒸馏法炼锌的重点是对冷凝后锌的收集,如飘逸出坩埚外,与空气发生氧化,则形成无法利用的“锌白”。唐八公调查妈姑地区炼锌时所见,锌白比例很高,表明当时炼锌的回收率过低。