青銅采冶業(yè)是從石器加工和燒制陶器的生產(chǎn)實踐中漸漸被認識而產(chǎn)生的。人們在尋找石料和加工的過程中,逐步識別了自然銅與銅礦石。例如有一種銅礦石,顏色碧綠,其斷面的紋理與孔雀的羽毛相似,很是艷麗,所以人們稱它為孔雀石。它在巖石堆中極易被人發(fā)現(xiàn)。這種孔雀石含銅量高,其含銅品位可達 10—20%或更高。這是一種氧化礦,只要同木炭放在煉爐中進行冶煉,加熱到 1000℃稍高一些,就可以煉出銅來。它又常常與自然銅一起出現(xiàn),并與銅銹有類似的顏色,因此孔雀石很可能是人們最早用于冶煉的銅礦石。在燒制陶器的過程中積累起來的豐富經(jīng)驗,為青銅的冶鑄業(yè)提供了必要的高溫知識、耐火材料、造型材料與造型技術(shù)等條件。例如龍山文化中黑陶和白陶的燒陶溫度均與銅的熔點接近。當(dāng)時使用陶模具制作泥坯和印制花紋等技術(shù)與鑄銅的模具功能有相似之處;冶鑄用的熔爐、水色、型范等都是陶質(zhì)的用具。煉銅用的木炭也與燒陶所用的燃料是一致的。
考古工作提供的資料說明,凡是發(fā)現(xiàn)古代采礦、冶煉遺址的附近,幾乎都有同時期居民聚落遺址。因此,人們在制作石器時,為尋找原料而出沒于這些山丘時,如果一旦認識了自然銅與孔雀石等銅礦石,那么采掘這些金屬原料就成了他們的新工作。
最早的采礦業(yè)是從地表挖掘開始找礦的。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)礦脈或礦帶向深部延伸的規(guī)律時,人們創(chuàng)造了從地面向地下挖掘豎井,并由豎井底部向四周開拓巷道以尋找礦石和采掘礦石的方法。今天,人們依據(jù)巷道的形狀,分為平巷、斜巷等等。有時人們在巷道中發(fā)現(xiàn)深部還有礦石,于是又從巷道中向下挖豎井,這種井并不直接通向地面,所以人們稱之為盲井。用這種方法采掘,一般在井巷中用木質(zhì)的框架作支護,以防止周圍巖石坍塌。他們用榫接或搭接法制作的框架,有效地承受了巷道的頂壓、側(cè)壓和底壓,可以確??酉虏删蛉藛T的生命安全和采掘工作的順利進行。使用這種方法可以從地面下較深的地段掘取礦石。這比起露天采礦省工省時,是一個進步。從湖北大冶銅錄山、江西瑞昌銅嶺等地發(fā)現(xiàn)的商周采礦遺跡看到,露天采礦與坑采這兩種方法均已采用。當(dāng)然,從礦區(qū)河流中夾帶的沙石中淘洗出銅礦也是一個途徑,此時大概也已被掌握。
目前發(fā)現(xiàn)的商周古銅礦遺址,大多分布在火成巖與大理巖的接觸帶上。因為接觸帶內(nèi)的巖石破碎,比較容易采掘。又因大氣降水和淋濾作用,地表面的銅元素在接觸帶中相對集中,出現(xiàn)了銅品位自上而下逐漸富集的現(xiàn)象,形成氧化礦富集帶。這種條件使它成為古代先民理想的采銅場所。這里的礦石,主要是孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦等,都屬氧化礦。深部往往有自然銅。大冶的銅錄山,顧名思意,是銅綠色的山丘之意。那里每當(dāng)大雨過后,表面就暴露出許多綠色的孔雀石的碎塊,俯拾皆是。因此,它的銅資源在很早以前就被人們開發(fā)利用,目前在 11 號礦體和 7 號礦體的 2 號點出現(xiàn)的采礦遺跡,被認為是西周時期或更早的遺存。
江西瑞昌的銅嶺古礦址內(nèi),發(fā)現(xiàn)了商代和西周時期的采礦遺跡,出土了與采礦有關(guān)的許多遺物。銅嶺古礦遺址和銅錄山古礦址一樣,礦井中都有當(dāng)時工匠們所做的木質(zhì)的方形框架。他們每隔 1 米左右就在井巷中設(shè)置一付,嵌入坑壁??蚣艿耐鈧?cè)有的襯以壁板或席子(靠木棍將席子別?。?。據(jù)發(fā)掘現(xiàn)場觀察,井巷中的支護設(shè)施雖有變形者,但未見一處坍落或損壞,說明它們達到了預(yù)期的目的。當(dāng)時,有的靠豎井垂直地向深部挖掘,也有的從豎井底部向四周開拓巷道去尋找礦石。用這種方法采礦,可從離地表一二十米深的地方掘取礦石,并從井巷中提升到地面。工匠們使用的工具還很原始,主要是石斧、石鑿及木鏟、木鍬、木錘等等,裝載用具有竹筐、竹簸箕等。當(dāng)時已初步解決了采礦中的通風(fēng)、排水、提升等技術(shù)。人們利用井口高低所產(chǎn)生的氣壓差來調(diào)節(jié)下部的空氣,確保采礦人員在坑下作業(yè)時對氧氣的需求。人們用繩索和木轆轤將礦石與地下水從豎井中提升到地面,同時將支護用的方形木框等材料運至坑下,使巷道的開拓隨礦脈不斷延伸。為確保雨水不流到井中,井口還搭有棚蓋。凡此等等,反映了當(dāng)時的采礦技術(shù)已達到一定水平。
當(dāng)時冶煉銅礦石的方法,是將礦石與木炭放在冶煉爐中進行冶煉。由于這些礦石是氧化礦,因此這種冶煉被稱作氧化礦還原熔煉。雖然目前只發(fā)現(xiàn)春秋時期的煉銅豎爐,商與西周時的煉爐尚未見到。但是,經(jīng)過模擬實驗證明,春秋時期的冶銅豎爐冶煉性能很好,能持續(xù)加料,持續(xù)排渣,間斷放銅。春秋時期的冶銅技術(shù)是在商代與西周時期的冶銅技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的,從出土的商代與西周銅器數(shù)量之多,用銅量之大,或許說明當(dāng)時的冶銅業(yè)還是比較發(fā)達的,因此有理由認為,商代與西周的冶煉水平也是不低的,衡量冶煉水平高低很重要的一點是煉渣中的含銅量的多少。因為礦石中所含的二氧化硅(SiO2)的含量越高,爐渣粘度就越大,渣的流動性也差,渣中所含的銅也越多。但若加上熔劑,或進行配礦,則可使?fàn)t渣的粘度降低,排渣時的流動性能也好,冷凝時呈薄片狀。由于這些地點的礦體是銅鐵金屬伴生礦,所以爐中的鐵礦石在高溫下生成的氧化亞鐵與二氧化硅結(jié)合,減低了爐渣內(nèi)二氧化硅的含量、粘度降低,爐渣的流動性能好,冷凝后成了薄片狀,渣中含的銅也就減少了。春秋時期,冶煉過程中已經(jīng)掌握了配礦技術(shù),使渣中的含銅率降至 0.7%,這是冶煉水平較高的一個表現(xiàn)??赡苓@種配礦技術(shù)在西周時期已經(jīng)出現(xiàn)了。
據(jù)統(tǒng)計,已出土的商代和西周時期的鑄有銘文的青銅器,有上萬件之多,沒有銘文的銅器更數(shù)倍于此數(shù)。商代與西周時期,若無發(fā)達的采礦與冶煉業(yè)是不可能提供如此大量的銅金屬原料的。