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天工开物·中篇

燔石

  宋子曰:五行之内,土为万物之母。子之贵者,岂惟五金哉。金与水相守而流,功用谓莫尚焉矣。石得燔而成功,盖愈出而愈奇焉。水浸淫而败物,有隙必攻,所谓不遗丝发者。调和一物以为外拒,漂海则冲洋澜,粘则固城雉。不烦历候远涉,而至宝得焉。燔石之功,殆莫之与京矣。至于矾现五金色之形,硫为群石之将,皆变化于烈火。巧极丹铅炉火,方士纵焦劳唇舌,何尝肖像天工之万一哉!

  ○石灰

  凡石灰经火焚炼为用。成质之后,入水永劫不坏。亿万舟楫,亿万垣墙,窒隙防淫,是必由之。百里内外,土中必生可燔石,石以青色为上,黄白次之。石必掩土内二三尺,掘取受燔,土面见风者不用。燔灰火料煤炭居什九,薪炭居什一。先取煤炭泥和做成饼,每煤饼一层叠石一层,铺薪其底,灼火燔之。最佳者曰矿灰,最恶者曰窑滓灰。火力到后,烧酥石性,置于风中久自吹化成粉。急用者以水沃之,亦自解散。

  凡灰用以固舟缝,则桐油、鱼油调厚绢、细罗,和油杵千下塞念。用以砌墙石,则筛去石块,水调粘合。墁则仍用油灰。用以垩墙壁,则澄过入纸筋涂墁。用以襄墓及贮水池,则灰一分,入河沙、黄土二分,用糯粳米、羊桃藤汁和匀,轻筑坚固,永不隳坏,名曰三和土。其余造淀造纸。功用难以枚述。凡温、台、闽、广海滨石不堪灰者,则天生蛎蚝以代之。

  ○蛎灰

  凡海滨石山傍水处,咸浪积压,生出蛎房,闽中曰蚝房。经年久者长成数丈,阔则数亩,崎岖如石假山形象。蛤之类压入岩中,久则消化作肉团,名曰蛎黄,味极珍美。凡燔蛎灰者,执椎与凿,濡足取来,(药铺所货牡蛎,即此碎块。)叠煤架火燔成,与前石灰共法。粘砌成墙、桥梁,调和桐油造舟,功皆相同。有误以蚬灰(即蛤粉)为蛎灰者,不格物之故也。

  ○煤炭

  凡煤炭普天皆生,以供锻炼金石之用。南方秃山无草木者,下即有煤,北方勿论。煤有三种,有明煤、碎煤、末煤。明煤大块如斗许,燕、齐、秦、晋生之。不用风箱鼓扇,以木炭少许引燃,炽达昼夜。其傍夹带碎屑,则用洁净黄土调水作饼而烧之。碎煤有两种,多生吴、楚。炎高者曰饭炭,用以炊烹;炎平者曰铁炭,用以治锻。入炉先用水沃湿,必用鼓鞲后红,以次增添而用。末煤如面者,名曰自来风。泥水调成饼,入于炉内,既灼之后,与明煤相同,经昼夜不灭,半供炊爨。半供熔铜、化石、升朱。至于燔石为灰与矾、硫,则三煤皆可用也。

  凡取煤经历久者,从土面能辨有无之色,然后掘挖,深至五丈许方始得煤。初见煤端时,毒气灼人。有将巨竹凿去中节,尖锐其末,插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施拾取者。或一井而下,炭纵横广有,则随其左右阔取。其上枝板,以防压崩耳。

  凡煤炭取空而后,以土填实其井,以二三十年后,其下煤复生长,取之不尽。其底及四周石卵,土人名曰铜炭者,取出烧皂矾与硫黄。(详见后款)凡石卵单取硫黄者,其气薰甚,名曰臭煤,燕京房山、固安、湖广荆州等处间有之。凡煤炭经焚而后,质随火神化去,总无灰滓。盖金与土石之间,造化别现此种云。凡煤炭不生茂草盛木之乡,以见天心之妙。其炊爨功用所不及者,唯结腐一种而已。(结豆腐者用煤炉则焦苦。)

  ○矾石 白矾

  凡矾燔石而成。白矾一种,亦所在有之。最盛者山西晋、南直无为等州,值价低贱,与寒水石相仿。然煎水极沸,投矾化之,以之染物,则固结肤膜之间,外水永不入,故制糖饯与染画纸、红纸者需之。其末干撒,又能冶浸淫恶水,故湿疮家亦急需之也。

  凡白矾,掘土取磊块石,层叠煤炭饼锻炼,如烧石灰样。火候已足,冷定入水。煎水极沸时,盘中有溅溢如物飞出,俗名蝴蝶矾者,则矾成矣。煎浓之后,入水缸内澄,其上隆结曰吊矾,洁白异常。其沉下者曰缸矾。轻虚如棉絮者曰柳絮矾,烧汁至尽,白如雪者,谓之巴石。方药家锻过用者曰枯矾云。

  ○青矾 红矾 黄矾 胆矾

  凡皂、红、黄矾,皆出一种而成,变化其质。取煤炭外矿石(俗名铜炭)子,每五百斤入炉,炉内用煤炭饼(自来风不用鼓鞲者)千余斤,周围包裹此石。炉外砌筑土墙圈围,炉巅空一圆孔如茶碗口大,透炎直上,孔傍以矾滓厚罨。(此滓不知起自何世,欲作新炉者,非旧滓罨盖则不成。)然后从底发火,此火度经十日方熄。其孔眼时有金色光直上。(取硫,详后款。)

  锻经十日后,冷定取出。半酥杂碎者另拣出,名曰时矾,为煎矾红用。其中清淬如矿灰形者,取入缸中浸三个时,漉入釜中煎炼。每水十石煎至一石,火候方足。煎干之后,上结者皆佳好皂矾,下者为矾滓。(后炉用此盖。)此皂矾染家必需用。中国煎者亦惟五六所。原石五百斤成皂矾二百斤,其大端也。其拣出时矾(俗又名鸡屎矾)每斤入黄土四两,入罐熬炼,则成矾红。圬墁及油漆家用之。

  其黄矾所出又奇甚,乃即炼皂矾炉侧土墙,春夏经受火石精气,至霜降、立冬之交,冷静之时,其墙上自然爆出此种,如淮北砖墙生焰硝样。刮取下来,名曰黄矾,染家用之。金色淡者涂炙,立成紫赤也。其黄矾自外国来,打破,中有金丝者,名曰波斯矾,别是一种。

  又山、陕烧取硫黄山上,其滓弃地,二三年后雨水浸淋,精液流入沟麓之中,自然结成皂矾。取而货用,不假煎炼。其中色佳者,人取以混石胆云。

  石胆一名胆矾者,亦出晋、隰等州,乃山石穴中自结成者,故绿色带宝光。烧铁器淬于胆矾水中,即成铜色也。

  《本草》载矾虽五种,并未分别原委。其昆仑矾状如黑泥,铁矾状如赤石脂者,皆西域产也。

  ○硫黄

  凡硫黄,乃烧石承液而结就。著书者误以焚石为矾石,逐有矾液之说。然烧取硫黄,石半出特生白石,半出煤矿烧矾石,此矾液之说所由混也。

  又言中国有温泉处必有硫黄,今东海、广南产硫黄处又无温泉,此因温泉水气似硫黄,故意度言之也。

  凡烧硫黄石,与煤矿石同形。掘取其石,用煤炭饼包裹丛架,外筑土作炉。炭与石皆载千斤于内,炉上用烧硫旧渣罨盖,中顶隆起,透一圆孔其中。火力到时,孔内透出黄焰金光。先教陶家烧一钵盂,其盂当中隆起,边弦卷成鱼袋样,覆于孔上。石精感受火神,化出黄光飞走,遇盂掩住不能上飞,则化成汁液靠着盂底,其液流入弦袋之中,其弦又透小眼流入冷道灰槽小池,则凝结而成硫黄矣。

  其炭煤矿石浇取皂矾者,当其黄光上走时,仍用此法掩盖以取硫黄。得硫一斤则减去皂矾三十余斤,其矾精华已结硫黄,则枯滓逐为弃物。

  凡火药,硫为纯阳,硝为纯阴,两精逼合,成声成变,此乾坤幻出神物也。

  硫黄不产北狄,或产而不知炼取亦不可知。至奇炮出于西洋与红夷,则东徂西数万里,皆产硫黄之地也。其琉球土硫黄、广南水硫黄,皆误纪也。

  ○砒石

  凡烧砒霜,质料似土而坚,似石而碎,穴土数尺而取之。江西信郡、河南信阳州皆有砒井,故名信石。近则出产独盛衡阳,一厂有造至万钧者。凡砒石井中,其上常有浊绿水,先绞水尽,然后下凿。砒有红、白两种,各因所出原石色烧成。

  凡烧砒,下鞠土窑,纳石其上,上砌曲突,以铁釜倒悬覆突口。其下灼炭举火。其烟气从曲突内熏贴釜上。度其已贴一层厚结寸许,下复息火。待前烟冷定,又举次火,熏贴如前。一釜之内数层已满,然后提下,毁釜而取砒。故今砒底有铁沙,即破釜滓也。凡白砒止此一法。红砒则分金炉内银铜脑气有闪成者。

  凡烧砒时,立者必于上风十余丈外,下风所近,草木皆死。烧砒之人经两载即改徙,否则须发尽落。此物生人食过分厘立死。然每岁千万金钱速售不滞者,以晋地菽麦必用拌种,且驱田中黄鼠害,宁、绍郡稻田必用蘸秧根,则丰收也。不然火药与染铜需用能几何哉!

【译文】

  宋子说:在水、火、木、金、土这五行之中,土是产生万物之根本。从土中产生的众多物质之中,贵重的岂止有金属这一类呢!金属和火相互作用而熔融流动,这种功用真可以算是足够大的了。但是石头经过烈火焚烧以后也都有它的功用,而且越来越奇特。水会浸坏东西,凡是有空隙的地方,水都可以渗透,可以说水连一根头发大小的裂缝都不放过。但是,有了石灰这一类填补缝隙的东西,用它来填补船缝就能确保大船安全漂洋过海,用来砌砖筑城也能使城墙坚固。这种宝物,并不需要经过长途跋涉的艰苦努力就能得到。因此,大概没有什么东西比烧石的功用更大的了。至于矾能呈现出五色的形态,硫能够成为群石的主将,这些也都是从烈火中变化生成的。炼丹术可以说是最巧妙的了,然而,尽管炼丹术士唇焦舌烂地吹嘘,又怎能比得上自然力的万分之一呢!

  石灰

  凡是石灰都是由石灰石经过烈火煅烧而成的。石灰一旦成形之后,即便遇到水也永远不会变坏。多少船只,多少墙壁,凡是需要填隙防水的,一定要用到它。方圆百里之间,必定会有可供煅烧石灰的石头。这种石灰石以青色的为最好,黄白色的则差些。石灰石一般埋在地下二三尺,可以挖取进行煅烧,但表面已经风化的石灰石就不能用了。煅烧石灰的燃料,用煤的约占十分之九,用柴火或者炭的约占十分之一。先把煤掺和泥做成煤饼,然后一层煤饼一层石相间着堆砌,底下铺柴引燃煅烧。质量最好的叫做矿灰,最差的叫做窑滓灰。火候足后,石头就会变脆。放在空气中会慢慢风化成粉末。着急用的时候洒上水,也会自动散开。

  石灰的用途有很多,它能与桐油、鱼油调拌后同时加上舂烂的厚绢、细罗,则可以用来塞补船缝;用来砌墙时,则要先筛去石块,再用水调匀黏合;用来砌砖铺地面时,则仍用油灰;用来粉刷或者涂抹墙壁时,则要先将石灰水澄清,再加入纸筋,然后涂抹;用来造坟墓或者建蓄水池时,则是一份石灰加两份河沙和黄泥,再用粳糯米饭和猕猴桃汁拌匀,不必夯打便很坚固,永远不会损坏,这就叫做三和土(按原文称谓)。此外,石灰还可以用于染色业和造纸业等方面,用途繁多而难以一一列举。大体上说,在温州、台州、福州、广州一带,沿海的石头如果不能用来煅烧石灰,可以寻找天然的牡蛎壳来代替它。

  蛎灰

  海滨一些背靠石山面临海水的地方,由于成质的海浪长期冲击,生长出一种蛎房,福建一带称为“蚝房”。经过长时间积累而形成的这种蚝房可以达到几丈高、几亩宽,外形高低不平,如同假石山一样。一些蛤蜊一类的生物被冲入像岩石似的蛎房里面,经过长久消化就变成了肉团,名叫“蛎黄”,味道非常珍美。煅烧蛎灰的人,拿着椎和凿子,涉水将蛎房凿取下来(药房销售的牡蛎就是这种碎块儿),去肉后,将蛎壳和煤饼堆砌在一起煅烧,方法与烧石灰的方法相同。凡是砌城墙、桥梁等工程,将蛎灰调和桐油造船,功用都与石灰相同。有人误以为蚬灰(即蛤蜊粉)是牡蛎灰,是因为没有考察客观事物的缘故。

  煤炭

  煤炭各地都有出产,供冶金和烧石之用。南方不生长草木的秃山底下便有煤,北方却不一定是这样。煤大致有三种:明煤、碎煤和末煤。明煤块头大,有的像米斗那样大,产于河北、山东、陕西及山西。明煤不必用风箱鼓风,只需加入少量木炭引燃,便能日夜炽烈地燃烧。明煤的碎屑,则可以用干净的黄土调水做成煤饼来烧。碎煤有两种,多产于江苏、安徽和湖北等地区。碎煤燃烧时,火焰高的叫做饭炭,用来煮饭;火焰平的叫做铁炭,用于冶炼。碎煤先用水浇湿,入炉后再鼓风才能烧红,以后只要不断添煤,便可继续燃烧。末煤呈粉状的叫做自来风,用泥水调成饼状,放入炉内,点燃之后,便和明煤一样,日夜燃烧不会熄灭。末煤有的用来烧火做饭,有的用来炼铜、熔化矿石及升炼朱砂。至于烧制石灰、矾或者硫,上述三种煤都可使用。

  采煤经验多的人,从地面上的土质情况就能判断地下是不是有煤,然后再往下挖掘,挖到五丈深左右才能得到煤。煤层出现时,毒气冒出能伤人。一种方法是将大竹筒的中节凿通,削尖竹筒末端,插入煤层,毒气便通过竹筒往上空排出,人就可以下去用大锄挖煤了。井下发现煤层向四方延伸,人就可以横打巷道进行挖取。巷道要用木板支护,以防崩塌伤人。

  煤层挖完以后,如果用土把井填实,二三十年后,煤又会重生,取之不尽。煤层底板或者围岩中有一种石卵,当地人叫做铜炭,可以用来烧取皂矾和硫黄(在下文详述)。只能用来烧取硫黄的铜炭,气味特别臭,叫做臭煤,在北京的房山、固安与湖北的荆州等地有时还可以采到。

  煤炭燃烧的时候,煤质全部烧完,不会留下灰烬,这是自然界中介于金属与土石之间的特殊品种。煤不产于草木茂盛的地方,可见自然界安排得十分巧妙。如果说煤在炊事方面还有不足之处的话,那它仅仅是不适合用于做豆腐而已(用煤炉煮豆浆,结成的豆腐会有焦苦味)。

  矾石白矾

  明矾是由矾石烧制而成的。白矾到处都有,出产最多的是山西的晋州和安徽的无为州等地,它的价钱十分便宜,同寒水石的价钱差不多。然而,当水煮开之后,将明矾放入沸水中溶化并用它来染东西时,它就能够固结在所染物品的表面,使其他的水分永不渗入。所以,制蜜饯、染画纸、染红纸都要用到明矾。此外,用干燥的明矾粉末撒在患处,能治疗流出臭水的湿疹和疱疮等病症,因此也是皮肤科急需的药品。

  烧制明矾时,先挖取矾石,用煤饼逐层垒积再行烧炼,烧制的方法与烧石灰大体相同。等到火候烧足的时候,让它自然冷却,再放入水中进行溶解。再将水溶液煮沸,当看见有一些俗名叫做“蝴蝶矾”的东西飞溅出来之时,明矾便可算制成功了。煮浓之后,要装入缸内澄清。上面凝结的一层,颜色非常洁白,叫做吊矾;沉淀在缸底的叫做缸矾;质地轻如棉絮的叫做柳絮矾。溶液蒸发干之后,剩下的便是雪白的巴石。经方药家煅制后用来当做药的,叫做枯矾。

  青矾 红矾 黄矾 胆矾

  皂矾、红矾、黄矾,都是由同一物质变化而来,性质却各不相同。先收取五百斤煤炭外层的矿石子(俗名“铜炭”)放入炉内,将一千多斤煤饼(不必鼓风就能燃烧的那种煤粉,因此名叫“自来风”)放在铜炭周围并包住这些矿石。在锅炉外修筑一个土墙绕圈围着,在炉顶留出一个圆孔,孔径好像茶碗口大,让火焰能够从炉孔中透出,炉孔旁边用矾渣盖严实(不知是从什么时候开始有的矾渣。奇妙的是,凡是起新炉子,不用旧渣掩住炉孔就会烧不成功),然后从炉底发火,大概估计这炉火要连续烧十天才能熄灭。燃烧时炉孔眼不时会有金色光焰冒出来(后文将详细叙述具体如何取硫),煅烧十天以后,等待矾石都冷却了这才取出。其中半酥碎的另外挑出,名叫“时矾”,用来煎炼红矾。将矿灰样的精华部分放进缸里,用水浸泡约六个小时,把它过滤后再放入锅中煎炼,要将十石水熬成一石水,这才说明火候够足。等水快干时,上层结成的是优质的皂矾,下层便是矾渣了(下一炉用另外一只孔)。这种皂矾是印染业所必需的原料,整个中国制矾的也不外五六家。大概每五百斤石料可以炼出二百斤皂矾来。另外挑出的“时矾”(俗名又叫“鸡屎矾”),每斤加进黄土四两,再入罐熬炼,便成红矾了。泥水工和油漆工经常用到这两种矾。

  至于黄矾的出现就更加奇异了。在每年春夏炼皂矾时,炉旁的土墙因为吸附了矾的蒸气,到了霜降与立冬相交的季节,土墙干冷,矾便析出来就好像淮北的砖墙上生出火硝一样,刮取下来,便是黄矾了,染坊经常会用到它。如果金色太淡了,把黄矾涂上去放在火上一烤,立刻就会变成紫赤色。此外,还有外国运来的黄矾,打破以后中间会现出金丝来,名叫波斯矾,这是另外一个品种。

  山西、陕西等地烧硫黄的山上,随地丢弃废渣两三年后,其中的矾质经过雨水的淋洗溶解后流到山沟里,经过蒸发也能结成皂矾。这种皂矾,取用或拿去出售时就不必再炼了,其中色泽美丽的,听说还可以用来冒充石胆。

  石胆又叫做胆矾,产自陕西省隰县等地。胆矾是在山崖洞穴中自然结晶的,因此它的绿色具有宝石般的光泽。将烧红的铁器淬入胆矾水中,铁器会立刻现出黄铜的颜色。

  明朝李时珍的《本草纲目》中虽然记载了矾有五类,但并没有区别它们的来源和关系。昆仑矾好像黑泥,铁矾好像赤石脂,都是西北出产的。

  硫黄

  硫黄是由烧炼矿石时得到的液体经过冷却后凝结而成的,过去的著书者误以为硫黄都是煅烧矾石而取得的,就把它叫做矾液。事实上,煅烧硫黄的原料,有的是来自当地特产的白石,有的是来自煤矿的煅烧矾石,矾液的说法就是这样混杂进来的。又有人说中国凡是有温泉的地方就一定会有硫黄,可是,东南沿海一带出产硫黄的地方并没有温泉,这可能是因为温泉的气味很像硫黄而猜想到的吧。

  烧取硫黄的矿石与煤矿石的形状相同。煅烧硫黄的大致步骤是:先用煤饼包裹矿石并堆垒起来,外面用泥土夯实并建造熔炉。每炉的石料和煤饼都有千斤左右,炉上用烧硫黄的旧渣掩盖,炉顶中间要隆起,空出一个圆孔。燃烧到一定程度,炉孔内便会有金黄色的气体冒出。预先请陶工烧制一个中部隆起的盂钵,盂钵边缘往内卷成像鱼膘状的凹槽,烧硫黄时,将盂钵覆盖在炉孔上。硫黄的黄色蒸气沿着炉孔上升,被盂钵挡住而不能跑掉,于是便冷凝成液体,沿着盂钵的内壁流入凹槽,又透过小眼沿着冷却管道流进小池子,最终凝结而变成固体硫黄。

  用含煤黄铁矿烧取皂矾,当黄色的蒸气上升时,也可以用这种方法收取硫黄。得硫一斤,就要减收皂矾三十多斤,因为皂矾的精华都已经转化为硫了,剩下的枯渣便成了废物。

  火药的主要原料是硫黄和硝石,硫黄是纯阳,硝石是纯阴,两种物质相互作用能引起爆炸,产生巨大的声响,这真是自然界变化出来的奇物。北方少数民族居住的地方不出产硫黄,或者也有可能是有硫黄出产而不会炼取。新式枪炮出现在西洋与荷兰,这说明由东往西数万里,都有出产硫黄的地方。但是所谓琉球的土硫黄、广东南部的水硫黄,却都是一种错误的记载。

  砒石

  烧砒霜的原料好像泥土却又比泥土硬实,类似石头但又比石头坚脆,向下掘土几尺就能够获取到。江西信郡(今天的上饶地区)、河南信阳一带都有砒井,因此砒石又名信石。近来生产砒霜最多的则是湖南衡阳,一间工厂的年产量,能有达到上万斤的。砒井中,常常积有绿色的浊水,开采时要先将水除尽,然后再往下凿取。

  砒霜有红、白两种,各由原来的红、白色砒石烧制而成。烧制砒霜的时候,先在下面挖个土窑堆放砒石,在上面砌个弯曲的烟囱,然后把铁锅倒过来覆盖在烟囱口上。在窑下引火焙烧,烟便从烟囱内上升,熏贴在锅的内壁上。估计累计达到约有一寸厚时就熄灭炉火,等烟气已经冷却,便再次起火燃烧。这样反复几次,一直到锅内贴满砒霜为止,才把锅拿下来,打碎锅而剥取砒霜。因此接近锅底的砒霜常留有铁渣,那是锅的碎屑。白砒霜的制作方法只有这一种,至于红砒霜,则还有在冶炼含砷的银铜矿石时,由分金炉内析出的蒸气冷结而成的。

  烧制砒霜时,操作者必须站在风向上方十多丈远的地方。风向下方所触及的地方,草木都会死去。所以烧砒霜的人两年后一定要改行,否则就会须发全部脱光。砒霜有剧毒,人只要吃一点点就会立即死亡。然而,每年却都有价值千百万的砒霜畅销无阻,这是因为山西等地乡民都要用它来给豆和麦子拌种,而且还用它来驱除田中的鼠害;浙江宁波绍兴一带,也有用砒霜来蘸秧根而使水稻获得丰收的。不然的话,如果砒霜仅仅是用于火药和炼铜方面,那又能用得了多少呢!