第147章 鐵礦開採與水力驅動

張居正在心中欽佩道：

「歷朝歷代，開疆拓土的功績何其多，可能讓天下百姓都吃飽飯，讓一個國家有綿延萬世的基礎，僅此而已。

不世之功，當如是。

上蒼對如何提高糧食產量已經講得很仔細了，只要我大明朝能將這些學問一一參透，將之效行於全國。

我大明的百姓們也終有一天能過上衣食無憂的好日子，國家諸多弊病也能有條件逐一破解。

變法勢在必行，只要天下民心在我大明，那些腐僚士紳必將在這大勢之下被連根拔起。

若是上蒼能再幫某一把，向天下人證明只有節制權貴，還富於民才能讓國家永遠強盛，那某就有機會再借大勢改變皇親宗室和貪官污吏掠富於民的大弊。

若不解決這個積弊的根本，天下就是有再多的財富都得被龐大臃腫的宗室和貪官掏空。」

……

【鐵器，伴隨著人類發展走過了漫長的歲月，也對人類文明有著無法替代的極廣泛作用。

但在近現代以前，鐵的開採和冶鍊並不容易。

以明朝舉例，洪武年間有歷史記載冶鐵量最高的一年是1847萬斤（明朝1斤約為596克，即9123噸左右）。

嘉靖年間大明冶鐵量達到頂峰，約為一年9600萬斤（換算后約為4.8萬噸）。

而後世中國在公元2023年的鐵產量為7101萬噸，粗鋼產量為萬噸，成品或半成品鋼材產量為萬噸。

（因為每年都有大量的廢鋼回收用於鍊鋼，這些廢鋼可以直接進入電爐或在轉爐中與鐵水混合鍊鋼，跳過了煉鐵環節，所以鋼產量比鐵還高。

2023年13億噸鋼材產量基本可以代表該年中國鋼鐵行業的生產總量。）

以萬噸為單位進行對比的話，明朝巔峰產鐵量僅有數萬噸，而後世卻是十三萬萬噸，而且是鋼材。

足可見古代鐵產量尤為稀少。

而明朝之前的朝代，鐵產量只會更少。

鐵器對於文明發展至關重要。

如果有技術，卻沒有鋼鐵將之轉化為國力，那一切美好設想也只能是空中樓閣。

如何提高產鐵量和鐵的應用，可以從三個方面入手。

其一，降低鐵礦開採難度。

其二，降低鐵礦石冶鍊難度。

其三，將鐵轉化為鋼，提高鐵的利用價值。

在古代，古人有多種辦法尋找鐵礦。

比如在發現某地上方出現紅褐色的赤鐵礦（即赭石）時，下面可能有大型鐵礦。

因為高品位的鐵礦石暴露於地表后被風化易形成赤鐵礦，所以看到地表有赭石分佈的區域，就有可能找到鐵礦。

又比如利用磁鐵檢查河流是否含有鐵砂，當上游存在鐵礦時，鐵礦石中的元素會隨著水流的搬運在水系沉積物中富集。

這種方法可以快速地對大面積的區域進行初步篩查，縮小找礦的範圍。

而要更進一步，更方便地尋找鐵礦，還可以將磁鐵改造成細小的磁針，用以製作精準的磁石指南針用於探測地下鐵礦的磁場，輔助確定鐵礦所在位置和礦脈的走向。

藉助火藥的爆炸威力，可以極大方便礦產開採，或者用於移除淺層礦產的覆土。

對於深礦開採，也可以使用經過三角結構加固后的井狀支護減少礦道坍塌的可能，提高安全性。

（礦道的通風和排水，古代都有自己的解決辦法，如利用山坡高低差開鑿通風口，使空氣自然流動；開鑿水槽水倉匯聚積水，再用轆轤放下水桶一點一點將水吊出來……

在沒有機械設備輔助的條件下，很難有更好的辦法完全解決。）

對於礦道內運輸鐵礦石，可以藉助軌道和礦車來提高礦石運輸效率。

可先行鑄造更為耐用的鐵質礦車，在礦車下方安裝四個鐵輪。

這些鐵質輪子要打造成凹字形。

這樣當礦車在軌道上輪動時，輪緣可以起到限制車輪橫向移動的作用，防止車輪滑出軌道外。

而軌道是兩條工字形，其頂面為略微凸起的弧形，比車輪稍窄的鐵質器物。

（天幕公布出礦車與軌道的詳細圖紙，如何連接鋪設軌道、兩者的具體長寬厚度等數值一目了然。）

有了軌道和礦車后，鐵礦石的運輸就只需要用少量的人力或畜力拉動，就能極大提高運輸效率，減少運輸成本。

礦工們便無需再用肩扛手提這種吃力的原始方式。

開礦能力有了，接著便是鐵礦石的破碎與雜質分離。

古時候鐵礦石破碎極為費力。

通常是將礦石放入舂臼中，再通過槓桿原理反覆抬起和落下金屬杵棒，利用杵棒下落的重力勢能對鐵礦石進行破碎。

但這樣的重複做功其實可以使用大型水車來代替。

條件是要有水流量充足的河流作為動力來源。

自古以來就有利用水車來碾米。

當水流衝擊水車的葉片或水槽，使水車在水流中轉動時，水車的軸就會獲得扭矩，從而產生動力。

水車軸旋轉的動力，可以通過連桿等簡單的機械結構轉化為杵棒的上下運動。

杵棒在水車驅動下反覆衝擊舂臼中的鐵礦石，便可使其一點點破碎。

只是水車的缺陷是，動力大小和做功快慢，取決於河流量的大小與流速快慢。

冬季河流進入枯水期時，水車可能就會陷入停工。

雨季洪澇時，水車有可能被河流帶來的雜物沖毀。

同時水車的力量上限取決於水車的規模大小，建造所需耗費可能比較大。

不過只要有條件合適的河流，水車必然比人力破碎礦石更為划算。

尤其水車的上下做功還可用於鍛造鐵器。

建造一群大規模的水車，便相當於建造了一處大規模的碎礦與鍛造工廠。

節省的大量人力便可用於從事更多的生產工作。

人力是有窮的，而物力則是無窮的。

科技永遠是第一生產力。

破碎之後的礦石就到了分離雜質的步驟。

將磁鐵套上一層質密的布料，便可將細小的鐵礦石顆粒吸附上來，從而分離出不含鐵或含鐵量過少的雜質。

後世也是藉助電力驅動的磁選機高效分離雜質的。

到了冶鍊步驟，則可以選擇熱量利用率較高，冶鐵量較大、較為高效的土法高爐煉鐵。】