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配制火药的关键性原料硝石，自春秋末至唐代，人们对硝石和硫磺的产地分布、药物特性和化学特性已有较为深入的认知和研究，比世界其他国家和地区至少要早1200～1500年，这正是火药在中国发明的根本原因。
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1．对硝石和硫磺产地的认知
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硝石在采用人工方法开采以前，成天然分布状态，大多产于适合其生成条件的地方，以中国古代“陇道”和“蜀道”所经之甘肃和四川等地所产为多，此外还有青海、山西、河北、内蒙古等地。这些产地逐渐被中华先民所了解和记载。据春秋末（约公元前6世纪）的《范子计然》曾说“消石出陇道”、“石流磺出汉中”〔41〕。虽然至今尚有人对其书的问世年代和作者有不同的说法，认为《范子计然》可能是秦汉时期（前公元221～公元220年）的人托名计然之作。即便如此，也说明中国至迟在秦汉时期已经知道硝石（即消石）和硫黄（即石流黄）的产地陇道和汉中。陇道是先秦时期甘肃与四川之间的交通网，由甘肃地区的阴平道、西狭道和四川地区的金牛道、阴平道四川段，以及陈仓道、褒斜道、傥骆道、米仓道等组成，史家又统称它们为陇蜀道。汉代以后许多论及医学及本草学的典籍，都雄辩地证明陇蜀道所经过的不少地方都是产硝之地。
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南朝梁医学家陶弘景（456～536年）在《名医别录》中明确地记有“消石……生益州及武都”〔42〕等地的明确记载。
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唐朝的药物学家苏敬等23人，于唐显庆四年（659年）编写成世界上第一部官修药典《新修本草》，药典中列举了益州（古益州包括今四川大部和云、贵、陕、甘、青之一部）、武都（今属甘肃）、西羌（今青海大通）和汶山郡（今川北茂州羌族自治县）等产硝之地〔43〕。
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在火药已经发明并付诸军用后，宋元明的学者对此问题研究仍在继续进行。北宋的马志等人所著的《开宝本草》、南宋李心传所著的《建炎以来朝野杂记》以及明李时珍所著的《本草纲目》等书，则更为详细地论列了硝石的许多产地。若将明以前历代所记载的硝石产地标绘于一图（如图3.1所示），便足以证明先民对产硝之地的记载是确凿可信的。
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自明朝至今，陇蜀地区的陇西、武都、甘肃皋兰山和四川江油市等地的产硝、用硝之事，不但见于诸多的文献记载，而且还发现了古硝矿的开采遗址，有的还作了勘查报告，其中江油古硝矿遗址的发现，更成为一处不可多得的历史见证。
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江油地处古陇蜀道的交汇地，是由甘肃至成都的必经之地，乾隆以后的一些古籍和地区志都有开采江油硝矿的记载。
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《大清会典》卷八九四乾隆二十年（1755年）记载：“江油县有硝洞八，无碍田产，请行开采。”此记载表明，当时清军在平定大小金川之战中所用的硝石，大多采自江油。
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《梓潼县志》（乾隆四十五年修订）记载：“江油县老君山朝阳洞产硝，乾隆二十年开采，归江油邑就近汇办。”
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《龙安府志》（道光二十年修订）记载，硝出江油朝阳洞、大兴洞二处，每年煎付小河营（清四川松潘镇驻军所辖兵营）使用。
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明初设置的松潘卫和永宁卫（治所分别在今四川松潘和叙永）距江油不远，出土的洪武十一年（1378年）由永宁卫军器局所制火铳使用的火药，也与江油硝矿所产的硝石有关。
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2003～2004年，北京市文物工作者与绵阳市、江油市，组织考察组考察，发现江油市重华镇老君山有多处古硝矿遗址，以及流传多年的制造烟火的工艺。2005年，该处已被国家文物局批准为自然文化遗产保护单位。上述文献记载和古硝洞开采遗址的发现（如图3.2所示），表明江油很可能是中国古代火药的发源地之一。
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与硝石相比，硫磺产地的分布要广泛得多。《太平御览》所说的硫磺产地汉中（今陕西南郑），地处古蜀道中米仓道北端的起点，其南至四川巴中（今巴中县），与江油同在陇蜀道交通网上。硫磺除汉中地区外，其他地方也多有分布。大约在西汉时期，人们在湖南、山西、河南等地也发现了硫磺的产地。《淮南子·本经训》中有“流黄出而朱草生”之说。东汉时期的文学家、科学家张衡在《南都赋》的“赭垩流黄”之句中也提到了硫磺。《名医别录》中称硫磺产于太行、河西、东海牧牛山谷中。《本草经集注》说硫磺生于北徐州（今山东临沂一带）、箕山（今河南开封南），以及湖南等地。《图经本草》说硫磺出南海诸番、广南及荣州（今四川荣县、威远）等处。《魏书》和张华的《博物志》则说新疆的博乐、伊宁、乌鲁木齐东也出产硫磺。
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2．对硝石和硫磺医药特性的研究
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据《史记·扁鹊仓公列传》的记载，秦末汉初的太仓公淳于意（公元前215年～？年）说：“菑川（今山东临淄）王美人怀子而不乳，来召臣意，臣意往……即饮以消石一剂”，结果药到病除，乳汁涌出。
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长沙马王堆汉墓于1973年出土的帛书“五十二病方”中，有用硝石治病之方：“稍（硝）石直（置）温汤中，以洒痈”〔44〕，即可用来治疗痈疽之病。据专家考证，此方约问世于《黄帝内经》成书之前的战国期间，抄录于秦汉之际，说明当时已有医家用硝石作为医治疡痈的药剂。
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甘肃武威的旱滩在1972年11月，发现了一批东汉（公元25～220年）早期的医学简牍，共92片，有涉及针灸、内科、外科、小儿科、妇科等30多个方剂，所列药品有100味之多，分属动物、植物和矿物三大类，硝石为所用16种矿物药材之中〔45〕。
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在东汉问世的《神农本草经》中，把365种药物分成三类；硝石被列为上品无毒药材之第6种，尊为君，主养命；硫磺被列为中品毒性较小药材之第2种，称作臣，主养性；将毒性剧烈的药材列为下品，称佐使，有125种，主治病〔46〕。
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由于医家们对硝石配制药剂治病的功效作了神话式的宣传，说用汞（水银）炼丹，“与硝服之，三十年，返如童子”；又说用朴硝“能化七十二种石，炼饵服之，轻身如仙”，用硝石“炼之如膏，久服轻身”。这类宣传正中梦想长生久视、永远主宰人间的帝王们的下怀。于是他们便倡导炼丹，乃至走火入魔。然而多年炼丹的结果，并没有出现服用仙丹而长生不死的奇迹。不过炼丹家的实验活动并没有完全白费，正是由于他们在炼丹时发生的灾祸中，发现了硝石和硫磺、含碳物质合炼时发生的燃爆现象，人类才因此而发明了火药。
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3．对硝石和硫磺化学特性的研究
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正是这种研究，使炼丹家得出了硝石、铅、水银等为阴性药物（是指色泽晦暗，品性好伏不动，不易燃烧，生于山阴水旁和寒冷之地的药物）和硫黄、雌黄、雄黄等为阳性药物（是指色赤黄或青绿，见火易飞，容易燃烧和易于升华，生于山阳之地的药物）的结论，并在阴阳化合理论（即取阴阳之髓，发天地造化之功，水火相济之力）的基础上发明了火药。记载这类研究的实验甚多。