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你有没有想过 一千年前的化学工厂是什么样子?

 CBG资讯公众号 2020-08-19

工业革命的特点之一是将科学实验室技术转化为可行的工业流程。这通常被认为是一个典型的欧洲现象,是理性时代的产物,是以创业实业家的可重复的科学实验成果为基础。然而,考古调查显示,在一千年前,欧洲以外的地方,就已经有了类似的化学工厂。使用高温蒸馏来生成锌成为一种成功的生产工艺。这个化学工厂的诞生地在哪里?就在印度北部地区。

用传统的冶炼技术生产锌是相当困难的,锌的熔点相对其他金属比较低,在被置换出来后会在冶炼炉的底部聚集,成液态流动状。其沸点在913℃,炉底的高温会使其变成具有高活性的蒸汽,从炉顶排出,并迅速氧化,变成氧化锌。显然,如果要冶炼出锌,就需要一个特殊的技巧,使得这些高活性蒸汽避免接触空气,并以适当的方式变成锌的固体形态。而智慧的古人找到了一种巧妙的办法来解决这个问题。


冶炼炉中的多孔板

(来源:Chemistry World

最早的关于制备锌的描述,记载在印度的一本医学著作里。将含锌矿石和一系列相当奇特的有机成分一起放入一个黏土蒸馏器中,装满水并用炭火加热。在蒸馏的过程中,锌蒸汽被冷凝下来。再这之后的描述变得更为详细,反应器的形状像个茄子,锌矿石被实现打碎成小球,但仍使用有机成分。在中国明代的科技典籍《天工开物》中,也有关于冶炼锌的详细记载。

在十六世纪,当印度北部大部分地区被吸收进莫卧儿帝国时,一位大臣的所写的书里,记载了一个独特的矿山。这个矿山在今天的Zawar。从二十世纪开始,陆续报告发现了大量旧矿井和废墟。因此一个考古探险队来此进行考古调查。此次挖掘揭示了一个14世纪的完整的化学生产工艺遗迹。这里有7个主要区块,每个炉子包含36个蒸馏器,允许252个蒸馏器同时开火。据估计,每个蒸馏器每次可以生产约100-150克的金属,意味着每个炉区可以每天生产25-30千克的锌。后来,发现可以追溯到16世纪的改良炉区,其中包含108个较大的冶炼炉,可能每天生产约50千克的锌。有许多炉区同时工作,矿山的生产高峰期每天产量很可能达到数百公斤。


Zawar考古挖掘现场

(来源:Chemistry World

世界各地的传统工艺往往被认为是静态的,但在这里肯定不是。最早的可追溯的窑炉大约在一千年前,有手工制作的板材和冷凝器。后来的炉子,各种尺寸一直保持一致,显然有一个大型的加工工厂在大规模批量生产。虽然炉子还是单独制造,但是部件都必须符合精确尺寸规范。显然,矿山的管理部门主张标准化以提高整体效率。Zawar的矿山当然由国家监管。炉子可能是由个体户经营。工业工艺与实验技术的发展,必然是由于当地有独特的刺激诱导。印度北部缺乏锡矿,因此常见的铜合金是黄铜而不是青铜。早期的技术是将铜在密闭的坩埚中与锌矿石和木炭反应,效率非常低。而通过铜与锌金属混合制成的黄铜具有优异的质量,可以在生产中更好的控制,产品也更为纯净。因此冶炼锌工艺受到重视。

高科技的工艺需要培养高技术的操作工来保证稳定性。虽然中世纪期间Zawar的生产兴旺起来,但是在莫卧儿王朝入侵之后,中世纪后的印度政治条件逐步恶化,生产也随之衰落。最终,颇为遗憾的是,锌开始依赖进口,最初来自中国,后来从欧洲进口。具有讽刺意味的是,在1742年欧洲第一个可行的锌处理工艺获得专利时,这个专利几乎肯定是基于对印度制锌工艺的了解。长期以来被认为是锌的第一次工业化的产品,被卖给了真正的先驱者。

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