鋁，曾比金子還貴重

木華

曾經(jīng)有一段時(shí)期，鋁是比黃金還貴重的金屬。在法國(guó)皇帝拿破侖三世的宴會(huì)上，只有王室成員和貴族來賓才能榮幸地用鋁匙和鋁叉進(jìn)餐，而地位較低的客人只能使用普通的金制和銀制餐具。拿破侖三世為顯示自己的富有和尊貴，還令人為他制造了一頂比黃金冠更名貴的王冠———鋁王冠。

“危險(xiǎn)金屬”一度令金銀貶值

古代歷史學(xué)家普利尼講過一個(gè)驚人的故事。大約兩千年前的一天，一個(gè)陌生人來拜見羅馬皇帝泰比里厄斯，獻(xiàn)上一只金屬杯子，杯子像銀子一樣閃閃發(fā)光，但是分量很輕。這個(gè)人說，這種新的金屬是他從黏土中提煉出來的。

泰比里厄斯是一個(gè)飽食終日、無所用心、目光短淺的暴君。表面上他表示感謝，但實(shí)際上他害怕這種光彩奪目的新金屬會(huì)使他的金銀財(cái)寶貶值，就下令把這位發(fā)明家斬首并毀掉了工廠，從此再也沒有人動(dòng)過提煉這種“危險(xiǎn)金屬”的念頭。這種“危險(xiǎn)金屬”就是鋁。

這個(gè)故事的真實(shí)性十分值得懷疑。然而在過去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，鋁是十分罕見的，也是十分珍貴的，這確實(shí)是事實(shí)。

實(shí)際上，鋁是地殼中含量最豐富的金屬，占整個(gè)地殼總質(zhì)量的7.45%，在全部元素中也僅次于氧和硅，是地殼上鐵含量的1.5倍，銅含量的近4倍。

但是，鋁太容易被氧化了，所以在自然界里，鋁都是以氧化鋁的狀態(tài)存在，而氧化鋁的熔點(diǎn)非常高，大約是2000多攝氏度，在以前的冶煉狀態(tài)下很難達(dá)到這個(gè)熔點(diǎn)，因此雖然鋁在自然界中含量十分豐富，人們卻無法把它冶煉出來。

到了19世紀(jì)，人們開始摸索出一些冶煉鋁的方法。

1827年，德國(guó)化學(xué)家維勒通過金屬鉀與無水氯化鋁反應(yīng)而制得了鋁。但是鉀太昂貴了！所以根本沒有辦法用這種方法大規(guī)模地制造鋁。

到了1854年，法國(guó)人德維爾順著維勒的思路繼續(xù)改進(jìn)，用金屬鈉與無水氯化鋁一起加熱，獲得了閃耀金屬光澤的小鋁球。1857年，全世界鋁的年產(chǎn)量?jī)H有750千克，并且只有法國(guó)可以生產(chǎn)。

1855年，從黏土中提煉出來的鋁在巴黎舉辦的世界博覽會(huì)上展出，并引起了轟動(dòng)，它被稱為“德維爾的白銀”。

當(dāng)時(shí)的法國(guó)皇帝拿破侖三世，為顯示自己的富有和尊貴，命令官員給自己制造一頂比黃金冠更名貴的王冠———鋁王冠。他戴上鋁王冠，神氣十足地接受百官的朝拜，這曾是轟動(dòng)一時(shí)的新聞。

拿破侖三世在舉行盛大宴會(huì)時(shí)，只有王室成員和貴族來賓能榮幸地用鋁匙和鋁叉進(jìn)餐，而地位較低的客人則只能使用普通的金制和銀制餐具。那個(gè)時(shí)候，即使是皇帝也無法給每個(gè)來賓提供貴重的鋁餐具。

兩位廉價(jià)煉鋁法發(fā)明者同年生死

1884年，在美國(guó)奧伯林學(xué)院化學(xué)系，有一位叫作查爾斯·馬丁·霍爾的青年學(xué)生，當(dāng)時(shí)他只有21歲?；魻柎蛩憷^續(xù)應(yīng)用英國(guó)人戴維早期的思路：把電流通到熔融的金屬鹽中，以使金屬的離子在陰極上沉積下來，從而使金屬離子分離出來。

問題的難點(diǎn)在于，氧化鋁的熔點(diǎn)很高，大約在2050攝氏度。經(jīng)過反復(fù)嘗試，霍爾發(fā)現(xiàn)，向氧化鋁中添加冰晶石，可以將純氧化鋁的熔點(diǎn)降低到950攝氏度。冰晶石在電解溫度下不被分解，并有足夠的流動(dòng)性，這樣就有利于電解的進(jìn)行。

幾年繁復(fù)的工作后，霍爾在1886年2月23日得到了他的第一個(gè)樣本。開始他只能制備出球粒狀的鋁，后經(jīng)不懈努力，最終得到了鋁錠。1886年7月9日，霍爾為他的方法申請(qǐng)了第一個(gè)專利。

廉價(jià)煉鋁方法的發(fā)明，使鋁這種在地殼中含量豐富的元素，從此成了為人類提供多方面重要用途的材料。而發(fā)明家霍爾，當(dāng)時(shí)還不滿23周歲，這年12月6日才是他的23歲生日。無巧不成書，一位與霍爾同齡的法國(guó)化學(xué)家埃魯，也在這年稍晚些時(shí)候發(fā)明了相同的煉鋁法。

霍爾與埃魯各在遙遠(yuǎn)的兩大洲，同年來到人世（1863年）又同年發(fā)明了電解煉鋁法（1886年）。雖然他們之間曾一度發(fā)生了專利權(quán)的糾紛，但后來卻成為莫逆之交?；蛟S是上天的旨意，1914年，這兩位科學(xué)家又于同一年相繼去世。

后來，奧地利人卡爾·約瑟夫·拜爾改進(jìn)了霍爾·埃魯法，用氧化物和硅酸鹽再次清洗鋁土礦，這就是目前工業(yè)制鋁的拜爾法。

電解法需要消耗大量的電，歐洲第一個(gè)用電解法生產(chǎn)鍋的工廠建造在瑞士諾伊豪森附近的萊茵瀑布旁邊。因?yàn)槠俨家彩且环N廉價(jià)的動(dòng)力。

鋁被譽(yù)為“帶翼的金屬”

鋁這種“從黏土中提煉出來的銀”的出色性能早已人所共知。鋁是最輕的金屬之一，其導(dǎo)熱和導(dǎo)電性僅次于銀、金和銅。在通常條件下，這種金屬有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。它還具有良好的塑性，能被輾壓成僅僅3微米厚的鋁箔，或拉成比蜘蛛絲還要細(xì)的絲。不過，鋁的強(qiáng)度性能不太好，這一弱點(diǎn)促使科學(xué)家們?nèi)ヌ綄と绾问顾兊酶鼜?qiáng)韌而又不削弱其良好性能的方法。

20世紀(jì)初，德國(guó)化學(xué)家威姆成功試制了一種比鋁堅(jiān)硬的含銅、鎂和錳的鋁基合金，淬火能使這種合金更堅(jiān)硬，他的方法也取得了專利權(quán)。不久他把專利權(quán)賣給了一家德國(guó)公司，這家公司在1911年生產(chǎn)了第一批新合金，命名為“杜拉鋁”。這是用杜萊恩鎮(zhèn)命名的，因?yàn)檫@個(gè)城鎮(zhèn)最早從事鋁合金的工業(yè)性生產(chǎn)。后來，這種合金被稱之為“硬鋁”。

1919年，人們用鋁造出了第一架飛機(jī)，從此以后，鋁的命運(yùn)就牢固地與飛機(jī)制造業(yè)聯(lián)系在一起了。鋁被譽(yù)為“帶翼的金屬”是當(dāng)之無愧的，鋁把原來的“飛行書柜”一舉變成了現(xiàn)代的巨型客機(jī)。但是，在那些年里，硬鋁仍然供不應(yīng)求，因此，許多輕型飛機(jī)仍然用木材制造。

西晉古墓竟發(fā)現(xiàn)鋁制品

在一百多年后的今天，用電解法以外的其它方法生產(chǎn)鋁仍是不可思議的。然而有個(gè)奧秘卻使科學(xué)家們幾乎絞盡了腦汁。

1953年3月，南京博物館在江蘇宜興發(fā)掘了西晉周處墓。墓的主人周處逝世于西晉元康七年（公元297年）。周處是西晉的著名軍事將領(lǐng)，年少時(shí)縱情肆欲，為禍鄉(xiāng)里，后來浪子回頭，改過自新，留下“周處除三害”的傳說。周處的墳?zāi)怪谐鐾亮艘患饘賻э棥?957年第4期《考古》學(xué)報(bào)公布了這件金屬帶飾的化學(xué)分析結(jié)果，分析報(bào)告中說：“金屬帶飾內(nèi)層合金的成分為，鋁85%，錳5%，是以鋁為主要成分的合金?！?/p>

這件事簡(jiǎn)直令人不可思議，公元3世紀(jì)，人們從哪里得來的鋁？那時(shí)候的人所掌握的唯一有關(guān)電的知識(shí)只有大自然的閃電，而把閃電付諸應(yīng)用是不可想象的。當(dāng)時(shí)有人認(rèn)為，對(duì)此唯一可能的假設(shè)是：早在那個(gè)遙遠(yuǎn)的時(shí)代，人們就已經(jīng)掌握了某種生產(chǎn)鋁的方法，遺憾的是這種方法后來失傳了。不過，1972年第4期《考古》雜志發(fā)表了夏鼐的文章，文章認(rèn)為，周處墓中的金屬帶飾是后人帶入的混入物，不是西晉墓中的原物。

（老魏摘自《奧秘》2017年第7期）