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第42章 纯碱之谜

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“白沥岛”的石英砂经过反复水选、淘洗,总算得到了一批颜色灰白、含泥铁杂质较少、勉强符合试验要求的原料。堆放在物料间角落的麻袋里,沉默地等待着下一个关键伙伴——助熔剂。

云湛站在简易的实验台前,台上摆放着几个陶罐,里面是不同来源的灰白色粉末:有精炼过的、取自糖坊灶膛的杉木、松木草木灰;有特意从海边盐碱滩涂收集来的、耐盐碱植物(如碱蓬、盐蒿)烧制的草木灰;还有一小包花了大价钱、通过林家渠道从北地商队手中换来的、被称为“石碱”或“口碱”的天然碱块研磨成的粉。后者颜色黄褐,杂质颇多,且价格昂贵,数量稀少,绝非长久之计。

玻璃配方在他脑海中清晰无比:Sio?(石英砂) + Na?co?(碳酸钠,纯碱) + caco?(石灰石) → 钠钙玻璃。碳酸钠的作用至关重要,它能将二氧化硅的熔化温度从1700c以上降低到1300c左右,使其在现有技术条件下成为可能。同时,它也是玻璃形成网络结构的重要修饰剂。

问题在于,在这个时代的岭南,稳定获取足量、相对纯净的碳酸钠,近乎无解。

天然碱矿多分布于北方干旱地区,岭南湿热,并无此资源。市面上流通的“石碱”多从西北或北方运来,量少价高,且品质参差不齐,常混杂泥土、盐分及其他矿物。

另一个可能的来源,就是草木灰。草木灰的主要成分是碳酸钾(K?co?),同样可以作为助熔剂,但钾玻璃的性质与钠玻璃有所不同,比如熔点、粘度、热膨胀系数等,对于缺乏经验、一切从零开始的云湛来说,引入钾元素会增加配方的复杂性和不确定性。而且,不同植物、不同部位、不同燃烧条件下得到的草木灰成分差异巨大,钾含量不稳定,还含有大量其他杂质(如未燃尽的碳粒、硅酸盐、磷酸盐等)。

“先生,这些灰……真的能代替那‘纯碱’?”赵德柱看着桌上那些灰扑扑的粉末,一脸怀疑。他负责收集这些草木灰,知道过程繁琐——指定植物、单独焚烧、仔细筛取、反复水溶过滤、再熬煮结晶(试图提纯),得到的仍是带着颜色的粉末,与云湛描述中那“洁白如雪”的纯碱相去甚远。

云湛没有直接回答,他用小铜勺从每个罐中取出等量粉末,分别与等量初步提纯的石英砂、研磨好的石灰石粉混合,装入几个小小的、耐火的陶坩埚中。这是最基础的熔融测试,用小型炭炉加热,观察不同“助熔剂”下,混合物软化、熔融的情况及产物色泽。

炭火在特制的小泥炉中静静燃烧,坩埚被埋入炽热的炭中。时间一点点过去。

最先有反应的是那罐用高价“石碱”的混合物。一段时间后,坩埚内隐约可见混合物开始软化、粘连,最终形成一小团粘稠的、带有大量气泡和杂质的、黄绿色的玻璃状物质。颜色深浊,但至少证明,这种天然碱(主要含碳酸钠,可能还有碳酸氢钠等)确实有助熔效果,只是杂质太多。

其次是海边碱蓬草灰的混合物。软化速度稍慢,最终形成的也是一小团粘稠物,颜色更深,近乎墨绿,气泡更多,且冷却后质地似乎更脆。

普通杉木松木灰的混合物,反应最不明显,只有表面微微烧结,内部仍是颗粒状。

云湛用铁钳夹出冷却后的“玻璃”小块,仔细端详、敲击。结果令人沮丧。“石碱”产物虽能熔,但杂质多,颜色差;碱蓬草灰产物更糟;普通草木灰几乎无效。

“碱蓬草生长于盐碱地,其灰中钠、钾含量可能都较高,但杂质同样惊人。”云湛放下碎片,眉头紧锁,“现有草木灰提纯之法,仅靠水溶、过滤、熬煮,无法有效分离钾、钠及其他杂质。得到的‘碱’成分复杂,且含量不稳。”

他走到墙边一块事先准备好的木板前,上面用炭笔画着一些只有他自己能完全看懂的符号和流程草图。其中一条线上写着“路布兰法”、“索尔维法(氨碱法)”,后面都打了叉。这些近现代的工业制碱法,需要完整的化工体系支撑,现阶段纯属天方夜谭。另一条线写着“天然碱矿→提纯”,也因资源匮乏打了问号。再一条线便是“草木灰→提纯→钾碱\/混合碱”,目前看来困难重重。

难道就被卡在这“纯碱”之上了吗?云湛不甘心。他回忆起一些零散的知识:中国早期也曾用土法制碱,比如利用硝土与草木灰反应制取硝酸钾时,也会得到副产物……或者,某些海草、海藻烧灰是否含碱量更高?

“德柱,”云湛转身吩咐,“派人去沿海渔村,收购他们平日烧火用的海草灰,特别是那种被称为‘大叶藻’、‘海带’(如果有的话)烧的灰,越多越好。另外,打听一下,本地可有‘硝土’?就是墙角屋后那种白色、泛咸味的浮土。”

海草生长于海中,吸收了海水中的钠、钾、碘等多种元素,其灰分或许有不同特性。而硝土(主要含硝酸钾、硝酸钠等)与草木灰(含碳酸钾)混合,在一定条件下可以发生复分解反应,生成碳酸钾或碳酸钠(取决于硝土和草木灰的具体成分),同时得到硝酸钾(可作为副产品,或许另有用途)。这是一个古老的、效率低下的土法,但或许能提供一种思路,或者得到稍纯些的钾碱。

赵德柱领命而去,心中对云先生这些“稀奇古怪”的要求已有些麻木,只管执行。

等待新原料的间隙,云湛继续用现有的少量“石碱”和碱蓬草灰进行更细致的配比试验。他严格控制混合比例、研磨细度、加热升温和保温时间,并开始记录详细的数据:混合物重量、外观变化时间、最终产物颜色、透明度(极差)、硬度、断裂特征等。

这些枯燥的重复劳动和失败,占据了试验工坊大部分时间。周老窑工和两个年轻工匠起初还充满好奇,渐渐也变得沉默,只是机械地按照云湛的指示操作,看着一炉炉炭火化为灰烬,倒出一块块颜色丑陋、布满气泡的失败“玻璃”,心中不免怀疑,先生这次是不是真的在做一个无法实现的梦。

云湛却异常沉静。每一次失败,在他眼中都是一次数据积累,排除一个错误选项。他清楚地知道,从零到一的突破,必然伴随着海量的试错。没有现代分析仪器,他只能用最原始的“炒菜法”,结合理论指导,一点点摸索。

数日后,新的原料送到了。几大麻袋散发着浓重海腥味和焦糊味的海草灰,还有一小袋从老旧墙角刮来的、带着霉味的硝土。

云湛精神一振,立刻投入新的试验。海草灰的颜色比陆生植物灰更深,近乎黑灰。他同样进行水溶、过滤、熬煮结晶的初步提纯,得到一种颜色深褐、潮湿的结晶粉末,尝之咸涩带苦,碱味浓烈。

硝土则先用水浸泡,过滤得到浑浊的硝水,缓慢蒸发后,得到少量带有杂质的白色硝晶。

他将提纯后的海草灰碱、硝晶、以及石灰石粉、石英砂,按照不同的设想比例进行混合,再次开始熔融测试。

这一次,出现了转机。

当使用特定比例的海草灰碱、少量硝晶、配合石英砂和石灰石时,在炭炉中加热足够长的时间后,陶坩埚内竟然形成了一小滩相对澄清(相比于之前)、颜色呈淡黄绿色(铁杂质导致,但已浅了很多)的粘稠玻璃液!冷却后,得到一小块虽然仍有气泡、但透明度明显改善、质地较为均匀的玻璃!

云湛拿着这块小小的、还有些温热的淡黄绿色玻璃片,对着光线看去,竟能模糊地透出人影!虽然距离无色透明还差得远,但比起之前那些浑浊不堪的“玻璃疙瘩”,已是质的飞跃!

“先生!成了?!”赵德柱一直守在旁边,见状忍不住低呼。

周老窑工也凑过来,老眼昏花地仔细瞧着,啧啧称奇:“这……这石头沙子,真化成琉璃了?颜色还挺亮堂!”

云湛心中也涌起一股热流,但他很快冷静下来。成功了,但只是初步。海草灰碱的成分复杂,硝晶的加入可能起了某种促进作用(提供硝酸根,在高温下或许有助于氧化杂质或调整熔体性质?),但具体机理不明,配方比例需要优化,更重要的是,这淡黄绿色说明铁杂质去除仍不彻底,且海草灰的来源、季节、处理方法都会影响其成分,重复性是个大问题。

“勉强可算入门。”云湛小心地收好这片珍贵的玻璃,“但离‘透明’二字,尚有千里之遥。铁质未净,颜色不纯,气泡太多,配方亦未稳定。海草灰的收集、处理需形成规范。另外,这硝土与海草灰同用之法,还需反复验证,摸清其中关窍。”

他看向赵德柱:“海草灰的收集不能停,但需注意,尽量固定几种海草,记录采集地点和时间。硝土也继续留意收集。我们还需要更多、更系统的试验。”

“是,先生!”赵德柱看到希望,干劲更足。

纯碱之谜,依然没有完全解开,通往透明玻璃的道路上依然迷雾重重。但海草灰与硝土结合带来的意外突破,如同在厚重的墙壁上凿开了一道微光闪烁的缝隙。

云湛知道,他找到了一条可能可行的、属于这个时代的土法玻璃技术路径。虽然曲折、低效、充满不确定性,但至少,方向有了。

接下来,便是沿着这条缝隙,用无数次的实验和汗水,将它拓宽成一条真正的道路。

而每一次混合、每一次熔炼、每一次对冷却后玻璃块的审视,都让他离那“透明的黄金”梦想,更近了一步。

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