曾經(jīng)的貴金屬
——鋁的趣話(1)

供稿|賈成廠

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如果有人說，鋁比金銀都貴，你相信嗎？是不是覺得這是天方夜譚，不可能的啊，但是，這里告訴你，千真萬確，鋁曾經(jīng)比金銀都貴。這到底是怎么回事兒呢？現(xiàn)在就讓我們走進(jìn)鋁的世界，一看究竟吧。

身價(jià)曾經(jīng)超金銀

鋁是一種很重要的商用金屬元素，其應(yīng)用小到鋁制的易開罐或鋁箔包，大到飛機(jī)的機(jī)翼，都有鋁的存在。

人類究竟是什么時(shí)候開始認(rèn)識(shí)、制備和使用鋁的？比較公認(rèn)的是大約200 年前，但是也有一種說法是2000 年以前已經(jīng)有人掌握了鋁的冶煉技術(shù)[1]。這是什么原因呢？這源自一個(gè)餐盤的故事。據(jù)說古羅馬時(shí)期一個(gè)金匠向皇帝提比略（Tiberius）進(jìn)獻(xiàn)了一個(gè)不同尋常的餐盤，這個(gè)金匠進(jìn)獻(xiàn)餐盤時(shí)聲稱，制作盤子的金屬是他從普通的黏土中提取出來的，他采用了一種神秘的技術(shù)，而這種技術(shù)只有上帝和他知道。這個(gè)餐盤是一件令人目眩神迷的絕妙物品，它是用一種全新的金屬制作而成的，質(zhì)地很輕，閃閃發(fā)光，幾乎與銀一樣亮。

金匠本想著依靠這個(gè)餐盤來升官發(fā)財(cái)，卻萬萬未想到餐盤卻給他帶來了殺身之禍。這又是怎么回事呢？原來，這個(gè)皇帝是羅馬最偉大的統(tǒng)帥之一，他是一個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)狂，征服了今天歐洲大陸的大部分地區(qū)，并在這個(gè)過程中積聚了大量的黃金白銀（圖1）；他同時(shí)也是一位財(cái)務(wù)上的行家里手，因此他很清楚，如果人們突然之間都轉(zhuǎn)而青睞于這種閃閃發(fā)亮的新金屬，而不再喜歡黃金，那么他的財(cái)富將會(huì)嚴(yán)重縮水。因此，提比略非但沒有給這個(gè)金匠預(yù)期的獎(jiǎng)賞，而是下令將他斬首了。

圖1 提比略皇帝的古羅馬銀幣（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

這種閃閃發(fā)亮的新金屬就是鋁。毫無疑問，這個(gè)金匠成了無頭冤魂是全世界的損失，直到差不多2000 年之后，鋁才被再次發(fā)現(xiàn)，那已經(jīng)是19 世紀(jì)早期了。

讓我們先來看一幅漫畫吧（圖2）。憑什么穿越到19 世紀(jì)中期就能夠成為富豪？如果把家里的鋁合金門窗的鋁帶回1850 年，絕對(duì)能夠成為大富豪！現(xiàn)在鋁是司空見慣的東西，可是就在200 年前，人類還是把鋁當(dāng)做稀有的寶貝來看。1825 年，德國(guó)化學(xué)家維勒和丹麥化學(xué)家奧斯特（圖3）從鋁礦中用還原的方法提煉出來了鋁，但這仍沒有改變鋁物以稀為貴的情況。因此，那時(shí)的鋁還被列入稀貴材料和藝術(shù)珍品的行列。由于鋁非常稀少，被認(rèn)為是世界上最有價(jià)值的金屬之一。

圖2 穿越到19 世紀(jì)，成為大富豪（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

圖3 1825 年，德國(guó)化學(xué)家維勒（左圖）和丹麥化學(xué)家奧斯特（右圖）用還原的方法提煉出鋁（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

在那個(gè)時(shí)候，鋁甚至比黃金還珍貴。當(dāng)時(shí)鋁的售價(jià)是多少呢？根據(jù)1845 年巴黎有關(guān)部門的一項(xiàng)記載，每公斤鋁的售價(jià)是6000 法郎，這在當(dāng)時(shí)比黃金還貴的多。因此當(dāng)時(shí)人們稱鋁為“銀色的金子”，或叫“輕銀”。

法國(guó)的皇帝拿破侖三世（Charles Louis Napoléon Bonaparte, 1808—1873，圖4）是一位久負(fù)盛名的鋁品收藏家，他甚至衣著上的鈕扣和懷表殼都要用鋁來制造，借以顯示他的尊貴和闊綽。他還把將軍旗上的銀鷹換成鋁鷹，每逢盛大國(guó)宴，只有他和王室成員才能使用鋁制的餐具，當(dāng)時(shí)的鋁制餐具確實(shí)比金制、銀制的餐具更加高貴。此外，拿破侖三世還制造了一頂鋁王冠，當(dāng)然，當(dāng)時(shí)是比黃金冠還要名貴，這充分顯擺了他的尊貴與富有。而且，拿破侖三世還為他的警衛(wèi)部隊(duì)的衛(wèi)士制備了鋁的胸甲，由于這樣的胸甲過于昂貴，這讓其他國(guó)王只能望洋興嘆，從而對(duì)拿破侖三世產(chǎn)生了羨慕并十分嫉妒。

圖4 拿破侖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

1855 年在巴黎萬國(guó)博覽會(huì)上展出了一小塊鋁，標(biāo)簽上寫道：“來自粘土的白金”。這一小塊鋁與當(dāng)時(shí)最珍貴的珠寶并排陳列展出。1885 年建成的華盛頓紀(jì)念碑，其頂端就是一塊當(dāng)時(shí)很昂貴的金屬鋁。

你猜猜當(dāng)時(shí)的土豪出門都戴什么裝飾品？你以為是金？是銀？那你就大錯(cuò)特錯(cuò)了，土豪出門脖子上不戴金不戴銀，只帶鋁（圖5），因?yàn)殇X在當(dāng)時(shí)就是一種富貴的象征。

圖5 鋁首飾（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

你知道當(dāng)時(shí)最好的獎(jiǎng)勵(lì)嗎？眾所周知，俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫（圖6）玩命的工作，搞科研，終于整理出世界上第一張?jiān)刂芷诒恚?jù)以預(yù)見了一些尚未發(fā)現(xiàn)的元素，號(hào)稱19 世紀(jì)最偉大的科學(xué)成果之一。為人類做出這么大貢獻(xiàn)的門捷列夫，最終被獎(jiǎng)勵(lì)的是什么？說來可能讓人難以置信，1889 年，為了表彰門捷列夫的偉大勛業(yè)，相關(guān)部門制備了一座含鋁的天平（圖7）獎(jiǎng)勵(lì)給他，毫無疑問，這在當(dāng)時(shí)是一種莫大的榮譽(yù)。

圖6 門捷列夫與元素周期表（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

圖7 門捷列夫捧杯喜氣洋洋（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

當(dāng)鋁初次傳入中國(guó)時(shí)，有許多人不識(shí)鋁為何物，誤以為鋁是從鋼中精煉出來的，因此又叫鋁為“鋼精”。

為什么如此貴重

鋁為什么曾經(jīng)如此貴重呢？是否也像金、銀、鉑等貴金屬那樣，在地殼中的含量十分稀少呢？

其實(shí)，恰恰相反，地殼中的鋁非但不稀有，而且還是含量最多的金屬元素。但由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然界通常以氧化物的形式存在，且鋁與氧的結(jié)合十分牢固，不易被還原，因而鋁的冶煉比較困難，難以用普通的冶煉方式分離。只能采用比鋁更活潑的金屬來置換，比鋁活潑的金屬主要有鉀、鈉、鈣、鎂等，無論哪一種都是價(jià)格昂貴，所以用這種方法制得的鋁當(dāng)然不會(huì)便宜。上述方法也稱為熱還原法。主要是用鉀和鎂等活潑金屬復(fù)原而得到金屬鋁。主要有鎂熱法和鈉熱法兩種流程。熱還原法在鋁工業(yè)開展的初期小規(guī)模生產(chǎn)鋁[2]。

另外，由于氧化鋁和氯化鋁熔點(diǎn)高，硫酸鋁不易電解，所以，即使在電解技術(shù)出現(xiàn)后一段時(shí)間內(nèi)也無法制取鋁。都是電解鈉再置換鋁。

鋁的這種狀況一直持續(xù)到19 世紀(jì)后期才得以改變。1886 年由美國(guó)的霍爾和法國(guó)的埃魯于發(fā)明霍爾-埃魯鋁電解法（圖8），這種電解法的關(guān)鍵是以冰晶石（Na3AlF6）為熔劑組成的電解質(zhì)，這樣就有效地避開了氧化鋁熔點(diǎn)高，難以進(jìn)行電解的難點(diǎn)。電解的溫度為950～970 ℃，能夠使Al2O3分解在陰極以液相形式析出鋁，在陽極上以CO2氣體形式逸出的氧。這樣生產(chǎn)的噸鋁排放的CO2較多（約為1.5 t），而且，耗電量也比較大，約為15000 kWh/t。

工業(yè)電解鋁的電解槽包括側(cè)插陽極自焙槽、上插陽極自焙槽和預(yù)焙陽極槽。必要時(shí)可以對(duì)電解得到的原鋁進(jìn)行精煉得到高純鋁。

電解法制鋁投產(chǎn)后，金屬鋁的產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，使得鋁的身價(jià)一落千丈，成為最普通的金屬之一。從此，金屬鋁告別了首飾店。想不到吧，一時(shí)間受到富家貴人們追捧的鋁，這么快就“分文不值”了。

可是，你以為鋁的價(jià)值、鋁的一生就這樣結(jié)束了嗎？那你就錯(cuò)了。鋁的一生是勵(lì)志的，既然知道自己走不了偶像派，就立馬轉(zhuǎn)型，讓自己變成了一個(gè)實(shí)力派，從而在人們的日常生活中逐漸見到了鋁的身影，同時(shí)也許多重要的工業(yè)領(lǐng)域之中得到應(yīng)用?，F(xiàn)在鋁是除鋼鐵以外最大的金屬產(chǎn)品。

鋁的發(fā)現(xiàn)發(fā)展

1953 年，西晉周處墓在江蘇宜興被發(fā)掘。墓的主人周處死于西晉元康七年（公元297 年）。說到周處，大家可能都知道“周處除三害”的傳說，講的是周處年少時(shí)為禍鄉(xiāng)里，口碑很差，好在是后來浪子回頭，改過自新，最終還成了西晉的著名軍事將領(lǐng)。在周處的墳?zāi)怪谐鐾亮艘患饘賻э棧▓D9）引起了眾人的矚目。1957 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（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為，鋁85%，錳5%，是以鋁為主要成分的合金[3]。這件事令人百思不得其解，在那么久遠(yuǎn)的年代，到底是哪里來的鋁呢？彼時(shí)人類尚未掌握電解技術(shù)，唯一有關(guān)電的知識(shí)僅有大自然的閃電，顯然，大自然的閃電與電解技術(shù)相距十萬八千里呢。當(dāng)然，也有人大膽地進(jìn)行假象與推測(cè)，認(rèn)為在那個(gè)時(shí)代，人們就掌握了制備鋁的神奇方法，只不過該方法沒有流傳下來而已。因此形成了兩派意見，一派認(rèn)為當(dāng)時(shí)已掌握了制備鋁的方法，但后來失傳了；一派認(rèn)為根據(jù)當(dāng)時(shí)的狀況，是絕不可能制備出冶煉難度如此之高的鋁。

1972 年第4 期《考古》雜志發(fā)表了夏鼐的文章[4]，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。其理由是，周處墓在公元1350 年和公元1860 年先后兩次被盜。1952 年初此墓打開時(shí)也有閑人進(jìn)去過，都可能混進(jìn)近代物品，而且除這件金屬帶飾外，周處墓中其它的十七件完整的金屬飾帶，經(jīng)化學(xué)分析后都證明是銀。因此，周處墓中的小塊鋁片不能作為晉代已能生產(chǎn)鋁的證據(jù)。雖然科學(xué)分析可能不那么浪漫，但這則故事也不失為一個(gè)有趣的小插曲。

1978 年，蘇聯(lián)科學(xué)家在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了天然鋁，質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)98%，但這一發(fā)現(xiàn)未得到公認(rèn)。

1983 年，我國(guó)廣西某又發(fā)現(xiàn)了天然鋁，其成分鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)96.47%，銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.538%，還有其它微量的Si、Mg、Fe 元素，因其與石英共生，排除了外界帶入的可能，這個(gè)結(jié)果得到了國(guó)際新礦物委員會(huì)的認(rèn)可，因此有人說周處的腰帶可能來自天然鋁。

自然界有沒有天然鋁直到目前科學(xué)界還未最后統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。但是有一點(diǎn)可以肯定，自然界即使存在天然鋁也是罕見的，人類要大規(guī)模地使用鋁，還是得從鋁的礦物中進(jìn)行提煉。鋁的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展主要事件見表1。

表1 鋁的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

結(jié)束語

鋁，既古老，又年輕。曾經(jīng)是貴族，淪落為平民。曾經(jīng)使拿破侖自豪，更有給諾貝爾榮譽(yù)。既有歲月的滄桑，又有傳奇的經(jīng)歷。