是的,當時由於不能大量生產鋁,所以價格為2000法郎/公斤,超過了黃金。拿破侖三世還曾專門下旨將軍隊戰旗上的金星改為鋁星,以炫耀他的富有。俄國沙皇為了表彰門捷列夫發現元素周期律的功績,授予他的最高科學獎獎杯不是金杯而是鋁杯。門捷列夫發現元素周期律是1869年,而得到承認則是在幾年以後,可見直到19世紀70年代,鋁在俄國仍然是“貴族”。
那麼,為什麼當時人們“厚鋁薄銀”將鋁視為“貴族”呢?這還得從鋁的提煉說起。鋁是地殼中含量很多的金屬,占地殼總質量的745%,比鐵還多出60%。但是,由於鋁的性質活潑,與氧結合成氧化鋁即三氧化二鋁,不容易把它從中分離出來,所以直到19世紀以前,人們還沒能發現鋁。
最先發現和提出純鋁的人是丹麥物理學家奧斯特。他將氯氣通過燒紅的木炭和三氧化二鋁的混合物,得到氯化鋁。然後與鉀汞齊作用得鋁汞齊,再將鋁還原出來並隔絕空氣蒸餾,除去汞,就得到純鋁。他的實驗結果發表在一本丹麥雜誌上,但因這個雜誌名氣不大,加上沒有署上他的大名——他於1820年因發現電流的磁效應而聞名於世。所以這一實驗成果被忽略,以致許多科技文獻上都說鋁的發現者是維勒。
1827年,德國化學家維勒曾就提煉鋁的問題去哥本哈根拜訪過奧斯特。奧斯特將提煉鋁的方法告訴了維勒,還說自己並不打算進一步進行試驗。不過,維勒對此卻興趣盎然,一回到德國就全力以赴進行試驗,終於在年底就製出了純鋁。不過,他的方法不同於奧斯特,他是用鉀還原無水氯化鋁製得純鋁的,他還弄清了鋁的主要物理性質。因此,1827年被認為是鋁的發現年代。後來在1845年,他終於製得了一塊鋁,而此前他製得的鋁一直是一些粉末。
作為一國之尊的皇帝,竟不能讓客人們都用上鋁製餐具,這使拿破侖三世深感遺憾。為此,他找來本國化學家德維爾(AEDeville),對他說:“先生,您是否能找到一種大量、廉價的製鋁方法,使我的客人都用上鋁製餐具,甚至使我的衛兵也戴上鋁頭盔呢?”他撥給德維爾大量的研製經費。1854年,德維爾不負聖望,終於用鈉代替維勒的鉀也製得了鈍鋁。這使鋁的價格略有下降。鋁的小批量生產開始了。1855年,在巴黎舉行了一次世界博覽會,在展廳裏最珍貴的珠寶旁,就放著一塊鋁,它的標簽上寫著:“來自黏土的白銀”,它就是德維爾煉出的鋁。
德維爾的煉鋁為法國皇帝帶來了極大的榮譽。拿破侖曾驕傲地說:“鋁是法國人發現的!”但德維爾卻心中有數,他親手用鋁鑄了一枚紀念章,上麵刻著維勒的名字、頭像和“1827”這個年代,作為禮物鄭重地送給他的德國同行和發現鋁的先驅維勒。兩人從此成了好朋友。德維爾不掠人之美、實事求是的精神和兩位不同國度化學家的真摯友誼一時傳為佳話。
不過,此時鋁的價格並未在全世界降下來。生產鋁的原料氧化鋁隨處可見,價格低廉,但由於生產方法、技術落後,以致鋁還是“貴族”,這使當時的化學家們臉上無光。如何將這“貴族”變成“平民”,便成為當時化學家們的重大科研課題。
在這一課題上取得重大突破的是兩位不同國度的大學生。
美國化學家查爾斯·馬丁·霍爾(1863~1914)從小就是一個科學迷。他在幼年還認不全書上的字母時,就曾把父親的化學教科書翻開來放在地板上煞有介事地仔細“閱讀”。青年霍爾就讀於奧柏林學院時是個全麵發展的學生,對化學更情有獨鍾。因此,他的化學教授特地為他在實驗室裏安排一個位置,以便更好地指導他學習化學。這時,煉鋁的方法已發展到電解氯化鋁的時代,但這種方法仍不能從根本上大量製鋁而大幅降低成本。因此,他畢業後,就在家中布置了一個簡陋的實驗室,繼續研究製鋁的新方法。最終於1886年發明了能大量製鋁且生產成本很低的煉鋁法——電解熔鹽製鋁法。
電解熔鹽製鋁法的主要原料是氧化鋁,將其熔化,再經電解而在陰極上得到純鋁。所以成功的關鍵是降低氧化鋁的高達2072℃的熔點。因為要達到這麼高的溫度和在這麼高的溫度下進行電解,無論在設備上還是在技術上都有難以逾越的障礙。因此,霍爾設想加入另一種物質來降低這一溫度。經過多次實驗之後,終於找到了一種含鋁的複鹽——冰晶石作為電解時的助熔劑,使氧化鋁在較低溫度(僅約1000℃)下就能溶解於熔化的冰晶石中進行電解。這就攻克了電解熔鹽製鋁法的最大難關,使其在設備、技術上都切實可行,生產成本也大大降低。此法的又一好處是,由於鋁的熔點僅為660℃,所以在約1000℃的電解槽陰極得到的鋁是液態的,這樣就便於定時放出直接鑄成鋁錠。
1886年2月23日,他來到他在奧柏林學院讀大學時代的化學老師的實驗室,高興地向老師展示用新方法得到的12顆晶亮的金屬鋁小球,以此感謝恩師。後來,他又進一步改進了自己的方法,並向美國鋁業公司出賣了當年發明的這一方法的專利。該公司很快生產出價格較低的鋁製品供人們使用。從此,鋁從“貴族”變為“平民”,而該公司至今還存有霍爾最先製得的幾塊鋁。
為了表彰霍爾對煉鋁法的改進所作的貢獻,奧柏林學院在院內建立了世界上第一個用鋁鑄造的塑像——霍爾像。
同年,另一位大學生、後來成為法國化學家的保爾·路易·托聖特·赫洛特也幾乎同時獨立發明了與霍爾相同的煉鋁法,且於同年取得專利。
霍爾和赫洛特所發明的方法叫“助熔劑”法。助熔劑的發明,不但解決了鋁的生產成本高的問題,更重要的是使鋁成為一種重要的原料;而且這一方法還為人們指明了一條新路並得到廣泛應用:借助於某一“秘方”——即助熔劑就可讓高熔點的物質在較低溫度下熔化,正如本故事開頭所說的“當地人”加“藥水”那樣。
不過,鋁的價格並沒有在1886年立即在全世界降下來。例如,此時泰國的國王還用著鋁製的表鏈,1889年英國皇家學會對門捷列夫發現元素周期律表彰時,發的珍貴紀念品還是用了鋁和金製成的一台天平。
1887年,赫洛特和同胞基裏亞尼設計了第一台大型電解裝置,為大量生產鋁提供了方便。真正大量生產、應用鋁始於19世紀末葉。1890年~1900年間,各國相繼開始將鋁用於電氣工業和造船工業。從此,鋁徹底成為“平民”。
1906年,德國學過農業和化學專業、並幹著冶金工作的化學家阿爾福雷德·維爾姆(1869~1937)發現在鋁中加入少量的銅可大幅度提高鋁的硬度,加入鎂、錳也有這種作用。“硬鋁”——又叫“堅鋁”,含鋁94%的鋁和少量銅、鎂、矽,便由他在1911年製成。因德國杜拉最早將“硬鋁”投入工業生產,故又稱“杜拉鋁”。
“硬鋁”的發明,不但克服了純鋁的硬度、強度低的缺點,使鋁的“輕”(密度小)和“強”在“硬鋁”施展出來,為其應用開拓了廣闊的天地。例如1919年就出現了第一架用“硬鋁”製成的飛機,使鋁成為航空業不可或缺之物;而且還為製造鋁的其他合金開了路,今天我們幾乎被鋁包圍便是明證——鋁成為現代工業、農業、生活、科研不可或缺之物。
不過,鋁過量進入人體,有可能對人產生危害。例如腦損傷、記憶力衰退等。雖然這些說法仍未得到普遍公認和長期實踐檢驗,但世界衛生組織還是建議每人每天的鋁攝入量應小於1毫克/千克體重。少吃油條、粉絲、涼粉、油餅、易拉罐裝的軟飲料等含鋁多的食物和鋁鍋炒出的飯菜,是減少鋁攝入量的有效方法。
助熔劑的發明,使廉價的原料氧化鋁成為用途廣泛的、價格低廉的金屬鋁,可見科學發明是多麼巨大地改變著人類的生活啊!
廣義的助熔劑是指能降低其他物質軟化、熔化或液化溫度的物質。因此,除上述這類在冶金中利於熔煉或精煉金屬的助熔劑外,還有在化學分析中使不溶性物質變為可溶性物質這類助熔劑,和在焊接工藝中的焊劑這類助熔劑。
故事開頭的問題可以回答了。“真金不怕火煉”的原因是,通常的柴火溫度僅幾百攝氏度,遠低於金的熔點。所以它能“烈火燒身若等閑,金光閃耀在人間”。但若用了助熔劑,就能使它在幾百攝氏度時熔化而“真金也怕火煉”了。