矾化学
1.对各种矾的制取
我国古代使用的矾品种繁多，在染色、医药、炼丹、造纸、食品加工、日常生活中都有极为广泛的应用，当然需求量也就相当可观。但在自然界中可以直接使用的天然矾是很少的，仅胆矾、绿矾、黄矾偶有发现，绝大部分需通过对有关矾矿石进行焙烧、煎炼和加工提纯才能取得。而且我国先人也曾用无机合成的方法制造过某些矾，这些生产经验和创造发明为我国古代矾化学的成就添增了光彩。赵匡华先生对此做过深入的研究。
白矾的焙制在自然界中并无白矾，只有白矾石，其主要成分是Kal3（SO4）
2（OH）6。在成矿过程中，白矾与其他成分，如黄铁矿、粘土片岩等共生，
形成不溶性白矾矿石；又因其形状如垒石，所以我国古代又称之为“马齿矾”。经焙烧，便发生如下反应：
Kal(SO4）2（OH）6KAl（SO4）2+Al2O3+3H2O
得到粗制白矾，再经水溶浸后，奎、铁质沉淀，然后把浓缩的热清液澄出，便逐步析出纯净的明矾。古代医药学家们往往利用白矾石，亲自焙炼。宋应星在《天工开物》中的有关阐述可算最为翔实明确的了，原文如下：
“凡白矾，掘土取垒块石，层垒煤炭饼锻炼，如烧石灰样。火候已足，冷定入水。煎水急沸时，盘中有溅溢如物飞出，俗名蝴蝶矾者，则矾成矣。煎浓之后，入水缸内澄，其上隆结曰吊矾，洁白异常；其沉下者曰缸矾。轻虚如棉絮者曰柳絮矾。烧汁至尽白如雪者谓之巴石。方药家煅过用者曰枯矾云。”绿矾与黄矾的制取至迟在战国时期，我国就已经开始用焙烧涅石法制造
绿矾。其做法大致与烧石灰相似，先以土坯砌墙成窑，在其中把涅石与煤炭垒叠起来，点燃焙烧，在空气供应不很充分的情况下，窑中便发生如下反应：
FeS2+2O2FeSO4+S↑
这种工艺一直是我国古代制绿矾的传统方法，但在早期的古籍中尚未见有明确记载。惟在《天工开物》中才有清晰的说明：
“取煤炭外矿石子（俗名铜炭），每五百斤入炉，炉内用煤炭饼（自来风，不用鼓鞲者）千余斤，周围包裹此石。炉外砌筑土墙圈围，炉颠空一圆孔，如茶碗口大，透炎直上，孔旁以矾滓厚罨。??然后从底发火，此火度经十日方熄。其孔眼时有金色光直上（取硫）。煅经十日后，冷定取出。??其中精粹如矿灰形者，取入缸中，浸三个时，漉入釜中煎炼。每水十石，煎至一石，火候方足。煎干之后，上结者皆佳好皂矾，??此皂矾染家必需用。??原石五百斤，成皂矾二百斤，其大端也。”
这段文字和所附的“烧皂矾图”把该工艺描述得非常清楚了。文中所谓“煤炭外矿石子”当指含煤黄铁矿石，色黑而带有金黄色调的金属光泽，因而又俗名“铜炭”。采用这种工艺在制得绿矾的同时，从窑顶导管中便会冷凝流出硫黄来，这正是我国早期取得硫黄的一种方法，所以硫黄约在东汉时就有了“矾石液”的别名。陶弘景所辑《名医别录》中就说：“石硫黄??生东海牧羊山谷中及太山、河西山，矾石液也。”宋应星对此解释道：“凡硫黄乃烧石承液而结就。??遂有矾石液之说。”
至于黄矾，则无论是天然产的，还是人工制造的，都是由绿矾经空气氧化而成。在用焙烧法制绿矾的窑炉土壁上经久便会凝结出黄矾；煮胆水炼铜的铁釜周围土地上，溅洒的绿矾水日久往往也会析出黄矾。《天工开物》中记载：
“其黄矾所出又奇甚，乃即炼皂矾炉侧土墙春夏经受火石精气，至霜降立冬之交，冷静之时，其墙上自然爆出此种。如淮北砖墙生焰硝样，刮取下来，名曰黄矾。染家用之。”
2.矾的作用
我们已知，从矿物和金属制得各种无机化学制品，如果没有诸如硫酸、硝酸、盐酸等这些无机酸，那么就会遇到很大的困难。但是我国古代几乎没有用过这类强酸，在医药和炼丹术化学中却出色地制造出了一系列无机化合物，有些则是自然界不存在的；矾类的利用以及矾与硝、盐的结合使用，起了突出的、关键性的作用。因为在火法试验中，矾类将分解出硫酸；矾、硝
一起加热，便将产生硝酸；矾与盐或硇砂（NH4Ci）一起加热，就会产生盐酸。
因此，有了它们的参与，很多反应就可顺利进行了。所以矾类及这些混合物堪称之为“固体强酸”。
铅丹煎炼明代，制铅丹的工艺就从“硝黄法”过渡到“硝矾法”了，质
量进一步提高。在这种工艺中实际上是在矾类参与下利用了硝酸来溶解黑铅，再进一步把硝酸铅分解，氧化成铅丹，反应既快又充分，而且产物经淘洗后十分纯净，成为后世最受推崇的标准法。《本草纲目》对此方法有所论及：
“今人以作铅粉不尽者，用硝石、矾石炒成丹。若转丹为铅，只用连须葱白汁拌丹慢煎，煅成金汁倾出，即还铅矣。货者多以盐、硝、砂石杂之。凡用，以水漂去消、盐、飞去砂石，澄干，微火炒紫色。地上去火毒。”这段文字既介绍如何炼铅丹，又指出以丹还铅的技艺，看来也是出自炼
丹家的创造。这种方法文是借助了矾的功力，已具有了近代无机合成化学的雏型。这在当时是处于国际先进地位的。因为在《本草纲目》问世近三百年后，1875年英国蒲洛山著述的《无机与有机化学》中，介绍的炼铅丹法还与中国东汉时期狐刚子炼制“九转铅丹”时采用的方法基本相同。
金银的分离矾类不仅在古代无机合成化学中发挥了它的威力，而且在解决金银分离这一古代难题中，也曾经发挥了特别的作用。
中国古代金银分离术中最值得重视的是矾—硝与矾—硝—盐混合剂的应用，也就是接近于借助硝酸和王水来溶解白银了。
明初曹昭所撰《格古要论》记载了这种方法。他把焰硝、绿矾及盐的混合物称为“金榨药”。原文如下：
“用焰硝、绿矾、盐留窑器，入干净水调和，火上煎，色变即止。然后刷金器物上，烘干，留火内略烧焦色，急入净水刷洗，如不黄再上。然俱在外也。”明末方以智在其《物理小识》卷七中记述了“矾硝法”，实质上即“硝
酸法”，俗称“罩金法”，也称“炸金法”，现亦转录如下：
“[罩金法]：炭烧黄金，再以盐水调黄土涂烧之，从而涤之。及用焰硝、绿矾等分，水调付（敷）金，置火上炙，色改为止。急入净水洗刷而焙干之，不黄再上。然能加外色而已。俗谓之‘炸金’”。
但应指出，硝酸虽可强有效地溶解白银，然而在加热下它很快蒸发、分解，因此以上两法仅可溶解黄金表面的白银。故曹、方二氏说：金之黄色“俱在外也”，只能“加外色而已”。
书书网手机版 m.1pwx.com