大英博物馆考古探险队揭秘化学工业起源

工业革命的特征之一是将科学实验室技术转化为可行的工业流程。这通常被认为是一个典型的欧洲现象——17到18世纪启蒙运动的产物，是创新企业家在可重复的科学实验基础上努力实现的。

然而，研究显示，这一工业化进展出现的时间要追溯到更久远的1 000多年前，地点也不是欧洲，而是在北印度，这里将实验室里的锌的高温蒸馏冶炼法成功转化为工业流程。

来自古文献手稿的线索

用传统的冶炼方法生产锌是相当困难的，锌不会在冶炼炉底部形成液态金属，而是成为反应活性很高的蒸气（沸点913℃），从炉顶排出并迅速氧化。显然，需要避免锌蒸气与空气接触并促使锌蒸气凝结的方法。我们在印度的祖先很有创造性，他们找到了一种方法。

冶炼炉有4个多孔板，图为其中之一，反应罐位于板上，冷凝器颈倒置于较大的孔中

公元第一个千年初期的印度医学论著中有实验室制备锌的描述。将锌矿石与一系列奇特的有机物一起放入粘土反应罐中，反应罐用炭火加热，置于装满水的收集容器之上。蒸馏过程中，锌蒸气下行并冷凝。到了公元第二个千年初，这些描述变得更加详细。反应罐的形状像茄子，冷凝器像曼陀罗花，锌矿石被加工成小球，仍然使用那些奇特的有机物。

此工艺是行得通的。在16世纪，北印度大部分地区被莫卧儿帝国吞并。帝国的宰相阿布尔•法兹尔（AbūL-Faẓl Allāmī）编撰了《阿克巴治则》（Ān-i-Akbarī），这套著作完成于1596年，里面有锌冶炼的详细资料。《阿克巴治则》饶有兴致地写道，锌“在哲学书籍中没有记载，但是在印度斯坦，在贾洛尔的领土上有座锌矿”。

考古学证据

这座锌矿位于今天的印度拉贾斯坦邦扎瓦尔的阿拉瓦利山里。从20世纪开始，关于这里大量的古矿井和堆砌的废旧反应罐，已经有多份地矿报告发表。因此，大英博物馆成立了一个考古探险队，考察这些遗迹，考察活动得到印度斯坦锌业公司的大力支持，这家公司在20世纪下半叶重建了这里的采矿业。

在印度扎瓦尔发掘出的冶炼炉

这次考察发掘出了14世纪的完整装置的遗迹，由遗迹可以看出，这是一套由7个冶炼炉组成的批量生产流程，而不是单罐熔炼。其中每个冶炼炉包含36个反应罐，即可以有252个反应罐同时开工。据估计，每个反应罐每次开工可生产大约100~150克锌，即每个批量生产流程每天可以生产约25~30千克锌。后来，又发现了可以追溯到16世纪的改进流程，每个批量生产流程包含的反应罐更多，达到108个，且容积更大，每天大概能生产约50千克锌。许多这样的批量生产流程同时工作，矿山每天的锌产量最高可达数百吨。

世界各地的传统工艺流程往往被认为是一层不变的，但在这里，肯定不是这样。最早的一批冶炼炉可以追溯到大约1 000年前，含有手工制作的炉壁和冷凝器。此后的冶炼炉，都是用模具建造的，尺寸精确一致，显然是在中央车间批量生产的。尽管炉子还是一个个建造的，但要求部件的尺寸精确一致。显然，矿山管理部门采取了强力措施对矿山施加整体管控和提高生产效率。类似地，之后的矿山进行大规模的露天作业，毁了早期的工场。

锌冶炼工艺的兴衰

扎瓦尔的矿山当然是由国家管理的，最高管理者为印度土帮主。这些炉子大概是由个体户经营的，很可能是耆那教信徒，耆那教成员与18世纪英格兰的不从国教者类似，多为商业和企业家阶层。显然，帝国政府动员了各种社会资源，资助一件非常激进的事情——世界首创的高温蒸馏工艺——并且是从实验室到矿山的全流程开发。

将实验室技术发展成为一个工业过程，必须有强烈的动机。北印度缺乏大的锡矿床，因此常用的铜合金是黄铜（注：铜锌合金）而不是青铜。在欧洲，生产黄铜用的工艺是渗碳工艺，即铜在密闭坩埚中与锌矿石和木炭反应。这套工艺（一直沿用到19世纪）效率非常低，生产的黄铜质量很差。而铜与金属锌直接混合制备黄铜，避开碳反应过程，则可以对产品进行更好的质量控制，得到更纯的产品，因此在扎瓦尔，锌倍受重视。

可悲的是，高技术含量的工艺流程需要稳定的作业环境，保留和培养高技能的操作工。虽然中世纪时期扎瓦尔的锌生产一度很兴旺，但在莫卧儿帝国入侵之后，随着后中世纪时代印度的政治条件恶化，锌生产陷入衰退。最终，锌被进口产品取代，最初来自中国，后来来自欧洲。颇具讽刺意味的是，欧洲第一个可行的锌生产工艺在1742年获得专利，由英国布里斯托尔的威廉•钱皮恩（William Champion）开发，几乎可以肯定它基于扎瓦尔工艺的知识，但是却长期以来被认为是锌的最早的工业化流程，欧洲后来者把此工艺生产出的锌卖给工艺真正的开拓者——印度。

本文作者保罗•克拉多克（Paul Craddock）是大英博物馆荣休研究员。

资料来源：

https://www.chemistryworld.com/opinion/the-origins-of-chemical-industry/3008292.article

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