10.1　化学工业的方法

10.1　化学工业的方法

无论是在古代还是在中世纪，都不存在化学这样的独立科学（independent science）概念，也不存在工业化学这样一门技艺（art）。直到16世纪，人们才朦胧地意识到这些观念。然而，在这段很长的时期里，工匠们一直都在做一些今天工业化学家所做的工作。在从事较大规模的工业生产以前，工匠或指导工匠的人常常在实验室小规模地试验多种方法。正如现在一样，某些产业总是习惯性地热衷于把一种化学物质转变为另外一种。

在这些产业中，最重要的是与制造下列物质有关：金属（第2章）；碱（边码354）、肥皂和其他清洁用品（边码355）；酸（边码356）；陶瓷（第8章）和玻璃（第9章）；颜料、染料和媒染剂（边码359）；易燃物、引燃物和爆炸物（边码370、边码374及以后）；药品、食品和酒精饮料（第4章）。所涉及的前科学化学工艺（pre-scientific chemical processes）大致可以分为两类，一类是高温条件下的，另一类是溶液、常温或相对低温条件下的。

高温下的化学工艺　这种工艺主要用于冶金、陶瓷、玻璃、烧制石灰和制造某些颜料，主要器具是炉子。炉子有两种主要的类型，第一种有一个燃烧炉膛，火焰和热气由此进入另一个装有待加热物质的炉膛；第二种是把待加热的物质与燃料混在一起烧，或是用燃料围着它烧。前一种类型用于烧制玻璃与陶瓷，两个炉膛有时候竖直地叠加在一起（图287），有时候则水平地放置在一起（图281）通常的燃料是木柴，它所产生的熊熊火焰能够蹿入第二个炉膛。煤尽管曾经用于其他的工业目的，但显然不适于烧制玻璃和陶瓷。至于第二种类型的炉子，则以这一时期冶金工匠的熔炼炉（图38）、石灰窑（图323）以及铸造车间（图34、图35）为代表。

温度的保持依赖于燃料和通风。16世纪以前，打铁一直倾向于使用煤而非木炭，但除此之外却很少使用煤。通风不是依靠高大烟囱，而是依靠炉子所处的位置能让风进入通风孔，或者使用风箱（图36），再不然就增加炉子的高度（图38D）。在15世纪，由于发明了以水力驱动的机械式操作风箱（边码73），火炉的温度很快就提高到能够熔化铁的程度（边码74）。

坩埚由各种耐火的陶土制成。我们知道所用的有白陶土，以及把烧过的和未烧过的陶土混合在一起的材料，还有一种不会吸水且耐火的硬石。可能还有石英，但它也许只用于制造小坩埚。

低温下的化学工艺　这种工艺在装液体的大容器内进行，容器是染色匠、酿酒师和制取肥皂、明矾、硝石等工匠所使用的。通常由红铜或黄铜制成的大锅安放在砖上，很像今天的老式“铜锅”（图324）。不需要外部加热的大器皿通常由桶板制成，例如木桶、粗腰桶、木缸和大桶（图328）。此外，铅罐也被广泛使用。

在古代和中世纪，蒸馏都是小规模进行的（第21章）。蒸馏器装不了几加仑溶液，反应容量往往比这还要低得多。蒸馏器用陶土、铜、铁或玻璃制成，蒸馏头则由铜、白镴或玻璃制成，玻璃的蒸馏器身显然是中世纪后期的产物。为防止温度的突然变化，蒸馏器应当小心防护，因而常常要覆一层陶土、马粪、血或其他物质构成的封泥。通常的方法是在加热时把蒸馏器埋置在沙或灰中，也可以把它浸泡在一个热水池中（图660、图663）。还有另一个方法，就是把蒸馏器放在一个空的陶壶中，让它的周围充满空气。在约1500年以前，蒸馏头有时候是用水冷却的，但没用循环水。捣碎工序用手工在研臼里完成（图339），但有时也用重力或水力带动的碓（图345）来代替普通的杵。磨坊（图325）还曾经被用于研磨鞣料树皮和菘蓝等。

工业生产过程之所以局限于在我们看来是一个较小的规模上，很大程度上不是因为建造大工厂的困难，而在于操作所有的工序都要依靠人力。尽管很早以前人们已经就使用了水磨（边码608），在14世纪又发明了风磨，但它们主要都用于磨玉米，只是偶尔用于像布匹漂洗这样的工业过程（图187、图553）。

工业化学有一个理应指出的方面，它实际上是具有普遍性的工业生产过程。一种制备方法一旦确立，可能就会在某种程度上一直延续几百年，甚至上千年，直到它逐渐被取代。这里仅举一个例子来说明。在遥远的古代，人们就发现用媒染剂处理织物后，染色过程会加快，颜色会更鲜亮（边码366及以后），最常见的媒染剂是在自然界里能找到的天然明矾。然而，靛蓝其实不需要用媒染剂处理，因为无法从中获得鲜亮的颜色。但是，从古埃及时期起，人们用靛蓝染织物时却经常用媒染剂加以处理，这样既非常麻烦又很昂贵。在一些落后的地区，这种习惯几乎一直延续到了我们这个时代。与此相似，守旧的现代皮革工人所知的材料、方法甚至工具，都是公元前好几个世纪以前的皮革匠所使用过的（图107、图130）。现代手工工匠的守旧性可以写成一本书，读者可以从本书中了解到无数这样的例子。