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制造罐头的金属锡


实验室k / 2019-04-12

       锡是很普通的金属,好像一点也不出名。尽管我们常用,然而我们在日常生活上很少提到它。

       这种金属替人类服务,却并不用它自己的名称。青铜、马口铁、焊镴、巴弼合金、活字合金、炮铜、镴箔、“意大利”粉、漂亮的搪瓷、颜料等等——这些物品花样繁多,都很有用,然而许多人根本不知道,这些物品的最重要成分都是锡。


       这种金属的性质很奇妙,十分特别,有几点性质到现在还搞不清是什么缘故,在地球化学上还没有得到详尽的解释。

       锡的源头是地底下升上来的花岗岩岩浆,这种岩浆里含有大量的硅石,就是一般所说的“酸性”岩浆。当然并不是一切酸性岩浆里都有锡,所以我们到今天还不清楚,锡跟花岗岩的关系受着什么规律的束缚,为什么有些花岗岩里有锡,而另一些看来是一模一样的花岗岩里却没有锡。

       还有一个有趣的问题:锡是重金属,但是甭看它重,它却不像其他许多种重金属那样沉在岩浆的底部,而是浮在岩浆的面上,因而它总是留在花岗岩体的最上层,这是为什么呢?

       原因是这样的:岩浆里熔解着多种的蒸气和气体,这些气态物质很容易飞散,当中起着很大的作用的是卤素——氯和氟。我们根据实验知道,锡跟这两种气体即使在室温下也能化合。在岩浆里,锡跟氯和氟反应生成了极容易挥发的化合物——锡的氟化物和氯化物。正是由于当时锡是在气体状态的化合物里,所以它能够跟硅、钠、锂、铍、硼等等元素的挥发性化合物一起向上踏出一条路,一直跑到在凝固着的花岗岩体的表层,甚至会跑出花岗岩的范围,钻到花岗岩上面其他种岩石的裂缝里去。

       到了花岗岩的上面以后,由于物理化学条件有所改变,锡的氟化物和氯化物便跟水蒸气进行反应。于是锡就离开了把它带上来的氟和氯而跟水里的氧化合在一起,如此的生成物已经不是气态的物质,而是有光泽的固体矿物——锡石,这就是工业上提炼锡的主要矿石。在生成锡石的同时,有时候还生成许多其他的重要的矿物,如黄玉、烟晶、绿柱石、萤石、电气石、黑钨矿、辉钼矿等。


       花岗岩岩浆里挥发性的卤化物可以生成很大的锡石矿床,但在不久以前我们知道,这并不是锡石矿床的惟一成因。这些挥发性化合物升到花岗岩的面上以后又经过一段时期,也就是在最后一部分花岗岩岩浆凝固的时候,也能够生成锡石。在那个时候,岩浆里的水蒸气都冷凝成了液态的水,把好多种金属的化合物——主要是硫化物——都从岩浆发源地引了出来,带到很远的地方去。这种作用过程中有许多点我们到现在还不很清楚。但是我们知道,岩浆里的锡也可以像这样随着硫一起出来。值得注意的是,这里硫的作用也仅仅是把锡携带出来;锡一出来,就像前面抛开了卤素那样把硫抛掉,却跟氧进行化合,这样生成的仍然是它自己最乐意生成的那种矿物——锡石。

       我们知道,还有好多种矿物也都含锡,但是所有这些矿物都十分少见,有几种更是特别稀少,因此它们在工业上的价值是根本谈不到的。以前也罢,现在也罢,锡石始终是提炼锡的惟一的矿石,它的成分是SnO2,纯净的锡石里面大约含锡78.5%。

       锡石多数是黑色的或黄褐色的矿物。如果是黑色的,那就是因为它含有铁和锰等杂质。偶然也有蜜黄色或红色的锡石,至于无色的就十分稀少。通常锡石的晶体非常小,由于锡石的硬度大,化学性质稳定,比重也大,所以它在花岗岩风化的时候不易被破坏,也不被分散,而是跟其他重的矿物一起聚集在花岗岩被破坏的地方,在河床里或海岸上,有时候还形成含量丰富的冲积矿床。

       因此锡石主要不是从它的“原生矿床”里,而是从它的“次生矿床”——冲积矿床里开采出来的。

       锡石开采出来以后,开始都要进行选矿,也就是去掉它所含的多种杂质,然后才进行熔炼。这就是利用燃料里的碳把锡还原出来。锡石里的氧跟碳化合变成二氧化碳溜掉,剩下的就是金属锡。

       从锡石里提炼出来的纯净的锡是柔韧的银白色(比银的光泽稍稍暗些)金属,有延展性。锡可以制成极薄的薄片,这一点是很特别的,锡的熔点是231℃。

       锡还有许多独特的性质。大家知道锡会“喊叫”,就是说把它弯曲的时候能够发出特有的响声。另外还有一个奇异的性质,它对寒冷的感觉非常灵敏,这个特点是决不能忽视的。锡一受冷就会“生病”。这时候它就由银白色慢慢变成灰色,体积逐渐增大,同时开始破裂,而且常常碎成粉末。锡的这种病很严重,就是所谓“锡疫”。许多很有艺术价值和历史价值的锡器,都因为得了这种“病”而损毁掉。有病的锡还会把这种病传染给没有病的锡。幸亏“锡疫”是可以治疗的。就是把有病的锡再熔化一次,然后使它缓慢地冷却。如果这一操作(主要是冷却过程)做得十分仔细,那么锡就能恢复原形,恢复它原来的性质。


       在远古时代,正是锡有力地推动了人类文化的进步。人在很久以前就认识了锡。人学会用锡比利用铁早得多:在公元前五六千年的时候人还不会熔炼铁,可是已经会熔炼锡了。

       纯净的锡是柔软而又不结实的金属,不利于制造用品,但是在铜里面掺上10%的锡,便制成一种金黄色的合金——“青铜”,它的质地优质:比纯净的铜硬,极容易浇铸、煅打和加工。如果我们把锡的硬度定做5,那么铜的硬度就是30,而铜跟少量的锡炼成的合金——青铜的硬度是100~150。青铜的这些性质使人类有过一个时期广泛地应用它,考古学家甚至特别划出了一个历史时代,叫做青铜器时代,那时候所使用的劳动工具、武器、生活用品和装饰品大都是用青铜造的。当时人们是怎样发现这种不错的合金的,这一点我们现在还不知道。可以假定,当时人们不断地熔化混有锡的铜矿石(我们现在也可以找到铜和锡的这种“复合”的矿石),最后终于关注到了铜和锡的混熔的结果,这样就懂得了这种合金的用途。

       古代提纯金属的方法很粗糙,利用现代精密的分析方法,可以把古代金属里所含的许多种微量的杂质(元素)逐个检查出来。知道了它里面含的杂质,有时候就可以推测出来,古代人是在什么样的矿里开采出铜和锡来制这件器皿的。假如历史学家或考古学家能够考证说明,某一件青铜器就是在它出土的地方制得的,那么地质学家和地球化学家就应该马上在这个地区里勘探锡矿。这样就很可能很快找到早已被人遗忘了的锡矿。


       锡跟铅、锑等等金属也都能生成质地优良的合金。

       合金是现代技术上的奇葩,是起着“魔术”变化的世界。两种或者多种金属熔化在一起的时候,这些金属的原子就改变搭配的方式而产生种种“奇迹”,前苏联科学家早已研究并且解释了这些现象。由于合金内部的分子结构有了变化,合金的性质就和它所含的任何一种金属的性质都不同。例如,由柔软的金属熔成的合金的硬度,常常是大出人意料。

       锡跟铅的合金叫做巴弼合金,在巨大的、精密的仪器和机床里面,如果有钢轴转动得非常快,为了防止它出问题,就要用到巴弼合金。所以这种合金又称做“减摩合金”,因为它非常不容易磨损(拿术语来说,就是摩擦系数很低)。它在技术上的意义是极大的:它可以大大地延长贵重机器的使用年限。

       锡可以“焊接”别种金属,这个性质也很重要;我们技术上应用的所谓“焊镴”——锡跟铅和锑的合金,即利用锡的这个性质的。

       锡在印刷业上的用途或许还不是每个人都了解的。锡是所谓“活字合金”里的主要成分,利用活字合金能够浇成铅字,浇成“铅版”。


       白色的氧化锡粉末通常叫做“意大利粉”,用它来修磨白色的和多色的漂亮的大理石,就能把大理石的表面磨得像镜面一样光亮,这是用任何别的物质所办不到的。

       锡的很多种的化合物都广泛地用在化学工业上和橡胶工业上,用在印花布工业上,用在毛和丝的染色上,还可用来制造搪瓷、釉药、有色玻璃、金箔和银箔;至于锡在军事工业上的极其重大的意义,那更不必说了。

 


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