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制造罐頭的金屬錫


實(shí)驗(yàn)室k / 2019-04-12

       錫是很普通的金屬,好像一點(diǎn)也不出名。盡管我們常用,然而我們?cè)谌粘I钌虾苌偬岬剿?/span>

       這種金屬替人類(lèi)服務(wù),卻并不用它自己的名稱。青銅、馬口鐵、焊镴、巴弼合金、活字合金、炮銅、镴箔、“意大利”粉、漂亮的搪瓷、顏料等等——這些物品花樣繁多,都很有用,然而許多人根本不知道,這些物品的最重要成分都是錫。


       這種金屬的性質(zhì)很奇妙,十分特別,有幾點(diǎn)性質(zhì)到現(xiàn)在還搞不清是什么緣故,在地球化學(xué)上還沒(méi)有得到詳盡的解釋。

       錫的源頭是地底下升上來(lái)的花崗巖巖漿,這種巖漿里含有大量的硅石,就是一般所說(shuō)的“酸性”巖漿。當(dāng)然并不是一切酸性巖漿里都有錫,所以我們到今天還不清楚,錫跟花崗巖的關(guān)系受著什么規(guī)律的束縛,為什么有些花崗巖里有錫,而另一些看來(lái)是一模一樣的花崗巖里卻沒(méi)有錫。

       還有一個(gè)有趣的問(wèn)題:錫是重金屬,但是甭看它重,它卻不像其他許多種重金屬那樣沉在巖漿的底部,而是浮在巖漿的面上,因而它總是留在花崗巖體的最上層,這是為什么呢?

       原因是這樣的:巖漿里熔解著多種的蒸氣和氣體,這些氣態(tài)物質(zhì)很容易飛散,當(dāng)中起著很大的作用的是鹵素——氯和氟。我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)知道,錫跟這兩種氣體即使在室溫下也能化合。在巖漿里,錫跟氯和氟反應(yīng)生成了極容易揮發(fā)的化合物——錫的氟化物和氯化物。正是由于當(dāng)時(shí)錫是在氣體狀態(tài)的化合物里,所以它能夠跟硅、鈉、鋰、鈹、硼等等元素的揮發(fā)性化合物一起向上踏出一條路,一直跑到在凝固著的花崗巖體的表層,甚至?xí)艹龌◢弾r的范圍,鉆到花崗巖上面其他種巖石的裂縫里去。

       到了花崗巖的上面以后,由于物理化學(xué)條件有所改變,錫的氟化物和氯化物便跟水蒸氣進(jìn)行反應(yīng)。于是錫就離開(kāi)了把它帶上來(lái)的氟和氯而跟水里的氧化合在一起,如此的生成物已經(jīng)不是氣態(tài)的物質(zhì),而是有光澤的固體礦物——錫石,這就是工業(yè)上提煉錫的主要礦石。在生成錫石的同時(shí),有時(shí)候還生成許多其他的重要的礦物,如黃玉、煙晶、綠柱石、螢石、電氣石、黑鎢礦、輝鉬礦等。


       花崗巖巖漿里揮發(fā)性的鹵化物可以生成很大的錫石礦床,但在不久以前我們知道,這并不是錫石礦床的惟一成因。這些揮發(fā)性化合物升到花崗巖的面上以后又經(jīng)過(guò)一段時(shí)期,也就是在最后一部分花崗巖巖漿凝固的時(shí)候,也能夠生成錫石。在那個(gè)時(shí)候,巖漿里的水蒸氣都冷凝成了液態(tài)的水,把好多種金屬的化合物——主要是硫化物——都從巖漿發(fā)源地引了出來(lái),帶到很遠(yuǎn)的地方去。這種作用過(guò)程中有許多點(diǎn)我們到現(xiàn)在還不很清楚。但是我們知道,巖漿里的錫也可以像這樣隨著硫一起出來(lái)。值得注意的是,這里硫的作用也僅僅是把錫攜帶出來(lái);錫一出來(lái),就像前面拋開(kāi)了鹵素那樣把硫拋掉,卻跟氧進(jìn)行化合,這樣生成的仍然是它自己最樂(lè)意生成的那種礦物——錫石。

       我們知道,還有好多種礦物也都含錫,但是所有這些礦物都十分少見(jiàn),有幾種更是特別稀少,因此它們?cè)诠I(yè)上的價(jià)值是根本談不到的。以前也罷,現(xiàn)在也罷,錫石始終是提煉錫的惟一的礦石,它的成分是SnO2,純凈的錫石里面大約含錫78.5%。

       錫石多數(shù)是黑色的或黃褐色的礦物。如果是黑色的,那就是因?yàn)樗需F和錳等雜質(zhì)。偶然也有蜜黃色或紅色的錫石,至于無(wú)色的就十分稀少。通常錫石的晶體非常小,由于錫石的硬度大,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,比重也大,所以它在花崗巖風(fēng)化的時(shí)候不易被破壞,也不被分散,而是跟其他重的礦物一起聚集在花崗巖被破壞的地方,在河床里或海岸上,有時(shí)候還形成含量豐富的沖積礦床。

       因此錫石主要不是從它的“原生礦床”里,而是從它的“次生礦床”——沖積礦床里開(kāi)采出來(lái)的。

       錫石開(kāi)采出來(lái)以后,開(kāi)始都要進(jìn)行選礦,也就是去掉它所含的多種雜質(zhì),然后才進(jìn)行熔煉。這就是利用燃料里的碳把錫還原出來(lái)。錫石里的氧跟碳化合變成二氧化碳溜掉,剩下的就是金屬錫。

       從錫石里提煉出來(lái)的純凈的錫是柔韌的銀白色(比銀的光澤稍稍暗些)金屬,有延展性。錫可以制成極薄的薄片,這一點(diǎn)是很特別的,錫的熔點(diǎn)是231℃。

       錫還有許多獨(dú)特的性質(zhì)。大家知道錫會(huì)“喊叫”,就是說(shuō)把它彎曲的時(shí)候能夠發(fā)出特有的響聲。另外還有一個(gè)奇異的性質(zhì),它對(duì)寒冷的感覺(jué)非常靈敏,這個(gè)特點(diǎn)是決不能忽視的。錫一受冷就會(huì)“生病”。這時(shí)候它就由銀白色慢慢變成灰色,體積逐漸增大,同時(shí)開(kāi)始破裂,而且常常碎成粉末。錫的這種病很?chē)?yán)重,就是所謂“錫疫”。許多很有藝術(shù)價(jià)值和歷史價(jià)值的錫器,都因?yàn)榈昧诉@種“病”而損毀掉。有病的錫還會(huì)把這種病傳染給沒(méi)有病的錫。幸虧“錫疫”是可以治療的。就是把有病的錫再熔化一次,然后使它緩慢地冷卻。如果這一操作(主要是冷卻過(guò)程)做得十分仔細(xì),那么錫就能恢復(fù)原形,恢復(fù)它原來(lái)的性質(zhì)。


       在遠(yuǎn)古時(shí)代,正是錫有力地推動(dòng)了人類(lèi)文化的進(jìn)步。人在很久以前就認(rèn)識(shí)了錫。人學(xué)會(huì)用錫比利用鐵早得多:在公元前五六千年的時(shí)候人還不會(huì)熔煉鐵,可是已經(jīng)會(huì)熔煉錫了。

       純凈的錫是柔軟而又不結(jié)實(shí)的金屬,不利于制造用品,但是在銅里面摻上10%的錫,便制成一種金黃色的合金——“青銅”,它的質(zhì)地優(yōu)質(zhì):比純凈的銅硬,極容易澆鑄、煅打和加工。如果我們把錫的硬度定做5,那么銅的硬度就是30,而銅跟少量的錫煉成的合金——青銅的硬度是100~150。青銅的這些性質(zhì)使人類(lèi)有過(guò)一個(gè)時(shí)期廣泛地應(yīng)用它,考古學(xué)家甚至特別劃出了一個(gè)歷史時(shí)代,叫做青銅器時(shí)代,那時(shí)候所使用的勞動(dòng)工具、武器、生活用品和裝飾品大都是用青銅造的。當(dāng)時(shí)人們是怎樣發(fā)現(xiàn)這種不錯(cuò)的合金的,這一點(diǎn)我們現(xiàn)在還不知道??梢约俣ǎ?dāng)時(shí)人們不斷地熔化混有錫的銅礦石(我們現(xiàn)在也可以找到銅和錫的這種“復(fù)合”的礦石),最后終于關(guān)注到了銅和錫的混熔的結(jié)果,這樣就懂得了這種合金的用途。

       古代提純金屬的方法很粗糙,利用現(xiàn)代精密的分析方法,可以把古代金屬里所含的許多種微量的雜質(zhì)(元素)逐個(gè)檢查出來(lái)。知道了它里面含的雜質(zhì),有時(shí)候就可以推測(cè)出來(lái),古代人是在什么樣的礦里開(kāi)采出銅和錫來(lái)制這件器皿的。假如歷史學(xué)家或考古學(xué)家能夠考證說(shuō)明,某一件青銅器就是在它出土的地方制得的,那么地質(zhì)學(xué)家和地球化學(xué)家就應(yīng)該馬上在這個(gè)地區(qū)里勘探錫礦。這樣就很可能很快找到早已被人遺忘了的錫礦。


       錫跟鉛、銻等等金屬也都能生成質(zhì)地優(yōu)良的合金。

       合金是現(xiàn)代技術(shù)上的奇葩,是起著“魔術(shù)”變化的世界。兩種或者多種金屬熔化在一起的時(shí)候,這些金屬的原子就改變搭配的方式而產(chǎn)生種種“奇跡”,前蘇聯(lián)科學(xué)家早已研究并且解釋了這些現(xiàn)象。由于合金內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)有了變化,合金的性質(zhì)就和它所含的任何一種金屬的性質(zhì)都不同。例如,由柔軟的金屬熔成的合金的硬度,常常是大出人意料。

       錫跟鉛的合金叫做巴弼合金,在巨大的、精密的儀器和機(jī)床里面,如果有鋼軸轉(zhuǎn)動(dòng)得非??欤瑸榱朔乐顾鰡?wèn)題,就要用到巴弼合金。所以這種合金又稱做“減摩合金”,因?yàn)樗浅2蝗菀啄p(拿術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),就是摩擦系數(shù)很低)。它在技術(shù)上的意義是極大的:它可以大大地延長(zhǎng)貴重機(jī)器的使用年限。

       錫可以“焊接”別種金屬,這個(gè)性質(zhì)也很重要;我們技術(shù)上應(yīng)用的所謂“焊镴”——錫跟鉛和銻的合金,即利用錫的這個(gè)性質(zhì)的。

       錫在印刷業(yè)上的用途或許還不是每個(gè)人都了解的。錫是所謂“活字合金”里的主要成分,利用活字合金能夠澆成鉛字,澆成“鉛版”。


       白色的氧化錫粉末通常叫做“意大利粉”,用它來(lái)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鏡面一樣光亮,這是用任何別的物質(zhì)所辦不到的。

       錫的很多種的化合物都廣泛地用在化學(xué)工業(yè)上和橡膠工業(yè)上,用在印花布工業(yè)上,用在毛和絲的染色上,還可用來(lái)制造搪瓷、釉藥、有色玻璃、金箔和銀箔;至于錫在軍事工業(yè)上的極其重大的意義,那更不必說(shuō)了。

 


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