PDF《近代中国炼锑技术的变迁 （ 1896 ~ 1949 年）》

《中国科技史杂志》 第33 卷第1期(

2012 年) :

67 ~

79 The Chinese Journal for the History of Science and Technology Vol.

33 No. 1( 2012) 近代中国炼锑技术的变迁(

1896 ~

1949 年) 傅建球 ( 湖南工程学院 经济学院, 湖南 湘潭 411104) 潜伟(北京科技大学 科学技术与文明研究中心, 北京 100083) 摘要近代中国炼锑技术的发展经历了生锑冶炼(

1896 ~

1907 年) 、 西法 锑氧- 纯锑冶炼(

1908 ~

1918 年) 以及土法锑氧- 纯锑(

1919 ~

1949 年) 三个阶段. 生锑冶炼采用坩埚熔析法, 西法锑氧- 纯锑技术采用在制炼锑氧的基础上制炼纯 锑的间接法纯锑生产工艺, 土法锑氧- 纯锑技术本质上是对西法锑氧- 纯锑技术 的模仿和本土化改造.炼锑技术的变迁表明, 促进炼锑技术演变的直接因素是 技术的适用性与技术主体的技术能力之间的相互作用, 那种以技术退步为代价 的技术土法化往往会损害技术和产业的发展. 关键词 锑冶金 技术史 炼锑炉 土法化 中图分类号 N092∶ TF-092 文献标识码 A 文章编号 1673-1441( 2012) 01-0067-13 收稿日期: 2010-08-31;

修回日期: 2011-12-11 作者简介: 傅建球,

1977 年生, 湖南祁东人, 北京科技大学科学技术与文明研究中心博士, 现任湖南工程学院 讲师, 主要研究产业技术史、 技术管理与科技政策;

潜伟, 江西赣州人,

1972 年生, 博士, 北京科技大学科学技术 与文明研究中心教授, 主要研究科学技术史、 科学学理论、 科技政策与管理. ① 近代中国 锑 的发现究竟始于何时已较难考证.据现有资料, 近代中国锑矿的最早发现应不迟于

1893 年湖 南宁乡开采锑矿的尝试 ( 《宁乡县志・故事编第三》 , 民国刻本) .1895 年前后近代湖南的几大著名锑矿区被 相继发现, 此后湖南的锑业开始如火如荼地发展起来, 开启了近代中国锑业的新篇章. 锑作为一种稀有金属在人类社会的生产和生活中占有重要地位, 然而长期以来技术 史家们对于锑冶金技术史的关注甚少.泰莱科特( R. F. Tylecote) 简略介绍了近代苏格 兰锑矿的开采和冶炼概况 [1 ] , 麦卡勒姆( R. I. McCallum) 对于历史上锑的冶炼技术略有 提及, 但缺少中国锑冶炼技术的论述 [2 ] . 中国是世界上发现、 利用锑较早的国家之一.近代中国锑的最早发现和重大技术进 展大多发生在湖南, 湖南炼锑技术的变迁基本上代表了近代中国炼锑技术的发展脉络.

1895 年前后, 湖南境内首次发现锑矿并开始了规模化开采① .此后, 近代中国炼锑技术的 发展大致经历了三次重大变迁, 第一次为

1896 年湖南的大成公司引进日本的生锑冶炼技 术, 在长沙建立炼厂, 开辟了我国生锑冶炼的先河 [3 ] ;

第二次为

1908 年湖南华昌公司引进 法国赫伦士米特( W. Herrenschmidt) 的挥发法炼锑技术并在长沙建立纯锑炼厂, 开创了 近代中国锑冶金工业的锑氧- 纯锑工艺新时代;

第三次为

1914 年前后, 在模仿华昌炼锑技 术的基础上, 湖南出现了土法锑氧- 纯锑技术, 并在

1919 年前后逐渐成为中国主流的炼锑 中国科技史杂志33 卷 技术模式.总结来看, 近代中国炼锑技术的发展经历了三个阶段, 即1896 ~

1907 年的生 锑冶炼技术阶段;

1908 ~

1918 年的西法锑氧- 纯锑技术阶段与

1919 ~

1949 年的土法锑氧- 纯锑技术阶段. 国人对中国近代的炼锑技术尤其是近代湖南炼锑技术已有一些研究.《锡矿山锑矿 志( 1897―1981) 》 [4 ] 较详尽地梳理了近代湖南锡矿山锑的开采和冶炼技术的演变.赵天 从著 《锑》 [5 ] 的前言中介绍了锑的冶炼技术简史.欧庭高 [6 ~

8 ] 较完整地勾勒了近代中国 ( 湖南) 锑冶金技术的发展, 将其分为

1897 ~

1918 年的技术引进和

1919 ~

1949 年的技术 改进两个阶段, 并对各阶段的冶炼技术进行了描述, 但是他重点是探讨在经济与政治等 环境因素影响下炼锑技术的发展演变, 而对具体工艺技术的探讨较为粗略, 大量的技 术细节未能厘清.因此, 我们有必要对相关史料进行全面系统的挖掘和梳理, 着重从 技术内史的角度深入研究近代中国炼锑技术的工艺流程与演变历程, 并做出一些理论 探讨.

1 1896 ~

1907 年的生锑冶炼技术

1896 年湖南的大成公司引进日本的生锑冶炼技术, 在长沙建立炼厂, 开辟了我国生 锑冶炼的先河.生锑即纯净的硫化锑, 含锑约 70% .1907 年前的湖南炼锑企业只能进行 生锑的冶炼, 其冶炼技术即是所谓的坩埚熔析法.该法的基本原理是利用高纯度辉锑矿 受热融化分解而析出金属硫化物即硫化锑. 1.

1 生锑的冶炼流程 图1生锑冶炼流程图 据文献[ 4]第52 页记载生 锑的冶炼主要流程( 图1) 为: 锑 矿砂在经过手工拣选以后, 分成 花砂、 青砂和废石.花砂为含锑 量较低之矿砂(约10% ~ 20% ) , 需经锤碎和淘洗后变为 可入生锑炉之砂;

青砂为含锑量 较高之砂( 约50% ~ 60% ) , 经 锤碎后可直接入炉.经生锑炉 冶炼以后得到的生锑可以直接 打包上市, 而炉渣和烟磺( 氧化锑) 等均废弃不用. 1.

2 生锑罐炉的构造 熔炼生锑的炼炉称生锑罐炉, 是生锑冶炼的主要设备.炉为长方形, 以火砖围砌而 成.图2和图

3 分别为生锑罐炉剖面图和外观图.炉内成套配置耐火泥做成的盛罐与受 罐;

盛罐的底部有指头大小之孔, 与受罐侧面所开之直径约

10 厘米的圆孔相套合( 图4) . 通常

4 套盛罐、 受罐相连, 组成生锑罐炉一排.炉的长短, 通常长 3.

6 米, 高1.

3 米, 炉之 前后, 每套盛罐、 受罐各开一门, 前者用以加料, 后者用以出锑, 前门之下, 辟一风门, 以供 空气, 烟道互相连通, 从地下汇集于烟囱的底部, 炼炉所出之硫烟废气则均由烟囱排出.

8 6

1 期 傅建球等: 近代中国炼锑技术的变迁(

1896 ~

1949 年) ( [ 4] ,

50 页) 图5为湖南益阳板溪久通公司①

20 世纪

30 年代所使用的生锑炼炉. 炼罐即冶炼所用的坩埚, 其制作方法为 : 罐为火泥所制, 先将泥调熟, 以木棒为模, 在模 上套以布衣, 将泥涂于其上.用手制造, 与制瓦无异, 然后将木棒抽出, 干后待用 [10 ] . 1.

3 生锑熔析过程 从现代冶金学的角度来看, 生锑的冶炼是一个单纯的熔析过程, 即将高品位的辉锑矿 ( 一般含 Sb 需达 40% ~ 60% ) 在坩埚炉内加热到高于其熔点(

546 ~ 556℃) , Sb2 S3 便熔化 析出, 与脉石分离后得到生锑. 刘基磐撰 《湖南之锑业》 [11 ] 记载近代湖南生锑熔析过程为: 碎砂盛于煮砂罐中, 每罐容矿约六十斤, 将罐口封闭, 熔炼两小时, 液质生锑, 流 入受锑罐, 渐聚至满, 然后倾入模型, 铸成锑块, 每块重约十六磅. 郭绍仪等撰 《第一次湖南矿业纪要》 [12 ] 所载生锑生产的规格为: 锑块装置木箱内, 箱外加钉铁箍, 以便运送.计每箱重约二百二十四磅, 每吨十 箱.生锑成分, 可由百分之七十至百分之七十五.四罐一排的生锑罐炉, 每昼夜可产

9 6 ① 创始人为梁焕奎, 其前身为近代湖南最早的锑矿开采企业― ― ―湖南益阳板溪锑矿, 开办于

1896 年, 官办, 后 因经营不善转归商办, 梁焕奎

1899 年承顶, 改名益阳板溪久通锑矿公司,

1908 年梁焕奎组建湖南华昌炼矿公 司时, 久通公司亦并入华昌公司. 中国科技史杂志33 卷 生锑一吨左右.

2 1908 ~

1918 年的西法锑氧- 纯锑技术① 近代中国锑业发展过程中的最重大事件之一当是

1907 年湖南华昌炼锑公司斥巨资 引进当时世界上最先进的挥发法炼锑技术②, 即在制炼锑氧的基础上制炼纯锑的间接法 纯锑生产技术, 开始了近代中国从生锑生产向纯锑生产的过度, 极大地推进了近代中国炼 锑技术的进步. 2.

1 炼锑流程 翁文灏撰 《锑矿纪要》 [15 ] 记载当时华昌公司的炼锑, 将 矿砂由窿内取出, 先在窿外 拣选后, 运至炼厂旁之槌砂厂, 由槌砂工槌成一至二英寸径之碎块 ;

然后按照图

6 的流 程进行制炼. 图6炼矿流程图( 采自: [ 13]第17 页) 辉锑矿是一种既易于氧化又易于挥发的硫化物, 通过氧化焙烧, 一般能得到两种氧化 物: 锑氧三( Sb2 O3 ) 和锑氧四( Sb2 O4 ) .前者易于挥发, 后者较为固定.实验证明, 硫化锑 矿既可以进行完全挥发焙烧生产 Sb2 O3 , 也可进行非挥发焙烧以获得 Sb2 O3 或Sb2 O4 .华 昌公司正是利用硫化锑矿易于氧化挥发的这种特性, 采用了所谓的挥发焙烧( 熔炼) ― ― ― 还原熔炼炼锑工艺: 先使硫化锑与矿石中的脉石分离, 然后将氧化锑再还原得到纯锑.因 而这种炼锑技术的关键是锑氧和纯锑的制炼. [13 ] 2.

2 锑氧的冶炼 炼厂一般根据锑砂成分的高低分别采用两种锑氧炉: 一为旧法锑氧炉, 也称反射烘砂 炉;

二为新法锑氧炉, 也称人字炉、 赫氏炉. 郭绍仪等撰 《第一次湖南矿业纪要》 记载的反射烘砂炉的形状及产量为: 作长方形, 于其一端安置火炉, 炉分数级, 置研成粉末之生锑于炉中各级之上, 而07①②本文作者的另一篇论文 ― ― ―《近代中国技术引进的案例: 华昌公司挥发法炼锑技术》 [13 ] 已对西法锑氧- 纯锑 技术进行了详尽的叙述, 此处从简.

1907 年湖南华昌公司以七万两白银购买了刚刚由法国冶金专家赫伦士米特发明的挥发法炼锑技术专利,

1908 年华昌公司长沙炼厂第一批炼炉落成, 开始试炼纯锑 [14 ] .

1 期 傅建球等: 近代中国炼锑技术的变迁(

1896 ~

1949 年) 渐次驱逐其硫磺, 使成锑氧四.……用旧法如系硫化锑富矿, 亦可省去炼成生锑之手 续, 即选用锑矿碎为粉末, 在烧矿炉内炼成锑二氧四.( [ 12] ,

31 页) 每日每炉可烘生锑二千四百磅, 约得锑氧四二千二百磅.( [ 12] ,

25 页) 上述反射烘炉其实是利用高成分硫化锑矿在反射炉中完全氧化燃烧制取不挥发 的Sb2 O4 . 新法锑氧炉即华昌公司

1907 年引进的炼炉.图7是华昌公司锑氧炉示意图. 图7华昌公司赫氏锑氧炉示意图( 采自: [ 12] 第23 页) 郭绍仪等撰 《第一次湖南矿业纪要》 记载的氧炉构造与作业流程为: 炼炉每座系用熔炉两口, 凝积室五间, 风扇一架组合而成.又凝积室最后两间上 面装置人字形冷凝管八个.熔炉 a 或a'

为一耐火砖造成之正方柱身, 炉底铁柱 b 为 数十二, 排列如图所示.炉顶当中小孔为物料加入之处, 靠顶前面曲管 c 为引导瓦斯 入冷凝系统之路.凝积室末端之风扇 i, 一经电力发动机发转后, 则熔炉内之瓦斯即 被被吸而入冷凝系统, 经由风扇受压力而至地下烟路, 以达最后之木制凝积室.同时, 熔炉外之空气乘势由炉底流入, 使氧化作用进行不已.( [ 12] ,

22 ~

24 页) 分析来看, 新法锑氧炉包含焙烧炉、 冷凝系统、 抽风机、 水淋塔及沉淀池五部分, 利用 Sb2 O3 受热易挥发的特点, 在富氧条件下将低品位矿砂低温焙烧, 氧化成气态的 Sb2 O3 , 然 后利用抽风机使 Sb2 O3 通过一系列的冷却装置而最终得到较为稳定的粉状 Sb2 O3 结 晶物. 2.

3 纯锑的冶炼 锑矿砂经上述氧炉提炼之后即成为锑氧, 锑氧要制炼成纯锑还需进一步提纯, 提炼纯 锑的炼炉称为纯锑炉.图8是纯锑炉示意图. 郭绍仪等撰 《第一次湖南矿业纪要》 记载纯锑的冶炼过程为: 炼炉依反射炉之结构而造成, ……炼炉每座于二十四小时内可炼锑氧二吨, 分两 次加入.每次取锑氧三约一吨和白炭百分之二十及曹达百分之四, 由工人在炉侧搅 匀后用铁铲装入, ……燃料用烟煤及松柴.( [ 12] ,

24 页) 上述纯锑的冶炼过程其实是采用木炭( C) 为还原剂, 用纯碱( Na2 CO3 ) 作为熔剂, 利 用反射炉把氧化锑( 主要是 Sb2 O3 ) 进行还原熔炼的过程.

3 1919 ~

1949 年的土法锑氧- 纯锑技术 一战结束后, 由于国际市场需求锐减, 中国锑业陷入急剧的衰退之中.锡矿山矿

1 7 中国科技史杂志33 卷图8华昌公司纯锑炉示意图( 采自: [ 12]第24 页) 区的一些炼厂开始尝试生产纯锑, 且范围不断扩大, 于是纯锑冶炼技术逐渐成为了 战后主导的生产技术.此一时期发展起来的纯锑冶炼技术可称之为土法锑氧- 纯锑 技术, 原因是这套技术是在前述西法锑氧- 纯锑技术的基础上经过土法改造而发展起 来的. 土法锑氧- 纯锑技术与新法炼锑的工艺流程基本一致.因而, 土法锑氧- 纯锑技术的 基本流程就是先用土法氧炉制炼锑氧, 然后在土法纯锑炉中制炼纯锑, 而炉渣则用马蹄锑 炉进行................