当前位置: 工艺玻璃 >> 工艺玻璃资源 >> 末世文明重启法则纯碱与玻璃
虽然玻璃在我们生活中看上去并不起眼,也容易被忽视。但在我们的文明发展历程中同样意义重大。作为人类制造出来的第一批合成材料之一,玻璃在公元前年的某个时刻诞生于美索不达米亚最早的城市摇篮中。但在末世文明,我们得先抛开那些美轮美奂的工艺品,先来介绍如何制造玻璃这一基础问题吧。
玻璃工艺我们知道,玻璃是由融化的沙子制成的,或者更精确一点说,是用提纯的硅石(二氧化硅)制成的。但是仅仅将一把沙子撒进火里不会有任何结果,这只能把火扑灭。问题在于硅石熔点极高,大约为°C。这远远超过了简单的烧窑能够达到的温度知道其主要成分无助于你实际制作出玻璃:这也是我为什么在此之前要用一整篇的文字来讲黏土。
末世实用生活指南——“文明之基”黏土
闪电熔岩
玻璃有时候会自然形成:如果你在沙漠中挖掘,说不定会幸运地挖出熔融的硅石形成的长而中空的奇特管道,这种管道往往有着植物根系一般错综复杂的形状。这样的结构叫做“雷击石”、“闪电熔岩”和“凝固的闪电”,是闪电击中干燥沙地时形成的。电流涌入地下,产生了足以令硅石颗粒熔化并结合成玻璃管的高温。
闪电熔岩硅石熔剂与玻璃
既然我们无法直接驾驭闪电的力量,为了制造玻璃,就必须能够利用合适的辅助剂,把硅石的熔点降到烧窑能够达到的温度。
草碱和苏打都可以在玻璃制造过程中充当良好的硅石熔剂。传统上,人们使用的碱是木材燃烧后提取的草碱(草木灰法),沿海地区也有利用煅烧晒干的海带来获得。
但苏打(纯碱)的大规模制造相对要容易得多——所以如今制造窗户和瓶子的玻璃绝大多数都是碱石灰玻璃。
工业制碱主要用“侯氏制碱法”也被称为“联合制碱法”,是以氯化钠、二氧化碳、氨和水为原料,制取纯碱,副产氯化铵的过程。在中国的联合制碱中,一般采用一次碳化、两次吸氨、一次加盐、冰机制冷的联合制碱工艺流程。
先使氨气通入饱和食盐水中而成氨盐水,再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液。其化学反应原理是:NaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3↓+NH4Cl将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体,再加热煅烧制得纯碱产品。2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑放出的二氧化碳气体可回收循环使用。含有氯化铵的滤液与石灰乳[Ca(OH)2]混合加热,所放出的氨气可回收循环使用。氨碱法的优点是:原料(食盐和石灰石)便宜;产品纯碱的纯度高;副产品氨和二氧化碳都可以回收循环使用;制造步骤简单,适合于大规模生产。
工业联合制碱玻璃吹制工艺
回到正题,获得纯碱后,只要在黏土烧制成的瓷坩埚中装上硅石颗粒、苏打晶体以及石灰。在烧窑的热量中,碳酸钠分解(释放出CO2二氧化碳)并被硅石吸收,将其熔点降低到可以成功在烧窑的温度下制造出玻璃。一开始玻璃中混有释放出的二氧化碳和氧气、氮气,形成多气泡的熔融混合物。因此应当使用温度很高的烧窑,让熔化的玻璃保持很高的流动性,而坩埚应当留在里面足够长的时间,让这些气泡跑出去,留下清澈的玻璃。同时另一种添加剂生石灰,则会让玻璃变得不溶于水:我们在之前一篇就讲过末世文明重启法则——锻造石灰
熔化状态的玻璃可以直接从坩埚倒进模具。但是利用它的一种有趣性质,还有另外一种有用得多的制作方法。玻璃的不同寻常之处是它没有固定的熔点。玻璃的黏性(或者流动性)在一定温度范围内变化巨大,所以你可以在它已经软化但并不太易于流动的最佳状态下进行加工——这就是玻璃吹制工艺。在黏土或者长金属管一端沾一坨玻璃融液,便能够往玻璃当中吹入空气。你既可以在半空中旋转它,吹制出想要的形状,也可以将它吹进模具,迅速制造出瓶子之类的物体。
玻璃吹制工艺理想材料场地
玻璃的基本材料硅石构成了地幔和地壳的40%多。它是地球岩石最丰足的成分。但是硅石常常与很多其他成分混在一起,比如说,很多沙子所呈现的褐色是氧化铁造成的,这种成分会令做出的玻璃呈现绿色——做酒瓶合适。但能做出清澈玻璃的最佳原料是白沙或者其他未经污染的硅石。
我设想了一下在末世的背景,发现如果要想尽快制造出清澈的高品质玻璃,热带海滩或许是收集齐三种原材料的理想地点:不含铁的白沙、用来提取纯碱的海藻以及用来缎烧石灰的贝壳或珊瑚。
完美的白色沙滩玻璃应用
玻璃适合做成窗户的主要性质自然是透明。但实际上,玻璃有很多重要的属性是其他材料都不具备的:它使我们得以研究自然现象,测量它们的效果,从而开发出更加强大的技术,比如气压计和温度计是最早被发明出来的两种科学仪器。而显微镜载玻片的原理,也是薄片状的样品可以附着在透光基片上这个事实。
此外玻璃还相当坚固,可以制作能够容纳真空的气密外壳。真空管可被用于产生X射线,在发现电子及其他亚原子粒子的过程中,真空管也曾起到关键的作用。
真空管除了具备透明、抗热和坚固等,玻璃基本上还是惰性的。这是各种各样化学研究工作的核心。如果没有种既不活泼又能够透光的材料,使我们得以在不沾染反应物的情况下观察反应过程,很难讲化学会如何发展。
从最根本的意义上来讲,玻璃改变了我们对世界的看法。不管是作为建筑材料还是实施科学研究所需的重要入门技术,玻璃对重启文明的作用都是很重要的。