越沧海-第156章
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要解决三个问题：第一，怎么把天然的硝石当中和天然硫磺当中的杂质去除；第二，使用硝石、硫磺、竹炭三种材料调节其配比，选出爆炸威力最大、爆炸后固体残渣和黑烟最少的比例；第三，发明一种更加安全而且效果优良的火药颗粒研磨、混合工艺，从另一个角度提高火药爆破时的瞬间反应速度。
第一个问题相对来说还是比较好解决的，钱惟昱有后世的化学知识基础，也知道黑火药中真正起作用的硝石成分是硝酸钾，而天然硝石则是多种金属离子的硝酸盐混合物，除了硝酸钾之外，还有硝酸钠、硝酸钙。把这些金属离子去掉的最好办法就是把硝石磨碎溶于水后，混入其他钾离子浓度较高的碳酸盐——比如常见的草木灰，就是钾碳酸盐。
后世随便拉一个初二的学生，只要不是化学课学渣，都知道碳酸钙就是石灰石沉淀物、不溶于水。所以通过这种反应就可以把其他易于产生不溶性物质的金属离子置换出来，留下纯净的硝酸钾。
相比于硝石的有效成分硝酸钾，天然硫磺的提纯要复杂一些——主要是不同国家、不同产地、不同矿区的天然硫磺当中，所夹杂的杂质情况也是不一样的。比如中国因为缺少活火山结构，大部分天然硫磺都是在沉积层当中存在，粘土、方解石杂质很高，有些劣品的国产天然硫磺只有四成多品位的纯硫含量，用那种东西去制造火药、自然会导致单位重量的爆炸能量衰减数倍。
因此，钱惟昱在硫磺问题上采用了双管齐下的办法——首先，直接使用品位更高的硫磺原矿。从多火山地质结构、天然有采硫优势的日本获取硫磺供应。尤其是九州的阿苏山地区，历史上南宋时候每年可以给南宋提供大约五万石的硫磺供应，几乎包办了后来南宋军队中火器对硫磺的需求。阿苏山的新鲜地层日本硫磺几乎没有粘土、方解石，只有沥青和一些微量元素等杂质。微量元素影响不大，而单一去处硫磺原矿当中的沥青的话，只要使用浮选法把矿物放入水中搅拌、加料，利用浮力差异把两者分开即可。
在钱惟昱再次视察之前。沈默已经花了一个多月的时间把硝石的粉碎和溶液提纯法总结完善了出来，又用了两个多月把仅含有沥青为主要杂志的天然硫磺搞定了，剩下的，便只是反复配比的活计了。
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第206章火药曙光
在苏州军器监的一间密室里、钱惟昱面前的桌案上，放着三堆颜色各异的物质。第一堆是白色的粉末状晶体，那便是提纯后重新结晶的硝酸钾了；它右边是一种有片状晶体结层结构、但是也略微带些黏性的明黄色物质，那是含有微量毒性元素的硫磺；最后则是略带银霜般反光的纯黑色细粉，自然是用多孔疏松的安吉竹炭锻碎了的粉末。
当初钱惟昱之所以坚持让军器监选用竹炭制作炭粉，看中的就是竹子煅烧出来的炭比木炭更加疏松多孔、毛细表面积大，这样的材料在集中固体混合物的化学反应中更容易快速、充分地反应，强化瞬间的反应爆发力。后世的嘉兴安吉，号称活性炭之乡；那里的竹子烧出来的炭表面积大、吸附性好是出了名的。
除了这几堆原材料之外，沈默还提供了足足十几种黑色的黏性小球状颗粒物，这些都是已经做成丸子的火药样品。三者的配比大约是硝酸钾至少占到全重的六成以上，而炭粉则是仅仅保证不少于硫磺，其他一些微调的参数就只有靠试的了。
“全部点一次，演试一下吧。”钱惟昱盯着那些火药颗粒看了半晌，从外观看不出问题，便让一旁的沈默负责试点。沈默用戥子秤各自从每堆配方里称出两钱火药、放入一个陶罐里面，再把陶罐放进室外一块用大铁皮围拢起来的空地。然后依次把火药点爆。
第一个方子爆炸的时候，钱惟昱着实被响声吓了一跳，毕竟来到这个世界后，已经七年没有听到爆炸声了，这种久违的感觉实在是有些过分的亲切。但是听了几次之后，就觉得有些问题了，因为听上去其实都差不多。
“沈先生，你原本都是靠什么法子来判断两个方子哪个威力更甚的呢？”
“主要就是靠听的，另外就是看同样分量的火药，哪个可以把陶罐的碎片炸得更远、或者是飞溅在大铁皮围栏上能够刻凿出更深的伤痕……”
钱惟昱听了这个解释，顿时脑门上开始爬黑线了。早知道他就该提前一两个月抽出时间过来多视察几次。这沈默虽然是这个时代难得地科学人才了，也知道设置对照组实验，但是毕竟是不懂化学啊。
“沈先生，以后不要用那种不着调的方法来判断威力了——孤教你，每次取两钱**，点燃爆破后把碎陶片都捡走，把剩下的残渣粉末重新一块块，然后混合，再尝试用火焰点燃一次，一直到只剩下完全不会爆炸不会燃烧的死灰为止。然后，用戥子秤称一下这些灰烬的分量——最后留下固体灰烬分量最少的，自然就是利用效率最高的配方。”
钱惟昱颇有身为穿越者优越感地、居高临下教导了沈默一条新办法，不过谁知沈默眼中居然反光一闪，随后颇为得意地反驳道：“殿下所见甚是……不过卑职也已经试过殿下说的那个方法的。只是，有几个配方无论怎么试，最终彻底焚烧后留下的残渣都是一样重的……”
“什么？这不可能！”钱惟昱被那个用实验数据说话的家伙给打击了，心中下意识的就觉得沈默所言实在荒谬、不符合化学原理……不过这种想法仅仅持续了数秒，钱惟昱就收住了自己的想法。
他忘了排除空气中的氧气问题了！硫磺、木炭，本来就是在空气中没有任何其他固体氧化剂就可以自然燃烧的，只要那些配方当中不可燃的硝酸钾没有过量的话，那么无论硫磺竹炭多了多少，用煅烧法来诊断，都只会得出所有东西都烧光了这一个结果。
想明白了这一点之后，钱惟昱马上就想到了对策：“那下一次就把这些火药残渣研磨混合好之后，再密封到一个加了泥封的小酒坛子里面，要尽量小，然后在封盖上插入火绳点火。那样可以把空气中的氧气因素排除掉……”
“氧气？请问殿下何谓氧气？”
“呃……你只要照做就行了，无需理会什么是氧气！”
……
在钱惟昱的指导之下，实验进度果然快了很多，整个苏州军器监火药司的核心人员一起动手，每次十组配方十组配方的试，最后终于试出了一组配方，约摸是提纯后的硝石占七成二、竹炭粉占一成五、硫磺粉占一成三——
当然了，这组配方只是瞬间爆发力最强的配方，并不是持续总能量释放最高的配方。事实上如果在对“燃烧”要求更高、而对“爆炸”无所谓的话，把可燃的硫磺和炭粉配比加重也是一个不错的选择，那样就更适合于制造出类似于宋朝时候的毒烟蒺藜弹、突火枪等等燃烧持续时间久、爆炸力弱地武器。
只不过，如今钱惟昱弄火药是用来进行炸山开路的实验的，自然要做到极限追求瞬间的爆破爆发力了。
配方比例搞定之后，最后剩下的就是研磨混合的问题了——经过反复试验，刚才那组配比的配方是爆炸时固体成分利用率最高、爆破后固体残渣最少的。但是，那并不是一次性就完成的——正如钱惟昱要求的那样，沈默当时也是把火药点爆了一次之后，把残渣收起来重新研磨粉碎混合，最后再点一次，留下绝对不可燃的固体。
之所以第一次点火的时候，不能充分爆炸干净，就是因为硝酸钾这一氧化剂和其他可燃剂之间没有混合充分。
翻炒火药是非常危险的工作，而且经过后世的经验证明，完全是没有起到应有的价值，钱惟昱自然不打算学习那种粗陋的方法。把三种药物彻底混合之后再研磨更是自杀性的做法。
幸好钱惟昱的基础化学知识让他可以知道这三种药粉当中哪些是氧化剂、哪些是还原剂。因此只要确保氧化剂只和氧化剂混合研磨、还原剂和还原剂在一起研磨，最后才小心地混合、充分搅拌即可。
基于这种指导思想，钱惟昱让沈默尽管放心地去把硫磺和竹炭粉研磨细了之后混合在一起，继续用捣臼和磨子混合均匀、细碎成粉。而硝酸钾就只有单独研磨了，磨到同样细碎之后，再把硝酸钾掺进硫磺和竹炭的充分混合物里。这时候就只能轻轻地搅拌了，还要用大铁链子连接在混合火药的锅子里、另一端抛在地上。这段铁链可以起到接地保护的作用，引走可能由于摩擦引起的静电，这样就不会因为翻搅时候的摩擦静电激发火星、引燃火药了。
……
研磨混合的方法改良之后，不过数日，到了六月中旬，就有一批新的火药面世了。首批次沈默也没敢大批量生产，只是做了约摸两炒锅、几十斤的分量。经过少量引爆实验来看，爆破后剩余的固体残留物已经非常微少，而且在一次爆破之后钱惟昱用舌尖微微舔了一下爆破后的火药残渣，随后马上漱口清口。从那种苦涩麻痹的滋味来看，剩下的应该只是硫化钾而已。
是时候进行工程应用的实验了。
次日一大早，钱惟昱命林仁肇拨了一个指挥、五百人的镇海新军士卒，择其可靠忠勇之士，到苏州城外虎丘山立砦围了一块地皮、随后寻找一处怪石嶙峋的所在。虎丘山虽然不高，但是后世好歹是著名的假山园林景点，那些天然而成的整块、坚实巨石还是很好找的。
沈默带着军器监的一队铁匠，用大锤和铁钎，找到几处数丈长短的整块假山，然后在上面凿出一排拇指粗细、深约数尺的孔洞来。随后把新式的火药全部灌进去、填塞夯实了。再用黏合的糯米汁夯土封住打出来的洞口、尽量减少火药爆破威力往这个方向的宣泄。
同样，为了检验爆破效果的对比，这些工匠不仅有挖凿直孔，也有挖凿一些略微带些曲度的奇形孔洞，这些孔洞在出口部位往往有些拐弯抹角的转折，更不容易泄了爆破的劲道。
“回禀殿下，所寻三处巨石、各高三丈有余、深广两丈。每处****眼六孔、粗五分、深四尺，每孔灌填火药一斤半。三处一十八孔总计用药二十七斤，请殿下查验。”
“不必查验了，让众军士退开、每处各拉二十丈的引火线。命工匠点火后退开便可。”
沈默依令而行，马上把导火线布好了。其余护卫军卒也不知道这东西的威力，倒早早地退开了足足五十丈开外。三名点火工匠在二十丈外用火褶子点了药线，也马上返身奔逃，二十丈的药线足足能烧几十秒，也够这些工匠跑得和卫兵一样远了。
“轰轰轰！”三声巨响接踵而至，三座数丈高的假山轰然一挫，随后拦腰崩断倒塌。黑火药的爆破威力虽然只有硝化棉之类最初级无烟火药的两三成，但是经过钱惟昱精益求精的改良后毕竟还是不错的。加上虽然材料不行，但是钻炮眼定向爆破的工艺却是直接从千百年后抄袭而来的，两相找补之下竟然也能做到把数丈假山炸断。
原本，就算用修都江堰的李冰所用的“冰火两重天”之法，要想开凿掉一块三丈见方的大石，起码也要数百人持续十天的工时。现在，三千个壮劳力一天的工时，就被十斤火药搞定了——一斤新式火药用在开山炸石的基建工程上，就可以抵上三百苦役一天的活。
“这就是孤想要的！速速让军器监全速生产这种新式火药！硫磺硝石市舶司的商船队会源源不断从日本运来的。今年秋天，孤就要五万斤火药开采佐渡金山和生野银山！另要十万斤火药用于给十叔开凿兰溪江和闽江的暗礁！”
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第207章火药初阵
历史上，一直到南宋晚期的时候为止，日本的硫磺矿最大产能可以攀升到大约每年开挖5万石的程度。这些硫磺绝大多数都是作为日本对南宋的主要海外贸易出口物资，冲抵一部分中原向日本输出的丝茶、瓷器、香料带来的贸易逆差。
当然了，并不是说敞开了可劲儿挖一年也只能挖这么多，而是因为南宋军需最巅峰的时候，也只要用到这些火药而已。另一方面，日本的硝石产能远比其硫磺产能要低下，而中原的天然大型硝石矿也多是在西域地区，南宋时候因为疆域的限制、宋廷无法得到西域的大型硝石矿，所以除了一小半硝石依靠自产和日本输入外，剩余的大部分硝石都只有通过海贸的渠道由阿拉伯商人输入。
这种情况下，对南宋一朝火药产量形成制约的，主要就是硝石这块短板。在硝石供应受限的情况下，硫磺再多也没啥用处。后人读史书时候，经常会惊叹于贾似道当政时期，南宋虽然只有东南半壁江山、却可以花费动辄一年两亿贯的军费、收入每年一亿三千万贯的的夸张数据，并由这个片面数据得出“强唐富宋”的概念。
