第12章 第四節硝石、硫磺與火藥的發明

中國傳統火藥的基本成分是硝石、硫磺和木炭。硫磺也可以用雄黃代替，木炭也可以用油脂、瀝青代替。而火藥的發明，關鍵是在對硝石(又名焰硝)的識別、性能的了解以及其加工、提純工藝的進步。 我國利用硝石是很早的，初時寫作“消石”，在戰國時已用做醫藥。其化學組成是硝酸鉀。自然界中的硝石往往是土壤中含氮有機物質在細菌作用下分解、氧化成硝酸後與土壤中的鉀素化合而成的。所以每當秋高氣爽的季節，它通常呈皮殼狀或鹽花狀析出來，覆蓋在地面、牆腳，這就是所謂的地霜。特別是在豬圈、馬厩、廁所附近的牆角尤多。硝民掃取這種含硝的土塊，置於桶內，加水浸泡。經過濾後，將濾液熬煮或曬乾，就得到硝石結晶。此外，在某些岩石表面、洞穴或鹽沼地帶偶爾也會找到它。東漢時成書的上所記載的、“能化七十二種石”的“樸消”，根據它的“化石”性質，大概就是硝石。

中國煉丹術興起以後，方士很重視硝石，不斷摸索它的性質，說它是“感海鹵之氣所生，乃天地至神之物，……能使七十二石化而為水，柔潤五金，制煉八石，雖大丹亦不捨此”。在東漢問世的中國早期丹經《三十六水法》中，硝石就是主角。 但是在自然界中又相當廣泛地存在一種叫做“芒硝”的物質，化學組成是NaSO·10HO，在鹽湖周圍會大量析出；或以鈣芒硝、白鈉鎂鹽(即硝板)形式存在；也常從鹽鹼地上離析出來，外貌和硝石頗相似。而兩者在我國傳統的醫藥中，醫療功能也幾乎完全相同。所以古人，特別是從先秦到南北朝時期，往往把它們混淆，古書上的記載當然也就相當混亂，什麼是真硝石？長時期中眾說紛紜。所以要對硝石廣泛採集、充分利用並準確地掌握它的化學特性，就得摸索到一些區分它們的方法。在南北朝時，陶弘景提出了一種鑑定硝石的方法，相當科學，他說：“以火燒之，紫青煙起，雲是真硝石也。今宕昌(在今甘肅)以北諸山有鹹土處皆有之。”就是說，把真硝石放在火焰上一燒，它會使火焰呈紫色，與芒硝不同。我們知道，硫酸鈉則會把火焰染成黃色。這就是近代的焰色檢定法，我國古代的方士早在1500年前就已經利用過了。但是真的運用這種方法時，又往往會遇到困難。因為在天然的硝石中總會含有一些芒硝和鹽分，而鈉所產生的黃色火焰，其亮度遠遠超過鉀的紫色火焰，因此少量鈉雜質的存在，這種靠焰色鑑定的方法就大失效力了。及至唐代，煉丹家們發明了高效的“磺硝法”來製造鉛丹。其工藝過程是先利用熔化的鉛與硫磺相反應，使生成硫化鉛，然後加硝石一起炒，很快就會生成赤紅色的鉛丹，而芒硝絕無這種功能，因此這倒不失為一種鑑定硝石的科學方法。但在唐代時，煉丹家則更普遍地知道了利用硝石的助燃性可以鑑別它：把一小塊待檢驗的硝石投到赤熱的炭上，就會猛烈燃燒起來；而芒硝投火中，則先化成“水”，水蒸發儘後，變成白色似枯礬的粉末，與硝石迥然不同。因此，唐代的煉丹家對硝石性質的認識和多方利用就大步前進了，他們在這時期發明了火藥也就不是偶然的了。

硫磺的研究和利用較硝石要晚些，可能是由於中原一帶缺少天然的硫磺。記載了它，說它“能化金、銀、銅、鐵奇物”，表明漢代時已了解到硫磺能化蝕各種金屬。漢初時大約主要從西域火山區得到硫磺。據記載，當時悅般地區(今新疆庫車一帶)有火山，“山旁石皆焦熔，流地數十里乃凝堅，即石硫磺也”。不過在漢代時，中原一帶也已經開始從黑色含煤黃鐵礦(當時叫涅石，因是燒製綠礬的原料，所以也叫礬石)提取硫磺了。那是一種製造綠礬的工藝：在土坯砌成的窯中，把礦石和煤炭壘疊起來，點火焙燒，便發生如下反應： FeS+2O＝FeSO+S↑ 硫磺便從窯的頂部冷凝下來(圖3-10)。所以東漢時硫磺又有“礬石液”的別名。硫磺由於可猛烈燃燒，因此被煉丹家們視為火石的精氣；又稱它為“將軍”、“金賊”，大概正是因它能化蝕各種金屬。從中國煉丹術肇興之際，它就是一個重要角色。

中國煉丹術自始至終主要是採用火煉的方法，而硝石、硫磺又都是最常用的藥劑，而且一個是“陰君”(硝石)，一個是“陽侯”(硫磺)，所以它們在丹鼎中相遭遇，一起被加熱的機會是非常多的，若煉丹家又發奇想，再摻入些草藥、油脂、蜂蜜之類的東西，就構成了一個原始的火藥配方，就難免發生“炸鼎”的災難事故。唐代時一個託名鄭思遠的方士寫了一本評論煉丹術的書，書名叫《真元妙道要略》，曾說：“有以硫磺、雄黃合硝石並蜜燒之，焰起燒手面及燼屋捨者。”並提出警告：“硝石不可合三黃(硫磺、雄黃和雌黃)等燒，〔否則〕立見禍事。”指的就是這種情況。在葛洪的《抱朴子·內篇·仙藥》中收錄了一個“服雄黃法”，就是把雄黃、硝石用豬大腸攪拌了，放在坩堝中加蓋火煉。在這種情況下，如果硝石的比例較大，就會發生爆炸。當然，在這些“禍事”不斷發生的同時，方士們也在總結經驗和教訓，他們一方面想方設法避免這種“禍事”發生，於是總結了許多預先使硝石、硫磺“變性”的措施、手段，即各種各樣的“伏硫磺法”和“伏硝石法”，把它們轉變為其他物質，以製伏它們的“暴烈性格”；另一方面也在考慮和試驗，怎樣的配方可以發生最猛烈的爆炸和燃燒，尤其是那些身兼“軍師”的方士對此更感興趣，他們相信這將大大加強火攻的威力。這就引導著他們走向火藥的發明和火器的研製。

在唐代的煉丹術著作中已經出現了不少的“伏硫磺”和“伏硝石”的方法。但什麼時候術士們發明了火藥，至今還沒能準確地考證出來，眾說紛紜，分歧很大，多數人傾向於在中唐。他們有這樣一些根據：其時煉丹術著作中的一些伏火方，實質上是些原始火藥方，而且已知會發生爆炸，所以採取了周密的防範措施，這是其一；唐德宗時，藩鎮割據，李希烈佔據汴梁(今開封)稱帝，劉洽去討伐，攻入宋州(今商丘)，李希烈部下用方士的計策火攻，燒了劉洽的戰棚和城上的防禦工事，可能用的是裝了火藥的火箭，這是其二；據路振《九國志》記載：唐哀宗天祐初年(公元904—905年)鄭璠攻打豫章(今南昌)的叛軍時曾以“發機飛火”燒了龍沙門，那種“飛火”大概就是填充了火藥的燃燒物，這是其三。但即使在宋代初年時，火藥還仍處於初期階段，只為少數人所掌握，火箭、火球、火蒺藜還都是很令人驚異的新式武器。不過也看得出來，那時正在加緊研製。及至宋仁宗康定元年(公元1040年)，曾公亮、丁度奉詔，撰寫了一部綜合性兵書《武經總要》(成書於公元1044年)，其中正式記載了三個火藥方(圖3-11)，一種是毒藥煙球火藥，是燃燒溫度比較低，燃燒時冒濃煙毒氣(其中摻入了草烏頭、巴豆、狼毒等劇毒植物藥及砒霜)的火藥，用於殺傷敵人；一種是火砲火藥，燃燒猛烈，用於焚燒敵人的輜重、糧草；一種是蒺藜火球火藥，爆炸力較強，火藥包爆炸時播散出大量鐵蒺藜，可以阻擋敵軍騎兵前進。

宋神宗熙寧年間(公元1068—1077年)改革了軍制，設置了軍器監，總管京師各州的軍器製作，規模宏大，分工很細，其中有“廣備攻城作”，即國防工場，其中就有專門研製火藥的作坊。從此火藥的進步很快，到了北宋末年，便已有“霹靂炮”、“震天雷”等爆炸性很強的武器，表明那時對於提純焰硝已經很有經驗。據北宋抗金將領李綱的自述，靖康元年(公元1126年)他曾用霹靂砲擊退金兵對汴樑的圍攻。其時的砲彈已是以鐵作外殼，威力極大。據《金史》描述，這種火砲“火藥發作，聲如雷震，熱力達半畝以上，人與牛皮皆碎迸無跡，甲鐵皆透”(圖3-12)。 中國的火藥在兩宋、金、元各代，由於軍事上的需要，都有很大的改進。 13到14世紀時，隨著中國與西亞的貿易往來，特別是蒙古人兩次大規模的向西侵略，把火藥技術和火器先傳到阿拉伯，以後又傳到歐洲各國。

火藥發明之後，設計師和匠師們就要不斷改進它，設法增強它的威力。除了火藥配方的調整外，更關鍵的是提高硝石、硫磺的純度。因此在元明之際，火藥作坊對硝土和硫磺的提純工藝著實下過一番功夫。關於硝石的提純，直到宋代仍無很大改進，只是簡單的煎淋一蒸發濃縮一重結晶。及至元代，名醫朱震亨在其《丹溪心法》中提及利用蘿蔔來提純芒硝，即用芒硝溶液與蘿蔔片同煮，然後過濾、重結晶。在這個過程中，藉蘿蔔的吸附作用清除了芒硝中的硫酸鎂和一些鹽分，使芒硝由“咸苦”變“甜”。及至明代，這種方法被推廣用到硝石的提純上，因為MgSO·7HO具有強烈的潮解性，用含這種雜質的硝石製造出來的火藥，勢必很易受潮而失效。在明代初年的一部火藥與火攻術的專著《火龍經》中及萬曆二十六年(公元1598年)趙士楨撰著的《神器譜》中就都記載了這種提硝法。並且還提到，在溶解硝石後，先要加些明礬、廣膠，再與蘿蔔同煮。這樣經過濾、濃縮、結晶後，不僅鎂鹽，而且原硝石中混有的細沙泥、石膏、鐵質等雜質也都將一起被除去。若硝石中含有較多的食鹽成分，那麼在這個過程中，由於溫度對NaCl和KNO溶解度的效應差別懸殊，食鹽成分也就隨之留在了溶液中而被分離掉了。及至天啟年間(公元1621—1628年)，茅元儀所撰《武備志》又改進了提硝法。他指示用灰霜(即KCO)來沉澱清除硝石中的鎂鹽、鈣鹽和鐵鹽。顯然，其效果更優於蘿蔔法，而很接近現代化學實驗室中的方法了。

至於硫磺，無論是採集自火山區的，還是用黃鐵礦燒煉出來的，相對來說純度都相當高，主要是有一些泥沙混雜。所以直到火藥、火器大發展的明代時才出現其提純法，其中最重要的要算油煎法了。 《武備志》和焦勗的《火攻挈要》(公元1643年)中都有記敘，但以清人鬱永河所寫《採硫日記》記載最詳。這部是在清康熙三十五年(公元1696年)冬榕城(今福州)火藥庫遭大火焚毀後，他奉旨去台灣雞籠(今基隆)、淡水採購硫磺時的實錄。這種提硫法是先在大鐵釜中放入菜子油(《武備志》用麻油)，再將碾磨如粉的硫土放入油中，但不加熱，強力攪拌，硫磺粉質輕而且有親油性，於是浮在油層中，形成懸浮液；砂粒質地沉重，便下沉到釜底。靜置片刻後，將混有硫磺的油液舀至另一釜中，加熱至近沸時，硫磺熔化，於是凝聚起來，下沉於釜底。冷卻後硫磺便凝結成塊，取出，打碎使用。油可再反複使用。

在北宋的後期，火藥又被應用到娛樂上。那些早期的爆仗、流星和煙火似乎都是基於軍事應用的經驗而創造出來的。南宋時，汴梁孟元老寫了一本《東京夢華錄》，追記徽宗崇寧到宣和年間(公元1102—1125年)京師人物豐阜、市衢繁華的情景，就提到宮中放爆竹和煙火，……說在百戲表演過程中有爆仗“一聲霹靂，……煙火大起，有假面披髮，口吐狼牙煙火、如鬼狀者上場”。那種爆仗，據施捨所撰《會稽志》記載是“以硫磺作爆藥，聲尤震厲”，肯定已不是過去燃燒竹子的那種“爆竹”了。到了南宋初期，大概已經有了那種在木架上施放的，有重重帷幕下降，不時出現亭台樓閣、飛禽走獸的大型煙火戲了。其時，吳自牧所撰《夢粱錄》中就已有“十二月有賣爆竹、成架煙火之類”的話。宋末元初多才多藝的文人趙孟頫曾有一首描繪當時的煙火，歌頌煙火匠師的詩，詩中寫道：

人間巧藝奪天工，煉藥燃燈清晝同。 柳絮飛殘鋪地白，桃花落盡滿階紅。 紛紛燦爛如星隕，赫赫喧豗〔hui灰〕似火攻。 後夜再翻花上錦，不愁零落向東風。