查爾斯·馬丁·霍爾

查爾斯·馬丁·霍爾
查爾斯·馬丁·霍爾
出生	1863年12月6日 俄亥俄州桑普森
逝世	1914年12月27日 佛羅里達州戴通納
國籍	美國
工程簡歷
重大突破	霍爾-埃魯法

查爾斯·馬丁·霍爾（英語：Charles Martin Hall，1863年12月6日—1914年12月27日），美國發明家、工程師和企業家。因發現了價格低廉的制鋁方法而知名。他的部分遺產被捐出，創辦了哈佛燕京學社。當時，北京的燕京大學校長司徒雷登了解到霍爾在遺囑中聲明，遺產中一部分要用於研究中國文化，由一所美國大學和一所中國大學聯合組成一個機構來執行該項計劃。於是，司徒雷登成功說服哈佛大學與燕京大學合作，在1929年成立哈佛燕京學社，並設立燕京學社北平辦事處。

生平

早年

查爾斯·霍爾是牧師赫曼·巴賽特·霍爾和索菲洛尼亞·H·布魯克斯的兒子。他有一個兄弟和三個姐妹，其中有一位幼年夭折了。霍爾全家在1873年搬到俄亥俄州的奧柏林(Oberlin)，查爾斯就讀於奧柏林高中。1880年進入奧柏林學院並於5年後獲得學士學位。專業是自然科學。

在化學教授弗蘭克·范寧·傑維特的鼓勵下，霍爾成為一名材料學專家。當時讓大學生們最感興趣的，是由於鋁價格的昂貴，發現降低制鋁成本方法的人，可以一夜暴富。

霍爾在自家房子後院裏的小木屋進行了長期的實驗。

晚年

霍爾對制鋁法成功的發現為他一生贏得了22項美國專利，為鋁製品發明之首。他成為奧柏林學院的董事會成員。1914年在弗羅里達州去世之前，他都是美國鋁業（Alcoa）的副總裁。霍爾去世時單身無子，最後被葬於奧柏林的森林墓地(Woodland Cemetery)。

對鋁的嗜好

背景

鋁是地球上僅次於矽含量第二多的非鐵金屬元素，但並不以純物質存在。1808年漢弗里·戴維爵士就已經注意到了針對鋁的研究工作。但他對於這種被他稱為alumium的材料的努力失敗了，他無法從化合物中提出純鋁。1825年丹麥化學家漢斯·奧斯特從氧化鋁中成功分離了少量鋁，並且純度很低。1827年弗里德里希·維勒幸運的製得了純淨的鋁，但是非常稀少。這種金屬在當時的價格超過了黃金。這樣的價值喚醒了貴族們對鋁的佔有欲望。

1846年法國人德維爾開始嘗試在維勒的基礎上繼續提純，最終於1854年成功並在1859年以書面形式發表了他的發現。拿破崙三世委託他的科學家儘可能考慮大量生產鋁的方法。德維爾的化學方法過於昂貴，1857年鋁的年產量僅有750千克，並只有法國可以生產。

發明

霍爾始終圍繞着戴維提出的熔融解析法進行思考。熔融法需要在較高的溫度下把氧化鋁融化並從中分離純鋁。霍爾嘗試用更簡單的方法融化氧化鋁。大學畢業後的第一年他開始了第一次實驗。他必須自己準備大部分的儀器和化學品，在這時霍爾的姐姐尤利婭資助了他。

在他的實驗中霍爾發現向氧化鋁中添加冰晶石，可以將純氧化鋁熔點的2050°C降低到950°C。因此他發明的基本思路是用電子流通過一個含有氧化鋁和冰晶石的電解池，由此可以在蒸餾管的底部一定程度上形成一個鋁窪。

幾年繁複的工作後，霍爾在1886年2月23日得到了他的第一個樣本。開始時候他只能製備出球粒狀的鋁，後來他繼續努力，最終得到了鋁錠。1886年7月9日霍爾為他的方法申請了第一個專利。

在霍爾申請專利幾周後，法國人保羅·埃魯幾乎與他同時發現了這個方法。埃魯在法國也同樣申請了專利。兩個發明家彼此並不知情，並由此帶來了法律上的爭端。所幸他們最後和解並聯合起來了。這個生產方法晚一些被命名為霍爾-埃魯法。埃魯無意在法國實現他偉大發明的經濟價值並最終到瑞士與三位實業家合作。

經濟上的成功

由於發明在家鄉遭到冷遇，霍爾來到匹茲堡與著名的冶金學家阿爾弗萊德·E·漢特（Alfred E. Hunt）合作。1888年他們與其他的企業家共同創立了Reduction Company of Pittsburgh公司。開始只是個小小的手工作坊，但後來成功經營和拓展了很多鋁製品的業務。Reduction Company of Pittsburgh從1907年期改名為全美鋁業(Aluminum Company of America，縮寫Alcoa)，它長期壟斷了鋁製品市場。

霍爾作為主要股東富有了起來。1907年在阿肯色州開辦了鋁土礦，在伊利諾斯州開辦了一個精煉廠並在紐約和加拿大開辦了三個冶煉廠。美國鋁業至今仍是世界知名的市場領袖。

霍爾-埃魯法降低了鋁的價格使之成為可以民用的實用材料。到1900年時鋁的年產量已經上升到約8萬噸。如今鋁的產量仍領先於其他非鐵金屬的產量總和。

現代熔融電解法

熔融電解法原理

奧地利人卡爾·約瑟夫·拜爾改進了霍爾-埃魯法，用氧化物和矽酸鹽再次清洗了鋁土礦，成為目前工業制鋁的拜爾法。這種經濟上可行的生產方法取材適用的氧化鋁。電解質選用氧化鋁和冰晶石的混合物。分別置入陽極和陰極後通三相交流電（約200,000安培），原料在950°C的電解池中熔化，其中密度較大的液態鋁則析出在池底。

一個遺忘的「i」

霍爾創造了美語里的鋁這個單詞。在奧柏林學院之後，霍爾也在一本公開的筆記中用aluminum拼寫了「鋁的提煉工序」(aluminum refinement process)一詞。霍爾的革命性成就在美國產生了巨大廣泛的影響，以至於很多美國人至今還是在拼寫鋁這個單詞時只用一個i（aluminum），而不是正確的兩個i(aluminium)。然而英國人並不理會這種愚蠢，在英國的文獻中仍舊拼寫為aluminium。

榮譽

霍爾作為傑出的校友和捐助人，在奧柏林學院獲得了一座紀念雕像。大學生們對於霍爾的鋁製雕像異常熱情。由於雕像重量較輕，經常在學生抗議的時候被推倒或搬走。如今校方為雕像粘上了一個沉重的花崗岩底座並移至新科學中心(Oberlin New Science Center)的二樓擺放。但來上課的學生仍舊熱衷於在節日將所有「髒東西」和其他物件裝飾點綴在雕像上。

1911年，霍爾的輝煌成就為他贏得了美國化學工業最高獎，珀金獎章（Perkin Medaille）。

美國專利

霍爾在1886年為他的著作Process of reducing aluminium from its fluoride salts by electrolysis向美國專利局提出了申請，並於1889年4月2日得到批准。