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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