一、天然冰晶石（Na₃AlF₆）的发现：18世纪的格陵兰矿物探索

天然冰晶石的首次记录可追溯至18世纪末，由丹麦矿物学家彼得·克里斯蒂安·阿比尔德加德（Peder Christian Abildgaard）在格陵兰西南部的伊维图特（Ivigtut）地区发现。

发现背景与过程

18世纪，欧洲对未知矿物的探索热潮兴起。1799年，阿比尔德加德作为丹麦皇家科学院的成员，在格陵兰进行地质调查时，注意到伊维图特地区有一种特殊的透明晶体矿物。这种矿物外观类似冰块（“冰”），质地坚硬（“石”），因此他将其命名为“Kryolith”（丹麦语，意为“冰之石”），后演变为国际通用的“Cryolite”（冰晶石）。

                     天然冰晶石

早期认知局限

尽管阿比尔德加德发现了冰晶石，但当时人们仅将其视为一种稀有矿物，未意识到其工业价值。天然冰晶石在格陵兰的伊维图特矿是唯一已知的优质矿床（储量有限，1987年已枯竭），且早期提取技术落后，因此冰晶石的工业应用长期未被开发。

二、降低氧化铝熔点的应用发现：19世纪末电解铝工艺的突破

冰晶石的核心工业价值——降低氧化铝熔点，实现铝的经济电解——是在19世纪末电解铝工艺开发中被揭示的，关键人物是查尔斯·霍尔（Charles Hall）（美国）和保罗·埃鲁（Paul Héroult）（法国），两人几乎同时独立完成了这一发现。

背景：铝的“贵族金属”困境

19世纪初，铝是比黄金更昂贵的金属。1825年，丹麦化学家奥斯特首次用钾汞齐还原氯化铝制得铝，但成本极高。1854年，法国化学家德维尔改进方法，用钠还原氯化铝，铝的产量略有提升，但仍无法大规模应用。核心障碍是：氧化铝（Al₂O₃）熔点高达2050℃，直接电解需消耗巨大能量，经济上不可行。

霍尔与埃鲁的突破：冰晶石的助熔剂作用

1886年，23岁的美国化学家查尔斯·霍尔在俄亥俄州奥柏林学院实验室中，尝试用电解法制备铝。他发现：

直接电解氧化铝时，熔体温度过高（＞2000℃），电极消耗快，且铝液与电解质难以分离；

若向氧化铝中添加冰晶石（Na₃AlF₆），氧化铝会溶解于熔融的冰晶石中，形成冰晶石-氧化铝熔盐体系，熔点骤降至950℃左右！

几乎同一时期（1886年），法国化学家保罗·埃鲁在巴黎工业大学也独立完成了类似实验。两人均意识到，冰晶石的关键作用是作为助熔剂，大幅降低氧化铝的电解温度，使工业生产成为可能。

科学原理的验证

霍尔和埃鲁进一步研究发现，冰晶石的助熔机制包括：

1. 形成低共熔体系：冰晶石（熔点1009℃）与氧化铝（Al₂O₃）形成共晶熔体，熔点降至950℃；

2. 溶解氧化铝：冰晶石的[AlF₆]³⁻络离子能与Al³⁺结合，促进氧化铝解离并溶解于熔体中；

3. 优化熔体性质：熔体导电性高（离子迁移率快）、粘度适中（利于铝液与电解质分离）。

工业化推动：霍尔-埃鲁法的诞生

霍尔与埃鲁的发现彻底改变了铝的生产方式。1888年，霍尔在美国匹兹堡创立“匹兹堡还原公司”（现美国铝业公司前身），建立了首条冰晶石-氧化铝电解铝生产线；埃鲁则在瑞士、法国等地推广该工艺。至20世纪初，冰晶石-氧化铝电解法成为全球铝生产的主流，铝的价格从“黄金价”暴跌至每磅几美分，开启了“铝的平民化”时代。

三、从矿物发现到工业革命

天然冰晶石的发现：1799年由丹麦矿物学家阿比尔德加德在格陵兰发现，最初仅为矿物学记录；

降低熔点的应用发现：1886年由霍尔（美国）和埃鲁（法国）独立发现，通过实验证实冰晶石可将氧化铝电解温度从2050℃降至950℃，推动了电解铝工艺的工业化。

“矿物发现→科学探索→工业应用”的典型技术转化路径，冰晶石也因此被称为“铝工业的基石”。