中世纪欧洲将硝石称为黑火药的灵魂，获取原料来自于马粪
中世纪欧洲将硝石称为黑火药的灵魂，获取原料来自于马粪
硝石，这种在中世纪欧洲被称为“黑火药的灵魂”的物质，其获取和提纯过程充满了神秘与艰辛。在19世纪中叶以前，人类获取硝石的唯一来源是土地，尤其是动植物残骸被大量分解的农田周围。屋外厕所、畜棚、马厩和鸽舍中都可自然形成硝石。此外，在人口众多的城市，肮脏的街道上和窄巷中，与土壤浸渍在一起的有机物在分解过程中逐渐硝化，渗透到地面和墙上，形成一层白色的粉末，细心的硝石收集者连这些地方也不会放过。在很多城镇，屋外厕所的茅坑中会安装一个特殊的托盘，等待专门的人来清理粪便。在农场，人们会刮掉土地的表层，运送到硝石床进行提炼。克拉克还给出建议：“用小刀挖一些泥土，用手焐热，以判断其质量。然后品尝其味道，如果成色好，舌头会有刺激感，类似于香料……如果被点燃，土地会立刻火光四射。”
许多早期欧洲理论家尝试解答，为什么只有特定区域才能产生硝石，是什么神秘的过程创造出如此宝贵的物质。对于这个问题，克拉克写道：“勤劳的蜜蜂在黑暗中筑造蜂巢，蜂巢中有我们能看到的蜜蜂劳作的结晶：蜂蜜。同样，蚕织茧的过程，我们也很难观察到，一切都在蚕茧里进行。许多化学家的实验也极具个人特点，人们虽然清楚这些实验的目的，但对实验的准备过程不得而知。总之，我们可以了解事物本身，但往往很难了解其具体形成过程。硝石的形成机理，也属于类似的现象，很难给出确切的解释。”他尝试给出的解释是：“大地最早被上帝创造出来。大地中许多物质，凭借来自造物主的力量，拥有自我保存和复制的能力。同理，造物主不但创造了硝石，还赋予它自我复制和永续存在的能力。”
尽管硝石经常出现在不洁净的地方，但它如此珍贵，以至于威廉·克拉克等炼金术士认为它产生于某种特殊乃至神圣的力量。根据大多数人的观察，硝石是“人类和其他动物的尸体、尿液或粪便以及红酒或啤酒等液体”通过某种化学反应而产生的，但克拉克认为这种物质的产生“与空气有关”，而空气的这一特性也是导致天空中出现流星、闪电和雷鸣的直接原因。为了保证这种宝贵而纯洁物质的名声不被玷污，他声称：“生物的粪便和尿液并没有作出物质上的贡献，没有转化为硝石中的成分，这些物质只是在腐烂的过程中提供了热量，高温和干燥的环境是硝石形成不可或缺的条件。”总之，他认为硝石是神圣空气的产物，而不是来自大地上平凡的泥土。克拉克看似在进行科学分析，但他的文字充其量只是当时对硝石的社会价值和商业价值的朴素思考，缺少可重复检验或量化的科学假设。当然，现代人已经掌握了其中的原理，硝石是在有机物分解过程中由菌类活动产生的。在硝化反应过程中，动植物腐烂物中的氮元素被转化为硝酸盐，并在土壤中不断积累。含氮有机物的浓度越高，硝化反应就越强烈。另外，高温的确能加速细菌活动，从而提高硝化反应的速度。
含有硝石的土壤被发现和收集后，会被带到浸煮房进行提纯。提纯的基本流程沿用了好几个世纪。从威廉·克拉克在1670年详细记录的16世纪硝石提纯法，到美国独立战争时发放给农民的操作手册，都为普通人在硝石床上小规模提纯硝石提供了类似的指南。具体而言，工人会将一个铺有陶土的浅坑用作硝石床，在上面堆放含有硝石的硝土，通过掺杂树枝、树叶等物来保持土壤的疏松状态。土堆的深度和宽度大约1米，长约6米，类似于一个埋葬腐烂物的大坑（很像刚挖好的坟墓）。
17世纪人们称这种用于制作硝石的土堆为“混泥汁”(concrete juice)。工人们每周都要在土堆上浇淋粪便、尿液、粪水和其他来自厕所、污水池和下水道的水，这些散发着恶臭的液体让硝石床上的土始终保持潮湿状态，但与此同时水分也不能太多。随着时间的推移，硝石逐渐被蒸发到土堆表面，形成类似于盐的白色粉末。当白色粉末达到几英寸厚之后，会被取至浸提间，放入一个大容器，容器底部装有可人工控制的出水口。工人们会在其中加水并搅拌，晾上一天后装入另一个容器，这时的半成品被称为“原液”(raw liquor)。为了最大限度提取硝石，需经多次浸提后，才能进入下一个环节。
接下来人们对“原液”进行加温，并混入木灰（碳酸钾），或把溶液倒在木灰上，让木灰吸收其中的硝酸钙、硝酸镁等杂质，并在溶液中添加钾元素。这时形成的被称为“净液”(scoured liquor)的溶液将被再次加热，从而去除其中的氯化钠等剩余杂质。由于硝石在沸水中的溶解度高于氯化钠，在冷水中却低于氯化钠，因此在煮沸过程中氯化钠会结晶为沉淀物，被人们从锅底取走。不纯的有机浮渣也会附着在容器表面，需要定时进行清理。溶液静置冷却后，粗硝石会在容器底部形成结晶，但其纯度仍然不够高。这时的溶液被称为“彼得之母”(mother-of-Peter)，还需加入胶或血液，进一步提取液体中的杂质，直到溶液变得清澈起来。这时形成的硝石结晶才能达到商业应用标准。从上述描述可见，硝石提纯的过程极为烦琐，耗时极长。
对很多人来说，制作硝石的工艺不仅是一门生意，更是一门艺术，激发人们创造出许多优美的文字。威廉·克拉克写道：“我不知道有什么实验能比从肮脏的泥土中提炼出这种美妙的结晶更让我感到兴奋。它美丽的躯体来自混沌本身，最好的比喻是它来自‘无用的遗骸’，却极具精神维度的崇高性。参与制作的工人无不惊讶地端详着硝石。”但17世纪人们提炼硝石的驱动力不仅来自对硝石本身的喜爱和对美的追求，还有一个更实际的目的：国家安全。
尽管生产出少量的硝石需耗费大量人力和时间，但人们别无选择。如果处理得当，一个中型的养马场能提供的马粪和马尿中，大约能提取1000磅硝石，但即便这样的产量也难以满足欧洲国家的战时需求。随着枪炮和炸药在战争与采矿业中应用得越来越广泛，硝石的需求不断增长。毕竟，在军用火药中，每一份木炭和硫黄需要搭配六份硝石。欧洲大陆提供的硝石远远无法满足战争、农作物的施肥以及新爆炸技术研发的需求。17世纪初，欧洲各国突然意识到，由于缺少这种粉状风化物，它们不但难以实现各自的野心，连抵御外来入侵都成为问题。