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很多人不知道 ， 純堿是一種非常重要的基礎(chǔ)化工原料 。但有意思的是 ， 純堿其實是一種鹽類 ， 它的成分為碳酸鈉 。
這就如同鉛筆不含鉛 ， 其主要成分是石墨；水銀不是銀 ， 其實是金屬汞；干冰不是冰 ， 其實是二氧化碳 。
純堿
那么 ， 既然被稱為純堿 ， 是有兩層含義的 。
一方面是指碳酸鈉在水溶液中水解后呈堿性；
另一方面是指最初的制堿技術(shù)得到的純度不高 ， 之后改進技術(shù)使堿的純度大大提高 。
因此 ， 碳酸鈉就得到了這么一個俗稱——純堿 。
純堿的作用可謂非常廣泛 ， 它可用于制造玻璃 ， 如平板玻璃、瓶玻璃、光學(xué)玻璃和高級器皿；還可利用脂肪酸與純堿的反應(yīng)制造肥皂；還有硬水的軟化、石油和油類的精制、冶金工業(yè)中脫除硫和磷、選礦、以及銅、鉛、鎳、錫、鈾、鋁等金屬的制備、化學(xué)工業(yè)中制取鈉鹽、金屬碳酸鹽、漂白劑、填料、洗滌劑、催化劑及染料 ， 以及在陶瓷工業(yè)中制取耐火材料和釉等 ， 都離不開純堿 。
可以說沒有純堿就不會演化出現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè) 。
目前 ， 我國純堿的產(chǎn)能、產(chǎn)量和消耗量均為全球第一 。但是在一百多年前 ， 全世界純堿的生產(chǎn)和銷售都被一家英國公司所壟斷 。最貴的時候 ， 需要一盎司黃金才能換一磅純堿 。
這時一位中國科學(xué)家“橫空出世” ， 他不畏強大的英國化工巨頭 ， 打破制造純堿的技術(shù)壁壘 ， 并免費向全世界公開制堿技術(shù) ， 為我國化工產(chǎn)業(yè)的建立與發(fā)展立下汗馬功勞 。
侯德榜
他就是中國科學(xué)家——侯德榜先生 。
中國制堿史就是一部反壟斷史在沒有進入工業(yè)革命之前 ， 人們對純堿的需求還真不高 。
在那個時候 ， 純堿通常是作為食品添加劑使用的 。我們知道如果在發(fā)面的過程中不添加純堿的話 ， 發(fā)出來的面會有一股酸味 ， 進而影響口感 。
可是 ， 那個年代有的吃就不錯了 ， 口感反而是次要的 。因此純堿并不是必須品 。人們對純堿的消耗也非常少 。這就導(dǎo)致了在相當(dāng)長的一段時間內(nèi) ， 即使是采用低效率的植物提取法生產(chǎn)純堿 ， 產(chǎn)量也完全能夠保障需求 。
草木灰
所謂植物提取法 ， 就是說植物體一般都含有一定量的碳酸鉀與碳酸鈉 。將植物曬干 ， 再燒成草木灰 。之后將草木灰裝進布袋里 ， 用水淋洗就能得到堿液 。
這看似平靜的需求與滿足在工業(yè)革命開始以后便發(fā)生了巨變 。
首先是糧食產(chǎn)量的提高使人口大量增長 ， 導(dǎo)致純堿在食品加工中的需求加大 。
另外 ， 工業(yè)革命還帶動了一系列化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展 ， 從紡織業(yè)到玻璃加工再到造紙行業(yè) ， 每個行業(yè)都需要大量的純堿 。這時候天然純堿的產(chǎn)量就不夠用了 ， 在這種情況下 ， 化學(xué)合成純堿技術(shù)變得炙手可熱 。
瑞典化學(xué)家舍勒
最早的化學(xué)合成純堿技術(shù)出現(xiàn)在1737年（清乾隆二年） ， 隨后瑞典化學(xué)家舍勒（1773年）與法國化學(xué)家勒布朗（1791年）先后開發(fā)出了的兩種制堿技術(shù)并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn) 。
舍勒法是用食鹽水（氯化鈉）通過氧化鉛生產(chǎn)出氫氧化鈉 ， 然后向氫氧化鈉中通入二氧化碳生成純堿 。
勒布朗法是用氯化鈉與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉 ， 硫酸鈉與氧化鐵與木炭共熱生成的產(chǎn)物中就含有一定量的純堿 ， 再用水清洗這種產(chǎn)物就能得到純堿溶液 。
這兩種制堿技術(shù)不但工藝非常繁瑣 ， 而且污染嚴重 。但這也是沒有辦法的 ， 因為當(dāng)時的化工產(chǎn)業(yè)非常落后 ， 很多今天常見的化工原料都還未出現(xiàn) 。
另外值得注意的是 ， 兩種制堿技術(shù)均選擇了氯化鈉作為起始原料 ， 這與當(dāng)時化學(xué)的發(fā)展有關(guān) 。
拉瓦錫
十八世紀(jì)中葉 ， 被稱為“現(xiàn)代化學(xué)之父”的拉瓦錫的一大貢獻就是采用計量分析的方法對化合物進行分析 。
在這種方法的指導(dǎo)下 ， 當(dāng)時的化學(xué)家已經(jīng)知道食鹽與純堿中含有一種“公共的成分” ， 因此純堿的合成必須要用食鹽為原料 。這決定了后來所有的制堿工藝都離不開這一點 。
法國醫(yī)生路布蘭
此后制純堿技術(shù)又進行了一系列改進 ， 比較出名的就是路布蘭法 。
這種方法的第一步還是用氯化鈉與硫酸作用生成硫酸鈉 。
關(guān)鍵的改進發(fā)生在第二步：將硫酸鈉與石灰石和木炭放入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱 ， 經(jīng)過一系列的反應(yīng)之后便可生成純堿與硫化鈣 。這是一種黑色的物質(zhì) ， 被稱為黑灰 。
最后將黑灰用水浸泡 ， 由于硫化鈣與未反應(yīng)的木炭不溶于水 ， 因此便可以得到純堿溶液 。
1825～1880年間是路布蘭法的極盛時期 。它帶動了硫酸、鹽酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工產(chǎn)品的生產(chǎn) 。
但是 ， 這種方法主要在固相中進行 ， 因此難以連續(xù)生產(chǎn) 。并且還用硫酸作為生產(chǎn)原料 ， 時間一長便會導(dǎo)致設(shè)備腐蝕嚴重 。
總的來說 ， 路布蘭法就是質(zhì)量不純 ， 原料利用不充分 ， 價格較貴 ， 所以在投產(chǎn)50年后便被索爾維制堿法 ， 即氨堿法所淘汰 。
比利時工業(yè)化學(xué)家索爾維
1861年 ， 比利時工業(yè)化學(xué)家索爾維在煤氣廠從事稀氨水的濃縮工作時 ， 意外發(fā)現(xiàn)在用鹽水吸收氨和二氧化碳的試驗中得到了碳酸氫鈉 。同年 ， 他獲得了用食鹽、氨和二氧化碳制取碳酸鈉的工業(yè)生產(chǎn)方法的專利 。此生產(chǎn)方法被稱為索爾維法 ， 又稱氨堿法 。
氨堿法純堿生產(chǎn)流程圖
氨堿法直到今天還在廣泛使用 ， 其主要原料是原鹽和石灰石 ， 通過氨鹽水吸收二氧化碳得到碳酸氫鈉（小蘇打) ， 再將碳酸氫鈉煅燒 ， 得到輕堿 ， 轉(zhuǎn)化之后得到重堿 。
氨堿法的優(yōu)點是原料易得 ， 成本低廉 ， 產(chǎn)品純凈 ， 而且是以液相和氣相作業(yè)過程為主 ， 適于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn) ， 因而使當(dāng)時每噸純堿價格由13英鎊降到4英鎊 。
但氨堿法仍有不少缺點 ， 如鹽利用率低(以鈉計最多為75%)；每產(chǎn)1t純堿 ， 要排放9~10m3廢渣和廢液 ， 長此以往便會淤塞港灣甚至污染大范圍環(huán)境 。
原卜內(nèi)門洋堿公司大樓
1867年 ， 索爾維制堿法的專利被英國卜內(nèi)門公司獲得 。依托這項專利 ， 卜內(nèi)門公司成為當(dāng)時世界上最大的純堿生產(chǎn)商 。
卜內(nèi)門公司相繼在英國 ， 法國 ， 德國與美國建廠 。后來 ， 這些國家共同建立索爾維公會 ， 約定制堿技術(shù)只向會員國公開 ， 并嚴防技術(shù)外流 。
有意思的是 ， 他們沒有申請國際專利 ， 這是因為一旦專利權(quán)的時效期滿 ， 該專利技術(shù)就會變成社會公有技術(shù) ， 任何人都可以直接使用 。
除了技術(shù)封鎖 ， 他們還采取分區(qū)壟斷生產(chǎn)的方法 ， 例如中國市場由英國卜內(nèi)門公司獨占 。
在很長一段時間中 ， 凡是沒有索爾維公會的特許 ， 誰都無從問津氨堿法生產(chǎn)詳情 。很多想用氨堿法制堿的廠商 ， 無不以失敗而告終 。
1914年 ， 第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā) ， 當(dāng)時主要的參戰(zhàn)國恰好都是純堿的生產(chǎn)國 ， 為了戰(zhàn)爭需要 ， 他們自身對純堿的消耗大大增加 ， 并無暇顧及國外市場 ， 這導(dǎo)致了我國的純堿供應(yīng)嚴重不足 ， 直接導(dǎo)致一大批以純堿作為生產(chǎn)原料的肥皂廠和紡織廠相繼倒閉 。
愛國實業(yè)家范旭東先生
在我國處在水深火熱之時 ， 身在美國攻讀博士的侯德榜接到愛國實業(yè)家范旭東先生的邀請：共同創(chuàng)辦中國的制堿工業(yè) 。
本來侯德榜是我國首位制革博士 ， 但他懷著“工業(yè)救國”的偉大夢想 ， 于是改行制堿 。
“今后中國的存亡興廢 ， 皆以勸工一言為旋轉(zhuǎn)乾坤之樞紐 ?！?/b>
天津永利堿廠
1924年 ， 標(biāo)志著我國化學(xué)工業(yè)的起點——天津永利堿廠正式投產(chǎn) ?？墒?nbsp;， 第一次生產(chǎn)出的純堿竟然是紅色的 。當(dāng)時幾乎所有的人都認為投產(chǎn)失敗了 。
但侯德榜卻認為出現(xiàn)了紅色是因為我國的原料純度太高 ， 不像英國人用得那么差 。于是他在原料里面添加了一些雜質(zhì) 。
奇跡出現(xiàn)——雪白的純堿竟然生產(chǎn)出來了 。
2年后 ， 侯德榜和同事們解決了所有的制堿工藝問題 ， 徹底掌握了氨堿法的全部技術(shù)秘密 。同年8月 ， 這座亞洲第一個制堿工廠量產(chǎn)出了純堿 ， 并命名為“紅三角”牌 。
隨后 ， “紅三角”牌優(yōu)質(zhì)純堿在美國費城“萬國博覽會”上獲得金質(zhì)獎?wù)?。還被譽為“中國工業(yè)進步的象征” 。幾年后在瑞士國際商品展覽會上 ， “紅三角”牌純堿再獲金獎 。
我國為侯德榜發(fā)行郵票
侯德榜因此被譽為“中國制堿大王” 。
“我們絕不做第二個索爾維 ， 第二個卜內(nèi)門 ?！?/b>
1933年 ， 為了讓后人不再受人箝制 ， 侯德榜決定公開制堿技術(shù) 。他用英文撰寫《純堿制造》一書 ， 并在紐約出版 。之后這本書相繼被譯成多種文字出版 ， 成為多個國家制堿業(yè)的技術(shù)參考 。對全世界制堿工業(yè)的蓬勃發(fā)展做出了重大貢獻 。
聯(lián)堿法5年后 ， 由于日寇的侵略 ， 侯德榜轉(zhuǎn)移天津制堿工廠 ， 在四川岷江建立永利川西化工廠 。由于沒有合適的食鹽原料 ， 只能依賴于四川深井中的鹽鹵 ?？墒沁@種采集極為困難的鹽鹵濃度非常低 ， 需要經(jīng)過濃縮才能成為原料 ， 這導(dǎo)致制堿的成本居高不下 。
侯德榜決定不再使用索爾維制堿法 。
由于德國人施賴布改進了氨堿法——將氯化銨直接制成晶體作為副產(chǎn)品 ， 既可避免產(chǎn)生大量廢液 ， 又可提高鹽利用率 。所以侯德榜先去德國柏林購買新的制堿法 ， 但沒想到的是 ， 德國人認為日本是自己的盟友 ， 因而漫天要價 ， 還提出不能在滿洲出售等一系列有損中國主權(quán)的要求 。
侯德榜當(dāng)即怒斥對方并拂袖而去 。
回國后 ， 侯德榜下定決心自己研制新的制堿技術(shù) 。在抗戰(zhàn)時期條件極其艱苦的環(huán)境下 ， 他經(jīng)過500多次的實驗 ， 分析了2000多個樣品后 ， 最終研發(fā)出新的制堿工藝 ， 并使鹽的利用率達到95%以上 ， 不僅節(jié)省了三分之一的設(shè)備及輔助原料 ， 還解決了廢液占地毀田 ， 污染環(huán)境的問題 。
這種方法就是“聯(lián)合制堿法” ， 它是把制堿和制銨兩大工業(yè)聯(lián)合在了一起 ， 從而將制堿技術(shù)水平推向一個新高度 。
1943年 ， 中國化學(xué)工程師學(xué)會經(jīng)過研究 ， 一致同意將這種技術(shù)命名為“侯氏聯(lián)合制堿法” 。
聯(lián)堿法
其實 ， 侯德榜所創(chuàng)的制堿技術(shù)是在氨堿法工藝基礎(chǔ)上改進發(fā)展而來 ， 其原材料是原鹽與合成氨 。該方法通過與氨廠進行“—次加鹽、兩次吸氨、一次碳化”的聯(lián)合循環(huán)生產(chǎn) 。利用氨氣和二氧化碳同時生產(chǎn)出純堿和氯化銨兩種產(chǎn)品 。
而氯化銨是一種速效氮素化學(xué)肥料 ， 它適用于小麥、水稻、玉米和油菜等農(nóng)作物 ， 尤其對棉麻類作物有增強纖維韌性和拉力并提高品質(zhì)之功效 。
單看合成純堿的反應(yīng) ， 這兩種方法是相同的 。
侯德榜的改進之處是：最后產(chǎn)生的氯化銨可以用作化肥 ， 這是相當(dāng)有價值的經(jīng)濟產(chǎn)物 。
侯氏制堿法的生產(chǎn)聯(lián)合了——食鹽+二氧化碳在氨氣下產(chǎn)生純堿的過程和氮氣變成氨氣再變成銨鹽的合成氨過程 。
也就是說 ， 侯德榜作為制堿工藝專家 ， 也為“氮肥工業(yè)技術(shù)的發(fā)展”作出了重大貢獻 。
結(jié)語侯德榜對我國化工產(chǎn)業(yè)的貢獻 ， 不僅僅是一個制堿法 ， 他還搭起了我國整個“三酸兩堿”的化工產(chǎn)業(yè)底子 。
“萬一功虧一簣 ， 使國人從此不敢再談化學(xué)工程 ， 則吾等成為中國之罪人 。吾人今日只有前進 ， 赴湯蹈火 ， 亦所弗顧 ?！?/b>
從侯德榜先生所立誓言之中 ， 便能看出他不畏艱難 ， 一心為國的赤子之心 。這樣的科學(xué)家是我們前進的榜樣 ， 我們要永遠銘記他 。
【我國化學(xué)工業(yè)奠基人侯德榜，打破一盎司黃金換一磅純堿的國外壟斷】
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