遠(yuǎn)在幾千年前,勞動(dòng)人民就開始使用堿了。在沒有工業(yè)生產(chǎn)方法之前,人們所需要的堿都取自天然堿和草木灰,從天然堿湖中采得或從含堿植物灰中制造。

最初,人們將堿用于洗滌以及玻璃、肥皂、皮革制造等方面,隨著工業(yè)的發(fā)展,堿的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,僅僅依靠采集的天然堿已不能滿足需要,因此產(chǎn)生了大量人工制堿的需求。

1791年,法國(guó)人路布蘭成功研究出以食鹽為原料的制堿法,即路布蘭法。該法首先用硫酸和食鹽制取硫酸鈉,然后再將硫酸鈉、石灰石和焦炭按照100∶100∶35.5的重量比混合,在反射爐內(nèi)煅燒(900℃~1000℃),生成熔塊(黑灰),再經(jīng)浸取、蒸發(fā)、煅燒等過程制得純堿。

用路布蘭法生產(chǎn)純堿曾經(jīng)盛行一時(shí),但是該法不能連續(xù)生產(chǎn),原料不能充分利用,并且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,人們又在探索新的制堿方法。

1861年,比利時(shí)人索爾維綜合前人的工作并進(jìn)行了改進(jìn),于1863年實(shí)現(xiàn)索爾維法制堿,即現(xiàn)在所稱的氨堿法。此法以原鹽、石灰石為原料,借助氨的媒介作用,經(jīng)過石灰石煅燒、鹽水精制、鹽水吸氨、碳酸化、過濾、煅燒、母液蒸餾等工序制得純堿。

氨堿法由于具備原料價(jià)廉易得,生產(chǎn)連續(xù),產(chǎn)品純度高,適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),很快取代了路布蘭法。不過依然存在兩個(gè)難以克服的缺點(diǎn):一是食鹽的利用率低,二是廢液排放量大。每生產(chǎn)1噸純堿大約排放10立方米無(wú)法處理的廢液,因此,國(guó)內(nèi)外氨堿廠大部分都建設(shè)在沿海地區(qū)或西北地區(qū)。

1943年,我國(guó)“現(xiàn)代化工的先驅(qū)”、制堿專家侯德榜博士,針對(duì)索爾維法生產(chǎn)純堿食鹽利用率低,制堿成本高,廢液、廢渣污染環(huán)境和難以處理等不足,帶領(lǐng)技術(shù)人員,經(jīng)過上千次試驗(yàn),在1943年成功研究出新的制堿方法——聯(lián)合制堿法(侯氏制堿法)。該方法將合成氨廠和純堿廠建在一起,聯(lián)合生產(chǎn)純堿和氯化銨。該工藝使食鹽利用率從70%一下子提高到96%,也使氨堿法排放的無(wú)用的氯化鈣轉(zhuǎn)化成化肥氯化銨,同時(shí)解決了環(huán)境污染的難題。1943年,中國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)一致同意將這一新的聯(lián)合制堿法命名為“侯氏聯(lián)合制堿法”。這種方法把世界制堿技術(shù)水平推向了一個(gè)新高度,使合成氨和制堿兩大生產(chǎn)體系有機(jī)地結(jié)合起來(lái),為世界純堿工業(yè)作出了重要貢獻(xiàn),贏得了國(guó)際化工界的極高評(píng)價(jià),在人類化學(xué)工業(yè)史上寫下了光輝的一頁(yè)。

延伸閱讀

侯德榜的故事

侯德榜(1890年8月9日—1974年8月26日),是我國(guó)著名科學(xué)家、化學(xué)家、中國(guó)重化學(xué)工業(yè)的開拓者、中國(guó)近代化學(xué)工業(yè)的奠基人之一,同時(shí)也是全球制堿業(yè)的權(quán)威。

侯德榜出生在福建省閩侯縣一個(gè)普通農(nóng)家,祖父和父輩都是普通農(nóng)民,家庭生活較為貧苦。他小時(shí)候就常常下地幫家里干農(nóng)活,雖然辛苦勞作,但也在閑暇時(shí)抓住一切可以利用的碎片時(shí)間努力學(xué)習(xí)。1903年,侯德榜在姑媽的資助下到福州英華書院學(xué)習(xí)三年,1907年又到上海學(xué)習(xí)了兩年的鐵路工程專業(yè)知識(shí),畢業(yè)后找到了一份工作。但侯德榜對(duì)知識(shí)的渴求并未終止,兩年后,侯德榜放棄工作并考入北平清華留美預(yù)備學(xué)堂,并獲得10門功課1000分的優(yōu)秀成績(jī)。

1913年,侯德榜作為清華學(xué)堂第一批畢業(yè)生的第一名,獲取了赴美留學(xué)的機(jī)會(huì),他以優(yōu)異的成績(jī)被保送至美國(guó)麻省理工化工科學(xué)習(xí),四年后順利畢業(yè)獲得學(xué)士學(xué)位。隨后,侯德榜又分別在1917年到普拉特?？茖W(xué)院學(xué)習(xí)制革、1918—1919年加入哥倫比亞大學(xué)研究院研究制革并獲得碩士學(xué)位,1921年獲得博士學(xué)位。就在侯德榜即將學(xué)成歸國(guó)之際,他遇到了赴美考察的實(shí)業(yè)家范旭東,“科學(xué)救國(guó)”和“振興民族工業(yè)”的共同理想讓二人一拍即合,最終,侯德榜拒絕了紐約一份待遇優(yōu)渥的工作,回國(guó)加入天津塘沽永利堿廠,此后便開始了他半個(gè)多世紀(jì)的科學(xué)救國(guó)、實(shí)業(yè)救國(guó)的艱難歷程。

1921年,侯德榜受范旭東邀請(qǐng),回國(guó)承擔(dān)天津塘沽永利堿廠的籌建工作,并出任永利技師長(zhǎng)(即總工程師),負(fù)責(zé)永利堿廠的技術(shù)攻克問題。當(dāng)時(shí),全球制堿技術(shù)和市場(chǎng)被少數(shù)幾個(gè)國(guó)家壟斷,雖然永利堿廠成功籌建,卻面臨諸多技術(shù)和設(shè)備上的阻礙,生產(chǎn)出的純堿也都為劣質(zhì)純堿。在種種壟斷和困境下,永利堿廠花重金買到一份“索爾維制堿法”的簡(jiǎn)潔資料。在與范旭東以及其他科學(xué)家的共同努力鉆研下,侯德榜攻克了我國(guó)制堿方面的技術(shù)難題,終于在1926年首次生產(chǎn)出了合格的批量堿,打破了西方70多年來(lái)對(duì)制堿技術(shù)的壟斷。

1934年永利集團(tuán)決定進(jìn)軍化肥行業(yè),再次拓展國(guó)內(nèi)化工行業(yè)維度,建設(shè)兼產(chǎn)合成氨、硝酸、硫酸、硫酸銨于一體的南京铔廠,侯德榜全面負(fù)責(zé)籌建,并擔(dān)任廠長(zhǎng)兼技師長(zhǎng)。歷時(shí)近三年,這座重化工聯(lián)合企業(yè)終于在1937年1月建成并一次試車成功,順利投入生產(chǎn)。因其生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際化的水平,為后期國(guó)內(nèi)其他工廠的建設(shè)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)和批量化工人才。

1937年日本帝國(guó)主義在“七七事變”中逐步逼近南京,他們前后多次以工廠安全問題相要挾,力圖想收買侯德榜,并提出“合作”管理南京铔廠的要求,但都遭到侯德榜和廠內(nèi)其他同胞們的嚴(yán)正拒絕。同時(shí),侯德榜還帶領(lǐng)大家利用工廠設(shè)備生產(chǎn)硝酸銨炸藥和地雷殼等抗戰(zhàn)物資,支援前線。

天津淪陷后,為了不使堿廠落入敵手,侯德榜決定把工廠遷到四川,在川西五通橋籌建全新的永利川西化工廠。但當(dāng)時(shí)永利堿廠的制堿原料是食鹽,而四川都是井鹽,用井鹽制堿既要多出從井底提吊的工程,又要將井鹽進(jìn)行濃縮,制鹽成本會(huì)大幅提升。當(dāng)時(shí)四川的資源條件并不適合工廠繼續(xù)沿用此前的索爾維制堿法,再加上索爾維法的食鹽利用率僅有70%多,這意味著30%左右的食鹽會(huì)被白白浪費(fèi),于是侯德榜決定另尋他法,再次踏上了探索和鉆研之路。雖然1939年侯德榜也曾率隊(duì)到德國(guó)談判購(gòu)買制堿方法的專利,但西方列強(qiáng)提出了不平等條約,于是侯德榜立即中止談判,并立志要發(fā)明屬于我們自己的制堿方法。

為了研究新的制堿方法,侯德榜首先分析了索爾維制堿法的缺點(diǎn)。他發(fā)現(xiàn)在原料成本的利用方面,除了食鹽中的鈉離子和石灰中的碳酸根組合生成碳酸鈉(即純堿)之外,其他的成分如食鹽中的氯離子和石灰石中的鈣成分都基本無(wú)法利用。如何變廢為寶、提升原料利用率便成了侯德榜攻克制堿工藝的第一大難題。他曾設(shè)計(jì)諸多方案,但隨后也都被一一否定,最終才想到把索爾維制堿工藝和合成氨工藝相結(jié)合,不僅能夠大大提高食鹽的利用率,還可以通過將氯化銨作為化肥或者化工原料而提升副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,除此之外,在生產(chǎn)過程中還能夠省去許多石灰窯、化灰桶、蒸氨塔等設(shè)備和環(huán)節(jié)。

為了驗(yàn)證以上設(shè)想,侯德榜又帶領(lǐng)技術(shù)人員進(jìn)行了500多次試驗(yàn),分析了2000多個(gè)樣品,終于讓設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。該制堿法利用合成氨系統(tǒng)排出的二氧化碳,省去了石灰窯、蒸餾等設(shè)備和步驟,同時(shí)還能夠獲得純堿和氯化銨兩種具有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品。這種新的制堿法既使鹽的利用率從索爾維制堿法的70%提高到96%,還將污染環(huán)境的氯化鈣替代為化肥氯化銨,同時(shí)減少了三分之一的設(shè)備,各方面的優(yōu)勢(shì)都遠(yuǎn)超索爾維制堿法。1943年,中國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)一致同意將這一制堿法命名為“侯氏聯(lián)合制堿法”,又稱侯氏制堿法。

除了侯氏制堿法,侯德榜在化肥工業(yè)也有巨大貢獻(xiàn)。新中國(guó)成立初期,國(guó)家建設(shè)迫切需要大量化肥,而關(guān)鍵點(diǎn)又在于氨加工的品種選擇方面。此時(shí),侯德榜提議用碳化法合成氨工藝來(lái)制備碳酸氫銨,而這項(xiàng)新的化肥生產(chǎn)工藝在不斷攻克技術(shù)難關(guān),克服資金緊張等阻礙的情況下迅速在全國(guó)推廣。

侯德榜在實(shí)業(yè)救國(guó)方面的主要貢獻(xiàn)有:第一,揭開了索爾維制堿法的神秘面紗,打破了制堿工藝被西方壟斷的局面;第二,發(fā)明了屬于中國(guó)人自己的制堿工藝——侯氏制堿法;第三,對(duì)我國(guó)化肥行業(yè)作出突出貢獻(xiàn)。除此之外,他還著有《堿的制造》《制堿》《制堿工學(xué)》等10部專著和書籍,發(fā)表了近70篇論文,為全球化學(xué)事業(yè)作出了杰出貢獻(xiàn)。侯德榜先生受到了各國(guó)人民的尊敬和愛戴,并被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)聘為名譽(yù)會(huì)員(當(dāng)時(shí)其國(guó)外會(huì)員僅有12人,亞洲僅中國(guó)、日本兩國(guó)各一名)。隨后,美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)和美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì),也先后聘侯德榜先生為榮譽(yù)會(huì)員。但他始終牢記自己是一個(gè)中國(guó)人,并明言:“我的一切發(fā)明都屬于祖國(guó)!”他用實(shí)際行動(dòng)完成了“科學(xué)救國(guó)”“實(shí)業(yè)救國(guó)”的堅(jiān)定理想,嘔心瀝血地為祖國(guó)的化學(xué)工業(yè)事業(yè)奮斗至生命的最后一刻。