实干兴邦——侯氏制碱法背后的故事令人动容
撰稿 | Geronimo 编辑 | 化学加
导读
央视的《朗读者》节目用平实的情感读出文字背后的价值，好评如潮。最令笔者感动的是朗读嘉宾薛其坤、潘建伟、程不时等科学家甘于奉献、精忠报国，为祖国科学事业添光增彩的故事，他们堪称“国家脊梁”。在中国化工史上，侯德榜也是这样一位杰出的科学家，他为祖国的化工事业奋斗终生，以独特的制碱工艺名扬世界，托起了中国现代化学工业的大厦。
一、引言
纯碱，化学名称碳酸钠（Na2CO3），俗名苏打，是许多工业部门例如纺织、肥皂、造纸、玻璃等行业的重要原料。纯碱在食品工业也发挥了重要作用，常用作馒头、面包等面食的中和剂、膨松剂。因而纯碱也曾是衡量一个国家工业水平的重要指标，然而制碱技术却在很长一段时间里被国外垄断并对中国实施技术封锁，严重影响国人的生活，也大大制约了民族工业的发展。直到1943年，侯德榜创造性地将制碱和合成氨结合起来发明了“联合制碱法”，才打破了国外长期垄断的被动局面，实现了国人制碱的梦想。
二、制碱技术发展史
碱的加工利用最先来自天然碱，主要包括从草木灰中提取碱液和从盐湖水中取得天然碱。我国天然碱因产地不同有“口碱”和“泰康碱”之分，前者主要来源张家口和古北口，名满天下；后者产自河南泰康县，集中在邻近省份销售。随着工业的发展，这种获得天然碱的方法显然是远远不能满足巨大市场需求的。
1791年，法国人勒布兰（Leblanc）以食盐为原料制得纯碱，该方法依赖硫酸，设备腐蚀严重并且纯度不高，后来被比利时化学家索尔维（Solvay）的方法取代。索尔维的方法又称氨碱法，是以食盐、石灰石和氨为原料，同时制得纯碱和氯化钙。氨碱法实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高，产品也较为纯净，因而很快成为主流的生产工艺。
图 1曾位于纽约州的索尔维制碱法工厂
前文已经提到，掌握索尔维制碱法的资本家们为了独享技术成果，采取了严格的保密措施，外人对此新技术一无所知，不少技术专家曾试图挖掘技术秘密，均以失败告终。随后，侯氏制碱法的出现令世界纯碱工业发生了翻天覆地的变化。我国纯碱工业经历由小到大的历史蜕变，是许多爱国实业家、化学家在艰难曲折中探索的结果。
三、“工业先导，功在中华”的范旭东
侯氏制碱法的诞生，除了侯德榜，另一位名叫范旭东的实业家也功不可没。1945年他逝世时，毛主席亲笔题写“工业先导，功在中华”八个大字对他进行了极高的评价。“永、久、黄”三字很好概括了范旭东对于我国民族复兴大业的巨大贡献。
图 2范旭东（左）和毛泽东题写的挽联（右）
永：永利制碱公司。范旭东作为发展我国民族工业的先驱，致力于创办碱业，在天津成立了永利制碱公司。他和陈调甫等人尝试利用索尔维法制碱，却面临重重困难，陈调甫赴美考察期间机缘巧合认识了侯德榜，随后饱含爱国情怀的侯德榜毅然回国，苦干数载成功破解了索尔维制碱法的秘密，并为后来侯氏制碱法的诞生奠定了基础。
久：久大精盐公司。其实早在范旭东成立永利制碱公司之前，他就成功地创办了盐业公司用于研制精盐，塘沽久大精盐公司的诞生具有重要意义，中国现代化学工业由此奠基。
黄：黄海化学工业研究社。1922年8月，范旭东从久大精盐公司分离出了中国第一家专门的化工科研机构——黄海化学工业研究社，并把久大、永利两公司提供的资金用于科研。自此，永利、久大和黄海研究社三位一体，组成了庞大的化工集团。
图 3天津塘沽永利碱厂旧影
四、“千分才子”侯德榜的制碱故事
侯德榜1890年出生于福建省闽侯县的一个农民家庭，他聪颖过人并且勤奋好学。1911年他以十门课一千分的好成绩考入清华留美预备学堂，获得“千分才子”美誉，名满清华园。1913年他赴美留学，四年后顺利获得MIT化工学士学位，随后又获得哥伦比亚大学博士学位。在陈调甫的引荐下，侯德榜肩负民族大义，决心制碱报效祖国，由此也翻开了事业的新篇章。
图 4陈调甫（左）和侯德榜（右）
回国后侯德榜出任永利碱厂的总工程师，历经周折，永利公司花费重金购得一份索尔维制碱法的简略资料，但具体的生产工艺却保密不得而知，要想成功制碱必须全靠自己摸索。侯德榜埋头钻研，经过无数次实验、改进，终于成功揭开了索尔维制碱法的神秘面纱。
索尔维制碱法的基本原理并不复杂：用饱和食盐水吸收氨气，再向其中通入二氧化碳，制得溶解度较小的碳酸氢钠，过滤出碳酸氢钠后煅烧即可制得纯净洁白的碳酸钠固体。该方法的突出优点是技术成熟，原料来源丰富且廉价。
图 5索尔维制碱法工艺流程示意图
现代化学可以对整个生产流程涉及到的化学反应进行解释。本可出售专利大发其财的侯德榜选择将研究成果著书公之于众，让世界各国人民共享成果。1926年美国费城举办的万国博览会上，中国生产的“红三角”牌纯碱荣获金质奖章，被誉为“中国工业进步的象征”；在1930年瑞士举办的国际商品展览会上，“红三角”再获金奖，又一次获得世界范围内的认可。
图 6索尔维制碱法涉及到的化学反应
“红三角”牌的纯碱让国人扬眉吐气，也向世界证明了中国人的智慧。1937年，日本侵华的战火逐渐蔓延，位于天津的永利制碱公司不得以迁至四川并将厂址取名“新塘沽”。由于内地盐价昂贵，如果仍用索尔维法制造纯碱，盐的利用率太低，生产经营也必将无法维持。当时有一种食盐利用率较高的制碱方法“察安法”被德国牢牢控制，侯德榜试图考察此法时被德国提出的苛刻条件高价勒索，无奈之下只得自行研究制碱新法。
经过不懈努力，侯德榜针对氨碱法的不足，对此法进行了重大改进，他创造性地将制碱和合成氨结合起来，成功地发明了联合制碱法，其基本化学原理与索尔维制碱法相同，但革除了用石灰石生产CO2这一工段，CO2来源于合成氨的造气（水煤气转化）工段。1943年中国化学工程师学会一致同意将其命名为“侯氏（联合）制碱法”。
图 7侯氏制碱法的工艺流程示意图
侯氏制碱法的另一成果是解决了索尔维法产生的氯化钙占地毁田、污染环境的弊端。制碱新法的副产物是价值较大的化肥氯化铵，在一定程度上促进了小化肥工业的发展。值得一提的是侯德榜还发明了回收氯化铵的技术：利用低温时氯化铵比氯化钠溶解度小的原理，在278~283K时向母液中加入磨细的食盐粉末，由于同离子效应，促使前者结晶析出。分离氯化铵后的母液主要含氯化钠，可继续送回到吸收、碳化塔，大大提高了食盐的利用率。
五、结束语
除了为我国化工事业鞠躬尽瘁，侯德榜先生更像辛勤的园丁，培养了一批又一批技术骨干，他们都以侯先生为榜样，在各自岗位为我国化工事业的发展壮大贡献力量。时光飞逝，但侯先生的事迹却从未被淡忘：中国邮政在1990年时专门发行邮票纪念侯先生，随后的1999年中国化工学会又以侯先生名字设立侯德榜化工科学技术奖用于奖励表彰优秀的化工科技工作者；天津大学也以话剧《侯德榜》的方式缅怀这位工业先驱。无论是严谨求实的科学态度还是心系祖国的赤子情怀，侯德榜先生具有许多难能可贵的精神值得我们学习，当之无愧的吾辈楷模。
参考资料
[1] 张玉芳. 侯德榜和他的侯氏制碱法[J]. 文史精华, 2010 (02): 47-52.
[2] 冯晓蔚. 化学工业泰斗侯德榜[J]. 文史春秋, 2013 (09): 44-49+2.
[3] 高寒. “化工之父”的实业救国路——民族实业家范旭东的成功之道[J]. 宏观经济管理, 2011 (08): 65-67.
[4] 柴常盛. 纯碱工业(上)[J]. 化工管理, 2014 (16): 97-101.
▼ 注册入驻化学加网快速通道 ▼
（长按识别二维码进入注册）
欢迎广大读者分享赐稿或者有偿投稿
编辑手机/微信/QQ :18676881059
邮箱：gongjian@huaxuejia.cn
拓展阅读
更多精彩，关注本号后，点击菜单栏或回复字母查看
回复 V：Nature/Science 回复 W：有机化学
回复 T：科研动态 回复 i：美丽化学
回复 P：化工应用 回复 L：科普知识
回复 C：漫画化学 回复 D：化学趣史
回复 F：化学视频 回复 Z：科技名人