碳酸钠的生产

碳酸钠的生产

碳酸钠俗称纯碱，是一种白色固体，由于它的水溶液显碱性，因此也把它称为纯碱。它也与我们的生活密切相关，蒸馒头时为了使面粉发酵后产生的酸性被中和掉，在揉面团时要加入“碱面”，它就是碳酸钠。其实，这只是碳酸钠的用途之一，碳酸钠本身是一种非常重要的化工原料，在玻璃、纺织、造纸、印染等工业中，都大显身手。

自然界中存在着天然的纯碱，出产天然纯碱的地方都是干旱少雨的地区。盐湖中的天然纯碱在气候干燥和气温下降时便结晶出来，把结晶溶解在水中，除去泥沙，再经过熬制，就得到纯碱。古埃及人早就把从干涸的湖泊中得到的纯碱用作清洁剂和防腐剂。后来，欧洲人用纯碱制造玻璃，把纯碱叫做“苏打”。

随着工业的发展，天然的纯碱越来越不够用，于是出现了工业制碱。1791年，法国医生路布兰在巴黎近郊设厂制造纯碱，利用食盐、硫酸、焦炭和石灰石作原料生产纯碱，生产中产生大量氯化氢气体。当时氯化氢气体的用处很少，却损害了农作物和工人健康。另外一种副产品是硫化钠，也找不到用途，反而堆积如山，臭气四溢。最后，路布兰法成了一种落后的生产方法，不得不让位给索尔维法。

索尔维是比利时人，他的父亲经营了一家利用粗盐制精盐的工厂，因此索尔维经常和食盐打交道，可算是在盐水中泡大的。他还在叔父开办的煤气厂工作，在生产煤气和焦炭的过程中，煤里所含的氮的化合物就转变为氨。索尔维为此专门研究如何回收这些氨，并加以利用。

煤气厂用水吸收氨，得到的是氨水，索尔维设想往氨水中加入食盐，并通入二氧化碳气体，以为能够得到碳酸铵固体，用作肥料。可是，从溶液中沉淀出来的并不是碳酸铵，而是溶解度比碳酸铵小得多的碳酸氢钠（俗称小苏打）。把碳酸氢钠加热，便得到了用处很大的碳酸钠，即纯碱。

索尔维原来的目的虽然没有达到，但是这个意外的发现却极有价值，用这种方法生产纯碱要比路布兰法高明得多。索尔维用了三种原料：食盐溶液、煤气厂的副产品氨水、石灰窑中大量被放空的二氧化碳气体。这些原料不是气体，就是液体，可以用管道化和反应器进行连续性生产。

在生产中，食盐溶液先吸收氨，再与二氧化碳发生反应，便产生溶解度很小的碳酸氢钠和氯化铵。碳酸氢钠加热分解，得到产品碳酸钠。索尔维很快获得了发明专利权，并在比利时建厂，生产出很纯的碳酸钠。1876年，在巴黎举办的国际博览会上，索尔维因提供的纯碱展品质地纯净而获得铜质奖章。从此以后，索尔维法在世界各地得到普及。

后来，英国卜内门公司建立了大规模生产纯碱的工厂，并与法、德、美等国组织了索尔维公会，约定设计图纸只向会员国公开，对外绝对保守秘密，凡有改良或新发现，也只在会员国之间通气。除了技术之外，在销售上也有限制，他们采取分区售货的方法，例如中国市场就由英国卜内门公司独占。如此严密的组织方式，使公会以外的国家根本无从问津索尔维制碱法的生产详情。多少年来，许多国家中想要探索此法奥秘的厂商，无不以失败而告终。

由于上述原因，尽管我国的海岸线很长，沿海的食盐产量很高，但直到20世纪初，我国仍不能生产纯碱，所用的纯碱完全依赖进口，市场被英国卜内门公司垄断。

我国民族资本家范旭东深知纯碱与许多民族工业的生存有极大的关系，为了改变我国丰盐缺碱的状况，在天津溏沽建起了生产纯碱的工厂，并聘请一位外国工程师作指导。后因锅炉爆炸而被迫停产，工厂陷于困境。范旭东不甘心失败，又派人去美国，希望能够物色一位有志于振兴中国制碱业的工程技术人员。最后选中了侯德榜。

侯德榜，字致本，生于福建省闽侯县，家境清寒，但勤奋好学，并考取了清华留美预备学堂（清华大学的前身）。1913年，侯德榜以10门功课获总分1000分的成绩，被选送到美国麻省理工学院攻读化学工程。留学8年，先后获得硕士和博士学位。

侯德榜在美国时，已经获悉索尔维公会封锁技术和卜内门公司的霸道行为，非常愤慨，现在居然有了一个为发展民族工业而献身的机会，便毅然接受永利公司的聘请，就任塘沽碱厂总工程师。

侯德榜深信，制碱技术决不是洋人的私有财产，凭借中国人的聪明才智，一定能打破外国的技术垄断。他为自己写下了座右铭：“勤能补拙，勤俭立业。”在强烈爱国心驱使下，他全身心投入工作。

经过一段时间的努力，碱厂终于又能生产了，可是，生产出来的纯碱却是暗红色的，不是合格的产品。侯德榜深知，掌握制碱技术决不是一朝一夕的事，于是，他再次到美国，参观了有关工厂和研究所。当时，美国对中国实行技术封锁，对参观的人，只许看，不许记录。可是，这一点并没有难倒侯德榜，他居然能够把所看到的生产设备、操作过程等一一记在脑子里，回到住所后再根据记忆把制碱设备和技术整理成文，这样，侯德榜终于全面掌握了生产纯碱的技术。

侯德榜回国以后，经过对工厂的技术改造，溏沽碱厂终于生产出雪白的纯碱，纯度达到99%，产品不但畅销国内，还远销日本和东南亚各国。1926年，中国生产的红三角牌纯碱在美国费城举办的万国博览会上获得金质奖章，实现了侯德榜的豪言壮语：“凡是黄头发蓝眼睛的人能办到的，我们黑头发黑眼睛的人也一定能办到。”

侯德榜摸索出了索尔维制碱法的奥秘，当时，如果他和永利公司以高价出售专利，将会发大财。但是，出人意外的是范旭东赞成侯德榜撰写一部阐述索尔维制碱法的专著，把其中的奥秘无偿地公诸于世，使工业落后的国家不再仰仗技术大国的鼻息，不再听从大国的摆布。侯德榜撰写的《纯碱制造》一书于1933年出版，轰动了科学界，被誉为首创的制碱名著，使很多不发达的国家掌握了制碱技术。后来，侯德榜还亲自到印度和巴西，帮助建设碱厂。这些不但是中国科学家对人类的一大贡献，也反映了侯德榜不求名利，一心为人民服务的高尚品德，他不把知识当作个人的财产，而是无私地奉献给全人类。

1937年，范旭东在南京建成具有世界先进水平的永利碱厂，侯德榜任总工程师。抗日战争爆发后，永利碱厂被迫迁往四川省自贡市。内地与沿海的溏沽碱厂不同，是缺盐的地方，只生产有限的井盐。侯德榜又根据这一情况，改进了工艺，使食盐的利用率提高到96%。这种由侯德榜结合实际情况创造的制碱法被称为“侯氏制碱法”。