我国化学工业奠基人侯德榜，打破一盎司黄金换一磅纯碱的国外垄断

很多人不知道，纯碱是一种非常重要的基础化工原料。但有意思的是，纯碱其实是一种盐类，它的成分为碳酸钠。

这就如同铅笔不含铅，其主要成分是石墨；水银不是银，其实是金属汞；干冰不是冰，其实是二氧化碳。

纯碱

那么，既然被称为纯碱，是有两层含义的。

一方面是指碳酸钠在水溶液中水解后呈碱性；

另一方面是指最初的制碱技术得到的纯度不高，之后改进技术使碱的纯度大大提高。

因此，碳酸钠就得到了这么一个俗称——纯碱。

纯碱的作用可谓非常广泛，它可用于制造玻璃，如平板玻璃、瓶玻璃、光学玻璃和高级器皿；还可利用脂肪酸与纯碱的反应制造肥皂；还有硬水的软化、石油和油类的精制、冶金工业中脱除硫和磷、选矿、以及铜、铅、镍、锡、铀、铝等金属的制备、化学工业中制取钠盐、金属碳酸盐、漂白剂、填料、洗涤剂、催化剂及染料，以及在陶瓷工业中制取耐火材料和釉等，都离不开纯碱。

可以说没有纯碱就不会演化出现代化工产业。

目前，我国纯碱的产能、产量和消耗量均为全球第一。但是在一百多年前，全世界纯碱的生产和销售都被一家英国公司所垄断。最贵的时候，需要一盎司黄金才能换一磅纯碱。

这时一位中国科学家“横空出世”，他不畏强大的英国化工巨头，打破制造纯碱的技术壁垒，并免费向全世界公开制碱技术，为我国化工产业的建立与发展立下汗马功劳。

侯德榜

他就是中国科学家——侯德榜先生。

中国制碱史就是一部反垄断史

在没有进入工业革命之前，人们对纯碱的需求还真不高。

在那个时候，纯碱通常是作为食品添加剂使用的。我们知道如果在发面的过程中不添加纯碱的话，发出来的面会有一股酸味，进而影响口感。

可是，那个年代有的吃就不错了，口感反而是次要的。因此纯碱并不是必需品。人们对纯碱的消耗也非常少。这就导致了在相当长的一段时间内，即使是采用低效率的植物提取法生产纯碱，产量也完全能够保障需求。

草木灰

所谓植物提取法，就是说植物体一般都含有一定量的碳酸钾与碳酸钠。将植物晒干，再烧成草木灰。之后将草木灰装进布袋里，用水淋洗就能得到碱液。

这看似平静的需求与满足在工业革命开始以后便发生了巨变。

首先是粮食产量的提高使人口大量增长，导致纯碱在食品加工中的需求加大。

另外，工业革命还带动了一系列化工产业的迅猛发展，从纺织业到玻璃加工再到造纸行业，每个行业都需要大量的纯碱。这时候天然纯碱的产量就不够用了，在这种情况下，化学合成纯碱技术变得炙手可热。

瑞典化学家舍勒

最早的化学合成纯碱技术出现在1737年（清乾隆二年），随后瑞典化学家舍勒（1773年）与法国化学家勒布朗（1791年）先后开发出了的两种制碱技术并实现了工业化生产。

舍勒法是用食盐水（氯化钠）通过氧化铅生产出氢氧化钠，然后向氢氧化钠中通入二氧化碳生成纯碱。

勒布朗法是用氯化钠与浓硫酸反应生成硫酸钠，硫酸钠与氧化铁与木炭共热生成的产物中就含有一定量的纯碱，再用水清洗这种产物就能得到纯碱溶液。

这两种制碱技术不但工艺非常繁琐，而且污染严重。但这也是没有办法的，因为当时的化工产业非常落后，很多今天常见的化工原料都还未出现。

另外值得注意的是，两种制碱技术均选择了氯化钠作为起始原料，这与当时化学的发展有关。

拉瓦锡

十八世纪中叶，被称为“现代化学之父”的拉瓦锡的一大贡献就是采用计量分析的方法对化合物进行分析。

在这种方法的指导下，当时的化学家已经知道食盐与纯碱中含有一种“公共的成分”，因此纯碱的合成必须要用食盐为原料。这决定了后来所有的制碱工艺都离不开这一点。

法国医生路布兰

此后制纯碱技术又进行了一系列改进，比较出名的就是路布兰法。

这种方法的第一步还是用氯化钠与硫酸作用生成硫酸钠。

关键的改进发生在第二步：将硫酸钠与石灰石和木炭放入回转窑内加热，经过一系列的反应之后便可生成纯碱与硫化钙。这是一种黑色的物质，被称为黑灰。

最后将黑灰用水浸泡，由于硫化钙与未反应的木炭不溶于水，因此便可以得到纯碱溶液。

1825～1880年间是路布兰法的极盛时期。它带动了硫酸、盐酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工产品的生产。

但是，这种方法主要在固相中进行，因此难以连续生产。并且还用硫酸作为生产原料，时间一长便会导致设备腐蚀严重。

总的来说，路布兰法就是质量不纯，原料利用不充分，价格较贵，所以在投产50年后便被索尔维制碱法，即氨碱法所淘汰。

比利时工业化学家索尔维

1861年，比利时工业化学家索尔维在煤气厂从事稀氨水的浓缩工作时，意外发现在用盐水吸收氨和二氧化碳的试验中得到了碳酸氢钠。同年，他获得了用食盐、氨和二氧化碳制取碳酸钠的工业生产方法的专利。此生产方法被称为索尔维法，又称氨碱法。

氨碱法纯碱生产流程图

氨碱法直到今天还在广泛使用，其主要原料是原盐和石灰石，通过氨盐水吸收二氧化碳得到碳酸氢钠（小苏打)，再将碳酸氢钠煅烧，得到轻碱，转化之后得到重碱。

氨碱法的优点是原料易得，成本低廉，产品纯净，而且是以液相和气相作业过程为主，适于大规模连续生产，因而使当时每吨纯碱价格由13英镑降到4英镑。

但氨碱法仍有不少缺点，如盐利用率低(以钠计最多为75%)；每产1t纯碱，要排放9~10m³废渣和废液，长此以往便会淤塞港湾甚至污染大范围环境。

原卜内门洋碱公司大楼

1867年，索尔维制碱法的专利被英国卜内门公司获得。依托这项专利，卜内门公司成为当时世界上最大的纯碱生产商。

卜内门公司相继在英国，法国，德国与美国建厂。后来，这些国家共同建立索尔维公会，约定制碱技术只向会员国公开，并严防技术外流。

有意思的是，他们没有申请国际专利，这是因为一旦专利权的时效期满，该专利技术就会变成社会公有技术，任何人都可以直接使用。

除了技术封锁，他们还采取分区垄断生产的方法，例如中国市场由英国卜内门公司独占。

在很长一段时间中，凡是没有索尔维公会的特许，谁都无从问津氨碱法生产详情。很多想用氨碱法制碱的厂商，无不以失败而告终。

1914年，第一次世界大战爆发，当时主要的参战国恰好都是纯碱的生产国，为了战争需要，他们自身对纯碱的消耗大大增加，并无暇顾及国外市场，这导致了我国的纯碱供应严重不足，直接导致一大批以纯碱作为生产原料的肥皂厂和纺织厂相继倒闭。

爱国实业家范旭东先生

在我国处在水深火热之时，身在美国攻读博士的侯德榜接到爱国实业家范旭东先生的邀请：共同创办中国的制碱工业。

本来侯德榜是我国首位制革博士，但他怀着“工业救国”的伟大梦想，于是改行制碱。

“今后中国的存亡兴废，皆以劝工一言为旋转乾坤之枢纽。”

天津永利碱厂

1924年，标志着我国化学工业的起点——天津永利碱厂正式投产。可是，第一次生产出的纯碱竟然是红色的。当时几乎所有的人都认为投产失败了。

但侯德榜却认为出现了红色是因为我国的原料纯度太高，不像英国人用得那么差。于是他在原料里面添加了一些杂质。

奇迹出现——雪白的纯碱竟然生产出来了。

2年后，侯德榜和同事们解决了所有的制碱工艺问题，彻底掌握了氨碱法的全部技术秘密。同年8月，这座亚洲第一个制碱工厂量产出了纯碱，并命名为“红三角”牌。

随后，“红三角”牌优质纯碱在美国费城“万国博览会”上获得金质奖章。还被誉为“中国工业进步的象征”。几年后在瑞士国际商品展览会上，“红三角”牌纯碱再获金奖。

我国为侯德榜发行邮票

侯德榜因此被誉为“中国制碱大王”。

“我们绝不做第二个索尔维，第二个卜内门。”

1933年，为了让后人不再受人箝制，侯德榜决定公开制碱技术。他用英文撰写《纯碱制造》一书，并在纽约出版。之后这本书相继被译成多种文字出版，成为多个国家制碱业的技术参考。对全世界制碱工业的蓬勃发展作出了重大贡献。

联碱法

5年后，由于日寇的侵略，侯德榜转移天津制碱工厂，在四川岷江建立永利川西化工厂。由于没有合适的食盐原料，只能依赖于四川深井中的盐卤。可是这种采集极为困难的盐卤浓度非常低，需要经过浓缩才能成为原料，这导致制碱的成本居高不下。

侯德榜决定不再使用索尔维制碱法。

由于德国人施赖布改进了氨碱法——将氯化铵直接制成晶体作为副产品，既可避免产生大量废液，又可提高盐利用率。所以侯德榜先去德国柏林购买新的制碱法，但没想到的是，德国人认为日本是自己的盟友，因而漫天要价，还提出不能在满洲出售等一系列有损中国主权的要求。

侯德榜当即怒斥对方并拂袖而去。

回国后，侯德榜下定决心自己研制新的制碱技术。在抗战时期条件极其艰苦的环境下，他经过500多次的实验，分析了2000多个样品后，最终研发出新的制碱工艺，并使盐的利用率达到95%以上，不仅节省了三分之一的设备及辅助原料，还解决了废液占地毁田，污染环境的问题。

这种方法就是“联合制碱法”，它是把制碱和制铵两大工业联合在了一起，从而将制碱技术水平推向一个新高度。

1943年，中国化学工程师学会经过研究，一致同意将这种技术命名为“侯氏联合制碱法”。

联碱法

其实，侯德榜所创的制碱技术是在氨碱法工艺基础上改进发展而来，其原材料是原盐与合成氨。该方法通过与氨厂进行“—次加盐、两次吸氨、一次碳化”的联合循环生产。利用氨气和二氧化碳同时生产出纯碱和氯化铵两种产品。

而氯化铵是一种速效氮素化学肥料，它适用于小麦、水稻、玉米和油菜等农作物，尤其对棉麻类作物有增强纤维韧性和拉力并提高品质之功效。

单看合成纯碱的反应，这两种方法是相同的。

侯德榜的改进之处是：最后产生的氯化铵可以用作化肥，这是相当有价值的经济产物。

侯氏制碱法的生产联合了——食盐+二氧化碳在氨气下产生纯碱的过程和氮气变成氨气再变成铵盐的合成氨过程。

也就是说，侯德榜作为制碱工艺专家，也为“氮肥工业技术的发展”作出了重大贡献。

结语

侯德榜对我国化工产业的贡献，不仅仅是一个制碱法，他还搭起了我国整个“三酸两碱”的化工产业底子。

“万一功亏一篑，使国人从此不敢再谈化学工程，则吾等成为中国之罪人。吾人今日只有前进，赴汤蹈火，亦所弗顾。”

从侯德榜先生所立誓言之中，便能看出他不畏艰难，一心为国的赤子之心。这样的科学家是我们前进的榜样，我们要永远铭记他。