化學不錯的差友可能都知道,純鹼(碳酸鈉)是工業中不可缺少的重要原料。
純鹼
比如經常會在浴室裡滑落的肥皂
甚至連製造鋼鐵的冶金工業都離不開純鹼~
純鹼主要應用於玻璃製造業、化學工業、冶金工業、以及造紙、肥皂、紡織、印染、食品等輕工業,用量極大,其中玻璃製造業是純鹼的最大用戶,約佔純鹼總消費量的 50%。
可以說純鹼的年產量在一定程度上可以直接反映出一個國家工業發展的水平~
截止到 2017 年 10 月中國的純鹼年產量已經做到了 2217.4 萬噸,是全球純鹼產量第一的國家。
但是 100 多年前處於混亂時期的中國,在技術、設備等方面完全不具備自主制鹼的條件,工業用鹼和居民食用鹼都只能依賴進口。
當年國外用的幾乎都是比利時化學家索爾維發明的索爾維制鹼法。
索爾維
而且英法德美等國家為了能壟斷制鹼技術,購買索爾維制鹼法專利後還搞了個索爾維工會。約定好設計圖紙只向會員國公開,對外絕對保守秘密;任何的改良或新發現,會員國之間彼此通氣,約定好不申請專利,以防洩露。
就這樣提取純鹼的技術被他們壟斷,純鹼價格在當時的中國更是買到了一盎司黃金一噸的天價!
按照當年 1 盎司=31.1 克黃金的價格,換算下來差不多 8300 人民幣每噸;而現在的純鹼價格在 2300 人民幣每噸。
但是這樣的情況在著名科學家、化學家侯德榜出現之後都變了。
侯德榜
1890 年生的侯德榜從小就表現出了異於常人的學習天分。在清華學堂學習時,還以 10 門功課 1000 分的全滿分成為了清華的第一代學神。
在清華的優異表現讓他得到了去美國麻省理工化工科學習的機會。
這一去就是八年,一路從學士學位讀到了博士學位。雖然是學神,但人也不是死讀書的那種,期間還去美國的水泥廠、硫酸廠和燃料廠等累積各種工作經驗。
1921 年侯德榜剛獲得博士學位,就被同樣學化學的實業家範旭東邀請回國擔任亞洲第一座純鹼工廠——
永利化學公司鹼廠的總技師。
為了打破制鹼技術被壟斷的局面,侯德榜回國後想盡辦法花重金買了一份索爾維制鹼法來研究,而且是簡略版。
簡略版代表裡面有些關鍵的製造方法被隱藏,可能是設備,可能是用量。。。
但是侯德榜就是憑著這份簡略版的制鹼法帶領著一群技術人員潛心研究了近五年,解決一系列技術難題後才正常生產出了優質的純鹼 ——
永利紅三角牌純鹼。
並且在 1926 年 8 月的美國費城萬國博覽會上被授予金質獎章,要知道用索爾維制鹼法製造出來的純鹼當年在萬國博覽會上才獲得了銅獎。。。
可以說,這個金獎表示我們中國終於打破洋鹼的壟斷擁有自己制優質鹼的能力。
摸索到索爾維制鹼法的侯德榜,原本可以高價出售這項專利成為新的制鹼壟斷商。
但是為了讓更多的國家掌握制鹼技術,他不僅放棄專利申請,還總結制鹼經驗無償寫了本《 純鹼製造 》,把索爾維制鹼法分享給了全世界的人。
《 純鹼製造 》
這本書的出版,打破了索爾維集團 70 多年對制鹼技術的壟斷,讓索爾維制鹼技術成為全人類共享的財富~
正常來說,為了增加中國的純鹼產量,永利制鹼廠要不斷擴張才對。
但是沒多久七七事件爆發,位於天津的制鹼廠一片混亂。。。
所以侯德榜和範旭東帶領技術人員被迫遷到重慶建設新的永利鹼廠。
侯德榜和範旭東在重慶的合照
這時候,索爾維制鹼法的弊端展現了出來。
索爾維制鹼法的工藝流程圖
首先是消耗原料太多,按照索爾維制鹼法制鹼,需要消耗兩份鹽才能生產出一份純鹼,鹽的利用率太低。。。
其次是不環保,生產純鹼剩下的另一個產物氯化鈣是個沒毛用的廢料,排放還會造成汙染。
再加上重慶當地的食鹽價格比天津貴多了,所以想要在重慶用老辦法制鹼成本太高,根本沒有辦法維持生產。
所以在他訪問德國時,計劃向德國購買鹽利用率高達 90%~95% 的察安制鹼法。但當時的納粹德國和日本暗中勾結,除了向侯德榜他們索要高價外,還提出有損中國主權的苛刻條件。
氣不過的侯德榜決定自己研究新的制鹼方法!
想要克服索爾維制鹼法的弊端,那就繼續從它著手,優化它的工藝!
在前面說了,索爾維制鹼法最大的缺點是原料的利用率不高,其中一個反應產物得不到很好的利用。
侯德榜為了解決這個問題,先後在美國、香港建立實驗室,帶著永利的技術人員經過 500 多次的循環試驗後終於研製除了新的制鹼技術 ——
侯氏制鹼法。
用工藝流程圖嚇嚇你們
他把索爾維制鹼法和合成氨的工業法結合起來。
也就是說,制鹼用的氨和二氧化碳直接讓氨廠提供,取代了之前用碳酸鈣製取二氧化碳的方法。
既然原材料中沒了碳酸鈣,那反應產物中自然也沒了廢料氯化鈣的存在;取而代之的是能用做化肥的氯化銨和可以循環使用的二氧化碳。
就這樣侯氏制鹼法的出現不僅把食鹽利用率從 70% 一下子提高到 96%,也讓原來無用的廢料氯化鈣變成了可用化肥氯化銨。
侯氏制鹼法完美的彌補了索爾維制鹼法的不足,不僅提高了食鹽利用率,減少了對環境的汙染,還縮短了生產流程、降低了純鹼的成本。
正常來說,科學家都會把自己嘔心瀝血研製出來的內容申請專利保護。但侯德榜又一次放棄了申請專利的機會,再次將侯氏制鹼法公開給大眾。
紀念侯德榜的郵票
這種聯合制鹼的方法很快被各國世界所採用,中國在世界重化工業上穩穩的佔據了一席位置~
之後,侯德榜一直致力於中國重化工業的建設。不僅在制鹼技術上不斷研究,甚至還帶領了一批技術人員研究出用碳化法制氮肥的生產流程,對我國農業生產也做出不可磨滅的貢獻~
在小二看來,侯德榜這一生至少有兩次成為億萬產業專利擁有者的機會:一次是索爾維制鹼法的研究,一次是侯氏制鹼法的發明。
但是他都選擇把技術無償分享出來。畢竟在這樣的科學家、化學家眼中,金錢並不是衡量他們成功的標準。