【元素家族——連載77】煮海的故事
在戴維之前,一位法國人勒布朗已經發明了一種方法,讓硫酸和食鹽反應,得到鹽酸和芒硝(硫酸鈉),再讓芒硝和石灰石、煤炭反應,可以得到蘇打。這是歷史上第一次人工製取蘇打,這種方法現在看來是非常不可取了,首先蒸餾出的鹽酸是很嚴重的污染,最後一步還會得到副產物二氧化碳和硫化鈉,上一節我們提到,後者是很讓人頭疼的化學品,很難處理。
【法國人勒布朗,最早合成出「蘇打」的人。「勒布朗法」制純鹼是化學工業興起的重要里程碑,帶動了硫酸、鹽酸、漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工產品的生產,對很多新的化學裝置的設計也起了很大的促進作用。】
1861年,比利時人索爾維正在他叔叔的煤氣廠里實習,從事稀氨水的濃縮工作。他嘗試用食鹽水吸收氨氣,就這樣他很偶然的發現了製造蘇打的好方法:
他先將石灰石(碳酸鈣)在高溫下煅燒成生石灰(氧化鈣)和二氧化碳,將得到的二氧化碳通入氨水和食鹽水的溶液里,得到了小蘇打(碳酸氫鈉)和氯化銨,加熱小蘇打,就可以得到蘇打了。
之前煅燒出的生石灰也有妙用,它跟水化合成熟石灰(氫氧化鈣),再和生成的氯化銨反應生成氯化鈣和氨水,氨水可以重複利用。
這種方法被稱為「索爾維法」,也叫「氨鹼法」,「氨鹼法」實現了連續性生產,食鹽的利用率得到提高,最大的優點還在於成本低廉。生產出的蘇打產品質量純凈,被稱為「純鹼」,一直到現在我們都將碳酸鈉稱為純鹼,它的原名「蘇打」反倒鮮有人知了。
【 「索爾維法」的化學方程式,高考有可能會考哦。】
新型的「索爾維法」迅速取代了之前的勒布朗法,索爾維申請了專利,建立了自己的公司,在比利時開辦了第一家工廠。
索爾維因此掙了一大筆錢,卻並沒有揮金如土,而是將這些錢都用於科學事業。他建立了布魯塞爾自由大學的科學研究所,還建立了索爾維商業學校。最有名的莫過於從1912年開始舉辦的「索爾維會議」,他將全世界最有名的物理學家和化學家召集在一起,討論最前沿的科學問題。「索爾維會議」每三年舉辦一次,遇到戰爭除外,一直持續到現在,其中最有名的就是1927年波爾和愛因斯坦的世紀論戰。
【1927年的索爾維會議合照,後排左起:皮卡爾德,亨利厄特,埃倫費斯特,赫爾岑,德康德,薛定諤,費爾夏費爾德,泡利,海森堡,否勒,布里淵;中排左起:德拜,克努森,布拉格,克萊默,狄拉克,康普頓,德布羅意,波恩,玻爾;前排左起:朗繆爾,普朗克,居里夫人,洛倫茲,愛因斯坦,朗之萬,古伊,威爾遜,里查遜。這是人類科學史,甚至人類歷史上最珍貴的一張照片,沒有之一,有人說這張照片集中了當時一半以上的人類智慧。】
索爾維的公司就叫做索爾維(Solvay),也一直延續到現在,剛剛在2013年經歷了150周年慶。這家偉大的公司早已經不止生產純鹼了,除了傳統化學品和塑料化學品之外,他們還在進入太陽能、燃料電池、土壤修復和新能源等領域。2011年,索爾維收購了法國的羅迪亞公司,2015年銷售額達到124億歐元。
【索爾維公司150周年慶時的海報。】
1911年對中華民族是一個重要的里程碑,辛亥革命爆發,結束了幾千年的帝王統治。一大批仁人志士回到國內,希望繼續革命或者建設中國,這其中就有一個在日本留學的小夥子:范旭東。
他的兄長是袁世凱北洋政府的教育總長,他本可以憑藉這樣的關係進入體制內,然而他看透了官場的腐敗,走上了科學救國,實業救國的艱辛之路。
【中國化學工業之父:范旭東】
當時,西方發達國家已明確規定,氯化鈉含量不足85%的鹽不許用來做飼料,而在中國許多地方仍用氯化鈉含量不足50%的鹽供人食用。因此,有西方人譏笑中國是「食土民族」。
1914年冬天,范旭東獨自一人到了天津塘沽,看到這裡的海灘邊鹽坨遍地,如冰雪一般,無邊無際。他目睹此景,有點激動:「一個化學工作者,看到這樣豐富的資源,如果還沒有雄心,未免太沒有志氣了。」
1915年,范旭東在天津創辦久大精鹽公司,范旭東親筆設計了一個五角形的商標,起名「海王星」。此舉一下子打破了中國精鹽市場被日本英國佔據著的格局。
【原久大精鹽公司地址現在還保留著。】
下一步,范旭東就要著手去製造純鹼了,當時世界上索爾維法是最先進的生產工藝,可惜西方列強對我們中國技術壟斷,絕不公開。范旭東設法和西方的化工公司商談引進生產工藝,但是西方列強為了操控市場,開出的條件非常苛刻。有一家英國公司甚至嘲笑道:「你們看不懂制鹼工藝,就看看鍋爐房好了。」
中國人是有骨氣的,范旭東就是其中一個!既然外國人不支持我們,那我們就獨立更生。他於1918年11月成立了永利制鹼公司,他到處籌錢,又招募了侯德榜等各方博士加入這個團隊,設計圖紙,訂購設備。可是一直到了1925年,都沒有正式出產品,4台船式煅燒爐全部燒壞,無法再用,全廠一度被迫停產。苦候數年的股東們已失去了耐心,英商趁機來談合作,希望入股永利,被范旭東嚴詞拒絕。
【有一部電視劇《煮海》,說的就是范旭東實業救國的故事,由帥哥王志飛和實力派演員斯琴高娃主演。】
范旭東仍然咬牙堅持,他要求董事們高屋建瓴,為維護永利鹼廠和民族工業的前途堅持奮鬥。工人們、研究團隊們也是一如既往的向著目標邁進,侯德榜身為麻省理工的高級海歸,回國之後放下了白領的架子,穿上藍領的衣服,和工人們一起工作,多年如一日以廠為家。
大家齊用命,終於在1926年6月29日這一天生產出了純凈潔白的合格產品,全廠歡騰。這時候,范旭東眼噙熱淚:「這些年,我的衣服都嫌大了。」
從1927年到1937年,永利的純鹼年產量翻了三番多,「紅三角」牌純鹼遠銷日本、印度、東南亞一帶,還在美國費城的萬國博覽會上獲得金質獎章。
在天津,永利鹼廠、南開大學和《大公報》被合稱為「天津三寶」,分別代表了那一時代工業、大學和新聞業的最高水準。永利鹼廠的主體廠房南北高樓聳入雲天,不但是華北第一高樓,更是塘沽乃至整個天津的標誌性建築。
【永利鹼廠的舊照片,20世紀30年代,我們也有過那麼大的工廠。】
國民政府的「黃金十年」很快就謝幕了,1937年七七事變之後,日本侵華,華北華東相繼陷落。范旭東將天津工廠和南京分廠關閉,來到大後方四川,建設了永利川西化工廠,為中華民族抵禦侵略提供重要的資源。
【解放後,毛主席視察永利鹼廠。】
堅持自主研發,不僅讓我們擁有了自己的工廠,還鍛煉了我們的研發團隊。聰慧、刻苦的侯德榜有了這樣的一個平台,在「山寨」完「索爾維法」之後,他也發現「索爾維法」存在巨大的缺點:只用了食鹽中的鈉和石灰中的碳酸根,原料中各有一半沒有利用上,食鹽中另一半的氯和石灰中的鈣結合生成了氯化鈣,這是很難處理的工業廢料。
他想到,能否把索爾維制鹼法和合成氨法結合起來呢?
他先讓氨氣與水、二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨,讓碳酸氫銨與食鹽反應生成一分子的氯化銨和碳酸氫鈉沉澱。得到了碳酸氫鈉,只要加熱就可以得到碳酸鈉純鹼了。這種生產方法在1943年成熟,為表彰侯德榜的功績,永利公司將這種新方法命名為「侯氏制鹼法」。
【「侯氏制鹼法」的化學方程式,小朋友注意一下,高考曾經考過哦。】
「侯氏制鹼法」相對於索爾維法,優勢很大:
1, 對食鹽的利用率高,從70%提高到96%。
2, 不需要加熱碳酸鈣,節省能耗。
3, 不產生難處理的氯化鈣,對環境友好。
4, 可以跟合成氨廠聯產,因此也叫「聯合制鹼法」。
5, 副產物是氯化銨,可以用作肥料。根據氯化銨在常溫時的溶解度比氯化鈉大,而在低溫下卻比 NaCl溶解度小的原理,在5 ℃~10
℃時,向母液中加入食鹽細粉,而使氯化銨單獨結晶析出。就這樣,「侯氏制鹼法」開創了世界制鹼工業的新紀元。
【侯德榜誕辰一百周年的紀念郵票】
1945年,范旭東在國共會談期間突發肝炎去世,令人扼腕,蔣介石和毛澤東都停下談判,一同前往他家弔唁。毛澤東親筆書寫了「工業先導,功在中華」輓聯。
他的民族工業大旗由侯德榜接過來,侯德榜在建國之後被任命為化學工業部副部長,在繼續發展制鹼事業之外,還創立了硫酸銨工業,為中國的化肥事業盡了一份力量。
【周總理簽字的任命書。】
范旭東在一次演講中說到:「中國如其沒有一班人,肯沉下心來,不趁熱,不憚煩,不為當世功名富貴所惑,至心皈命為中國創造新的學術技藝,中國決產不出新的生命來。」
侯德榜在給友人的書信中這樣寫到:「(這些事)無一不令人煩悶,設非隱忍順應,將一切辦好,萬一功虧一簣,使國人從此不敢再談化學工程,則吾等成為中國之罪人。吾人今日只有前進,赴湯蹈火,亦所弗顧,其實目前一切困難,在事前早已見及,故向來未抱絲毫樂觀,只知責任所在,拚命為之而已。」
這些語言就算放到現在仍然有很大的意義,幾十年後的今天,中國的化學工業已經上了好幾個台階了,一些產品甚至接近世界頂尖水平,但是在一些重要的局部領域我們還嚴重依賴進口。我們這些後輩化學人必須繼承這些偉人的意志,沉下心,不浮躁,做好我們時代的工作,要讓國人敢於談化學,不讓自己成為民族的罪人!
【珍貴的照片,范旭東和侯德榜。】
文末,推薦一下我的公眾號:理性邊界。《元素家族》系列文章已經寫到鉑系元素,歷經200多篇,在公眾號里全系列連載。但知乎上均為審閱版本,公眾號里為原始版本,希望大家多多指點。
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