榜样中国近代化工业的拓荒人科学史小画

　　编者按：中科院之声不定期手绘一张＂科学史小画＂，为大家介绍一段科学史和其背后的故事。
　　1938年夏，侯德榜远赴德国购买＂察安法＂制碱专利。结果遭到德方的无理要求，不准在中国东北三省出售用该专利生产的产品。侯德榜内心深受刺痛，愤然终止谈判，＂难道黄头发绿眼珠的人能搞出来，我们黑头发黑眼珠的人就办不到吗？＂他暗自下定决心研发中国的制碱技术。
　　然而，理想与现实之间相隔群山万里。长期以来，制碱工业被外国垄断，以英国卜内门洋碱公司为代表的制碱企业掌握技术，囤积居奇，谋取暴利，严重制约着民族化工业的快速发展。因制碱有着丰厚的利润，其生产技术被外国人严格保密，设备仪器谢绝参观。在缺少资金、资料、设备以及军阀盘索、外资打压的重重困难下，研发和经营纯碱不是一件容易的事。
　　1911年，侯德榜考入清华留美预备学堂。1913年毕业时，他取得了十门功课1000分的特优成绩，赴美留学。1921年，他从美国哥伦比亚大学博士毕业，应爱国实业家范旭东之邀，就职于天津塘沽永利碱厂（简称＂沽厂＂）。侯德榜夜以继日地刻苦钻研，最终掌握了索尔法技术。1924年8月，沽厂正式投产，命名为＂红三角＂纯碱。1926年，在美国费城万国博览会上摘得＂金质奖＂，随后在瑞士国际商品展览会上再度斩获金奖，因其价格公道、质量上乘旋即风靡亚洲。好景不长，抗日战争全面爆发后，永利碱厂紧急迁往四川五通桥（简称＂川厂＂），这使刚刚走上正轨纯碱生产遇到拦路虎——缺盐！
　　盐是生产纯碱的重要原料之一。如果按照索尔法制取纯碱，盐利用率仅为70%，并且会产生大量废渣废液不利于环境保护。若说索尔法制碱在盐业发达的沿海城市还能维持，在缺盐的内陆则是一场灭顶之灾。为了使碱厂快速恢复生产，侯德榜远赴德国购买察安法专利。察安法可将食盐利用率提高至90%，对川厂的生产十分有利。＂日产10吨，8万美元！＂侯德榜对德国人漫天要价尚能勒紧裤腰带咬咬牙坚持，但是中国的领土一寸也不能分割！于是出现了开头的那一幕……
　　察安制碱法的核心在于制备碳酸氢铵，然后加入盐水加热制取纯碱。然而抗战中物资奇缺，制取碳酸氢铵的主要原料氨气在落后的华西根本无法生产，人们只能从库存中提取一些硫酸铵，（又叫＂肥田粉＂，是早期农肥的一种，最初由智利进口到中国）加上石灰乳蒸出氨气，以此制备碳酸氢铵。后来硫酸铵也颇为欠缺，难以为继，只得从人尿中提取氨，推进研究工作。
　　1个条件重复30遍，十几个对比条件，近500次试验，2000多个样品。功夫不负有心人，侯德榜等人通过实验证明了察安法专利中＂中间盐＂添加是无效的，他们也因此发现了一种察安法的改良工艺，提高了食盐的利用率，促进了抗战时期碱的生产。1941年3月15日，永利川厂召开了厂务会议，由厂长范旭东提议，会上一致通过新法制碱为＂侯氏制碱法＂（Hou’s Process）。但是这个时候离真正意义上的＂侯法＂还差最后一步——连续性。察安法不能连续生产是其工艺的短板，而索尔法的食盐利用率低则是它最大的缺憾。如何制造一个最为经济且有效的制碱法呢？
　　一年后，侯德榜从纽约回信：＂我已拟好一个从合成氨出发的制碱流程，制造碳酸钠和氯化铵的新法。＂此时的他，已不满足于对察安法的小修小补。他正在筹划一件变革型的发明——对1941年的制碱法作大幅的修改。年底，侯氏制碱法终于揭开了它最后一层面纱：取消原料碳酸氢铵，直接将含盐的母液加氨送入富有二氧化碳的碳化塔中，产出碳酸氢钠结晶和氯化铵混合液，这一步借鉴了索尔制碱法生成碳酸氢钠，但索尔制碱法通过加热碳酸氢钠结晶形成纯碱，遗留了大量的氯化钙和氯化铵溶液，经济效益不高。＂侯法＂的特别之处在于高效地处理废液达到生产效益的最大化。
　　他是怎么做的呢？他将含有氯化铵和氯化钠的废液再次加入氯化钠细粉经氨气形成饱和食盐水和氯化铵产品，这一部分便是将制碱工艺和合成氨工艺相结合，得到氯化铵和食盐水。在当时，氯化铵的农业化肥性质已被苏联实践验证，变无用的氯化钙为具有肥料价值的氯化铵，大幅提升了生产效益，同时得出的食盐水还能在生产中循环使用，使得食盐利用率提高到96%以上。1943年，该工艺在川厂试验中大获成功，中国制碱化学工业一跃登上世界的舞台。
　　侯德榜舍弃巨额的专利费，决心让全世界人民都能发展自己的纯碱工业，吃上本国生产的纯碱。1933年，《纯碱制造》（Manufacture of Soda）的出版砸开了垄断了70年之久的索尔制碱法的枷锁。不止于此，他的侯氏制碱法惠及巴西等国，帮助其发展纯碱工业。当印度塔塔公司开出了10万美金的年薪聘请侯德榜担任常驻总工程师时，大洋彼岸的侯德榜获悉南京已解放。为了报效祖国，他谢绝塔塔公司的盛情邀请，回到深爱的祖国开展化工建设。1955年，侯德榜当选中国科学院首批学部委员（院士）。
　　他上下求索，足迹遍布五洲四海。雪白的纯碱，是他留给中国古老广袤大地最珍贵的礼物。 作者：秦显韩，系中国科学院大学人文学院科学史系博士生
　　来源：中国科学院大学
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