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民族化学工业的拓荒者——清华“千分才子”侯德榜

导读:民族化学工业之父范旭东缔造了庞大的“永、久、黄”化工团体,艰难地闯出了一条实业救国之路。他的追随者兼好友侯德榜以振兴化学工业为己任,为祖国的化工事业奋斗终身,名扬世界的制碱工艺打破国外制碱技术的长期垄断,令世界纯碱工业发生了翻天覆地的变化,也由此托起了中国现代化学工业的大厦。

侯德榜纪念邮票(图片来源于网络)

被垄断的制碱法

纯碱工业是其他工业的基础,影响着国民生活中衣、食、住、行等多个方面,也是20世纪衡量国家工业化水平的重要指标。我国拥有悠久的用碱历史,碱的加工利用最初源于天然碱,主要包括从草木灰中提取碱液和从盐湖水中取得天然碱,因产地不同存在“口碱”和“泰康碱”之分,前者主要来源张家口和古北口,名满天下;后者产自河南泰康县,集中在邻近省份销售。随着工业的发展,这种获得天然碱的方法显然是远远不能满足巨大市场需求的。

工业上最早的也是被普遍使用的制碱法是1861年比利时工业化学家欧内斯特•索尔维(Ernest Solvay)发明的氨碱法(亦称索尔维制碱法),该方法以食盐、石灰石和氨为原料,同时制得纯碱和氯化钙,实现连续性生产的同时也提高了食盐的利用率,产品也较为纯净。1863年,索尔维将氨碱法申请专利并和兄弟共同创办索尔维公司用于纯碱的生产,1867年索尔维公司制造的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章,此法也被正式命名为索尔维法。

曾位于纽约州的索尔维制碱法工厂

后来,英、法、德、美等国相继获得专利许可并建厂生产纯碱,这些国家发起组织索尔维公会,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,会员国之间彼此知悉并相约不申请专利,以防泄露。除了技术外,他们采取分区售货的办法对营业也进行限制,例如中国市场由英国卜内门公司独占。鉴于如此严格的保密措施,外人对此制碱技术一无所知,不少技术专家曾试图挖掘技术秘密,也均以失败告终。

“千分才子”侯德榜

1918年,范旭东等人在天津创办了国内第一家制碱公司——永利制碱公司,但他们面临技术上的重大困难,后来同是制碱公司创始人的陈调甫赴美考察期间结识了正在美国攻读博士学位的侯德榜,并将国内制碱工业的现状告诉了他。经陈调甫的引荐,1921年春天,侯德榜在博士学位答辩时收到范旭东来信,信中范旭东真诚地邀请他回国一起承担建设永利制碱公司的重任,在范旭东爱国热情的深深感染下,侯德榜肩负民族大义,毅然回国决心制碱报效祖国,两人戮力同心也由此翻开了民族化学工业事业的新篇章。

侯德榜1890年出生于福建省闽侯县的普通农家,自幼半耕半读、勤奋好学,在当地有着“挂车攻读”的美名,后来在亲戚的资助下完成部分学业。1911年,他以十门课一千分的好成绩考入清华留美预备学堂,获得“千分才子”美誉,名满清华园。1913年他赴美留学,四年后顺利获得MIT化工学士学位,随后又在哥伦比亚大学获得博士学位。

青年时期的侯德榜(右二)

打破制碱技术的封锁

侯德榜回国后出任永利制碱公司的总工程师,历经周折,他们花费重金购得一份索尔维制碱法的简略资料,但具体的生产工艺却因保密不得而知,要想成功制碱必须全靠自己摸索。侯德榜埋头钻研,经过无数次实验、改进,终于成功揭开了索尔维制碱法的神秘面纱。1926年,永利生产出我国第一批优质纯碱——“红三角”牌纯碱,并一举斩获当年美国费城万国博览会金奖,获得“中国工业进步的象征”的评语;1930年瑞士举办的国际商品展览会上,“红三角”牌纯碱再获金奖,又一次获得世界范围内的认可。

包含坩埚元素的“红三角”商标

索尔维制碱法的基本原理并不复杂:用饱和食盐水吸收氨气,再向其中通入二氧化碳,制得溶解度较小的碳酸氢钠,过滤出碳酸氢钠后煅烧即可制得纯净洁白的碳酸钠固体。该方法的突出优点是技术成熟,原料来源丰富且廉价。当时本可出售专利大发其财的侯德榜选择将研究成果著书公之于众,让世界各国人民共享成果,从此之后,制碱技术长期被垄断的局面被彻底改变,国人制碱的梦想得以实现。

索尔维制碱法工艺流程示意图及化学原理

改进的制碱工艺——侯氏制碱法

1937年,日本侵华的战火逐渐蔓延,位于天津的永利制碱公司不得以迁至四川并将厂址取名“新塘沽”。由于内地盐价昂贵,如果仍用索尔维法制造纯碱,盐的利用率太低,生产经营也必将无法维持。当时有一种食盐利用率较高的制碱方法“察安法”被德国牢牢控制,侯德榜试图考察此法时被德国提出的苛刻条件高价勒索,无奈之下只得自行研究制碱新法。

经过不懈努力,侯德榜针对氨碱法的不足,对此法进行了重大改进,他创造性地将制碱和合成氨结合起来,成功地发明了联合制碱法,其基本化学原理与索尔维制碱法相同,但革除了用石灰石生产CO2这一工段,CO2来源于合成氨的造气(水煤气转化)工段。1943年中国化学工程师学会一致同意将其命名为“侯氏(联合)制碱法”。

侯氏制碱法工艺流程示意图

侯氏制碱法的另一成果是解决了索尔维法产生的氯化钙占地毁田、污染环境的弊端。制碱新法的副产物是价值较大的化肥氯化铵,在一定程度上促进了小化肥工业的发展,缓解了中国当时氮肥不足的局面。值得一提的是,侯德榜还发明了回收氯化铵的技术:利用低温时氯化铵比氯化钠溶解度小的原理,在278~283K时向母液中加入磨细的食盐粉末,由于“同离子效应”,促使前者结晶析出。分离氯化铵后的母液主要含氯化钠,可继续送回到吸收、碳化塔,大大提高了食盐的利用率。

传播新知,培育人才

自幼树立“科学救国”、“工业救国”宏愿的侯德榜,十分热心于科技知识的传播与应用,也特别注意爱护和培育科技人才。对自己从事科技工作的成果和心得体会,他都会认真总结,笔耕不辍,力求翔实地公诸于世。据不完全统计,侯德榜一生共撰写出版了10部科技图书和70多篇论文,超过250万字,这些成果对传播技术、培养人才起到重要作用,也为我国和世界科技知识宝库增添了财富。

担任永利公司领导职务后,侯德榜还特别重视科技人才的培育,对于年轻的技术人员他会经常为他们讲课,辅导和解决疑难问题,甚至组织优秀的技术人员出国交流学习,他就像一位辛勤的园丁,培养出一批又一批技术骨干,他们都以前辈侯德榜为榜样,在各自岗位发光发热,为我国化工事业的发展壮大贡献力量。

结束语

侯德榜为我国化工事业做出的贡献永远不会被遗忘,除了中国邮政在1990年发行纪念邮票外,1999年中国化工学会又以侯德榜的名字专门设立“侯德榜化工科学技术奖”用于奖励和表彰优秀的化工科技工作者,当代青年学生则通过演绎话剧《侯德榜》的方式纪念和缅怀这位化工先驱。无论以何种方式,我想侯德榜严谨求实的科学态度以及心系祖国的赤子情怀,都是值得我们每个中国人学习的高尚品质。

参考资料

  • [1] 张玉芳. 侯德榜和他的侯氏制碱法[J]. 文史精华, 2010 (02), 47-52.
  • [2] 冯晓蔚. 化学工业泰斗侯德榜[J]. 文史春秋, 2013 (09), 44-49+2.
  • [3] 陈歆文. 侯德榜与侯氏碱法——献给建国50周年[J]. 纯碱工业, 1999 (05), 57-64.
  • [4] 柴常盛. 纯碱工业(上)[J]. 化工管理, 2014 (16), 97-101.

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