天行健,君子以自强不息;地势坤,君子以厚德载物。
——《易经》
在化学工业中,纯碱是一种重要的化工原料,它的化学名称又叫“碳酸钠”,是一种白色的粉末。别小看它,它的用途可大呢!制造肥皂、玻璃、纸张时要用它;纺纱织布时要用它;炼铁、炼钢过程中也少不了它。用它还可以制造出好多好多的化工产品哩!它诞生在化工厂里,是用联合制碱法生产出来的。这个方法由中国化学工业的先驱侯德榜首创,所以也叫“侯氏制碱法”。那么侯德榜是在怎样情况下研究制碱法,又是怎样创立侯氏制碱法的呢?
事情得从17世纪说起,当时人们在生产玻璃、纸张、肥皂等时已经知道要用纯碱,但那时的碱是从草木灰和盐湖水中提取的,人们还不知道可以从工厂中生产出来。后来法国一位医师路布兰用了4年时间,在1791年首创了一种纯碱制造法,从此纯碱能源源不断地从工厂中生产出来,满足了当时工业生产的需要。可惜这一方法并不完善,还存在着许多缺点,如生产过程中温度很高、工人劳动强度很大、煤用得很多、产品质量也不高等,因此很多人都想改进它。
1862年,比利时有一位化学家叫苏尔维,他提出了一种以食盐、石灰石、氨为主要原料的制碱方法,这方法叫“氨碱法”或“苏尔维制碱法”。由于这个方法产量高、质量优、成本低、能连续生产,所以很快就替代了路布兰的方法。但这个方法都被制造商严格控制住,一点也不让它泄露出来,制造商不希望被他人知道。
20世纪初,当时的中国工业生产也需要纯碱,但自己不会生产,只能依靠进口。第一次世界大战时,纯碱产量大大减少,加上交通受阻,英国一家制造纯碱的公司趁机抬高碱价,甚至不供货给中国,致使中国以碱为原料的工厂只得倒闭。
当时有一位在美国留学的中国学生侯德榜,他学习很刻苦,成绩优异,在美国学习化学工程已有8年,1921年取得了博士学位,当他听说外国资本家如此卡中国人的脖子时,非常气愤,他发誓学成回国,以自己已学到的知识报效祖国,振兴中国的民族工业。
1921年10月侯德榜回国了,他任永利碱业公司总工程师,任务是要创建中国第一家制碱工厂。当时要生产出碱,只能按苏尔维制碱法生产。原理说说很简单,可真正要制造出来可就难了。由于技术封锁,侯德榜只能靠自己不断研究、试验、摸索。经过好长时间的努力,终于设计好了流程,安装好了设备,接着就开始试生产。谁知一开始就碰到困难。一天,刚试车不久,高高的蒸氨塔突然晃动得很厉害,并且发出巨响。侯德榜急忙检查,原来所有的管道都被白色的沉淀物堵住了。怎么办?开始他拿大铁钎捅,累得满头大汗,但也无济于事。后来,他想出加干碱的办法,才使沉淀物慢慢掉了下来,终于转危为安。类似这样的故障还有很多很多,每次都被他一一排除掉了。
经过几年的努力,1924年8月13日,中国第一家制碱厂正式投产了。那天工人们早早地来到车间,都想亲眼目睹中国第一批纯碱的诞生。几小时后,不知谁喊了一声:“出来了!”大家眼睛一齐朝出碱口望去。咦?怎么出来的是红白相间的碱?按理应该是雪白的呀!大家的心头一凉。这时,侯德榜仔细地检查了设备,原来纯碱出来时遇到了铁锈,才使产品变红了。原因查出来了,大家都松了一口气,以后改进了设备,终于制得了纯白色的产品。望著白花花的纯碱,侯德榜笑了,他笑得那么舒心,几年的辛苦没有白费,他终于摸索出苏尔维制碱法的奥秘,实现了自己报效祖国的誓言。
1937年日本帝国主义发动了侵华战争,他们看中了南京的硫酸铵厂,为此想收买侯德榜,但是遭到侯德榜的严正拒绝。为了不使工厂遭受破坏,他决定把工厂迁到四川,新建一个永利川西化工厂。
制碱的主要原料是食盐,也就是氯化钠,而四川的盐都是井盐,要用竹筒从很深很深的井底一桶桶吊出来。由于浓度稀,还要经过浓缩才能成为原料,这样食盐成本就高了。另外,苏尔维制碱法的致命缺点是食盐利用率不高,也就是说有30%的食盐要白白地浪费掉,这样成本就更高了,所以侯德榜决定不用苏尔维制碱法,而另辟新路。
他首先分析了苏尔维制碱法的缺点,发现主要在于原料中各有一半的比分没有利用上,只用了食盐中的钠和石灰中碳酸根,二者结合才生成了纯碱。食盐中另一半的氯和石灰中的钙结合生成了氯化钙,这个产物都没有利用上。那么怎样才能使另一半成分变废为宝呢?他想呀想,设计了好多方案,但是都被他一一推翻了。后来他终于想到,能否把苏尔维制碱法和合成氨法结合起来,也就是说,制碱用的氨和二氧化碳直接由氨厂提供,滤液中的氯化铵加入食盐水,让它沉淀出来。这氯化铵既可作为化工原料,又可以作为化肥,这样可以大大地提高食盐的利用率,还可以省去许多设备,例如石灰窑、化灰桶、蒸氨塔等。设想有了,能否成功还要靠实践。于是地又带领技术人员,做起了实验。1次、2次、10次、100次……一直进行了500多次试验,还分析了2000多个样品,才把试验搞成功,使想象成为了现实。
这个制碱新方法被命名为“联合制碱法”,它使盐的利用率从原来的70%一下子提高到96%。此外,污染环境的废物氯化钙成为对农作物有用的化肥——氯化铵,还可以减少1/3设备,所以它的优越性在大超过了苏尔维制碱法,从而开创了世界制碱工业的新纪元。
科学家侯德榜的这种勇于创新、顽强拼搏的实践精神值得我们学习。在生活的道路上,纯粹的拼搏坚持不了多久,也可能事倍功半;而顽强拼搏则不同,它是原创力,它本身就是一条通向成功的捷径。如若能够勤奋,在掌握方法的情况下抓紧时间,用爱因斯坦的话说它本身就代表了成功。