制碱的故事是怎样的?
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发布时间：2022-05-27 21:35
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时间：2024-06-12 01:52
纯碱，有时简称碱，化学成分是含结晶水的碳酸钠（Na2CO3），在自然界中广泛存在。它们大都蕴藏在地表碱湖和出露在地表的矿床中，如非洲埃及首都开罗附近的碱旱谷、美国怀俄明州西南部的天然碱矿床、欧洲匈牙利的碱湖，都是闻名的。我国内蒙古的鄂托克旗碱湖群也很有名。在那些地方全年下不了两三次雨，一到秋天整日整夜地刮大风，冬天的寒冷季节来临后，湖水中含有的碱都结成冰楞似的，水面铺盖着一层雪似的碱霜。人们把它取出来，就近进行一些加工，做成一块一块的，用牲畜驮上。运集到张家口、古北口，然后转运全国各地。这就是曾经闻名遐迩的“口碱”。
许多植物体中含有碳酸钾和碳酸钠，特别是生长在盐碱地和海岸或海中的植物，吸收土壤或海水中的钠离子（Na+），当它们腐烂或被烧成灰烬后，其中就含有一定量的碳酸钠，含量可高达30％。我国400多年前明朝医药学家李时珍（1518~1593年）编著的《本草纲目》中就写道：“采蒿蓼之属，晒干，烧灰，以原水琳汁，去垢。发面。”
早期的人工制碱
欧洲人也很早知道从淋海草灰汁液中提取碱。可是，随着18世纪中期工业革命从英国开始后，纺织、造纸、制皂、玻璃、印染等工业需求碱量剧增，单纯依靠天然碱和从植物灰提取碱的量明显感到不足，这就需要人工生产。
化学家们通过分析研究认识到食盐和碳酸钠中含有共同成分钠后，就开始着手将食盐转变成纯碱的尝试。
1737年，法国学者挂哈梅尔杜蒙苏先将食盐与硫酸共热，得到硫酸钠，再将硫酸钠与木炭共热，生成硫化钠和一氧化碳，将硫化钠转变成醋酸钠后加强热，放出丙酮的蒸气，留下碳酸钠。
他还将食盐先转变成硝酸钠，然后将硝酸钠与木炭放置在坩埚中燃爆，产生碳酸钠。
这仅是实验室中的实验。
1773年，瑞典化学家谢勒将食盐溶液与氧化铅粉共同加热，形成氢氧化钠溶液，暴露在空气中吸收二氧化碳气，得到碳酸钠和黄色氯氧化铅（PbOCl·PbCl）沉淀。
英国人克尔曾利用这个方法在都得里建立一座生产纯碱和肥皂的工厂。另一位英国人吐勒在1780年取得制取氧氧化铅作为黄色颜料的专利，自称这种颜料为吐勒黄。
1777年，法国神父马厚比将赍盐转变成硫酸钠后，再将硫酸钠、木炭和铁混合灼热，使产物暴露在空气中，然后用水滗取碳酸钠。1779年建厂生产。法国药学教授柯普改进了这一制碱方法，用氧化铁代替铁。他的方法传到英国后立即建厂生产，每年纯碱产量达数千吨。
还有一些人提出另一些方法。
路布兰制碱法
法国科学院在1783年以1200利弗（法国货币单位法郎的旧名）悬赏征求制造纯碱的方法，以适应当时法国肥皂、纺织、漂染等工业的需要。
1789年，法国奥尔起公爵的侍医路布兰修改前人的一些制碱方法创立新法，1791年取得专利，并得到奥尔良公爵的资助，在巴黎近郊圣德尼建立日产250~300千克的碱厂。路布兰制碱方法所用的原料仍是食盐、硫酸和木炭，另有石灰石。生产操作过程主要分3步：①将食盐与硫酸作用，生成硫酸钠；②将硫酸钠、木炭与石灰石共同放入回转炉中加热，产生一种黑色的熔体，冷却后成黑灰；③将此黑灰浸泡后滗取溶液，浓缩后碳酸钠结晶析出。
1793年11月6日奥尔良公爵被法国资产阶级革命党人送上断头台，1794年1月28日圣德尼厂被没收。路布兰没有领到奖金，尽管到1801年圣德尼厂拨归他经营，但那时他已穷困得难以生存，不得不进入救济院，1806年自杀身亡。在他死后八年，即1814年人们为他在巴黎工艺学院中竖立一尊塑像作为纪念。
1823年英国政府宣布食盐免税，促进了英国以食盐为原料的化学工业生产。企业家穆斯普拉特抓住这个时机，将路布兰法引进英国，先后在利物浦、牛顿、佛来明顿等地建厂。到1886年，英国已用路布兰法生产成千上百万吨纯碱。
路布兰法的副产品氯化氢气在最初的一个时期里是被排入大气中的，后来由于对环境污染严重，英国议会通过管理条例，迫使生产者必须设法回收。1836年，肥皂制造商人哥塞创造用焦炭充填的洗涤塔，使上升的氯化氢气体被下降的水吸收，得到盐酸。1866年，生产工作者狄肯和胡尔特将此氯化氢气体与预热的空气混合。通过铜或锰的氧化物（作为催化剂）使转变成氯气，然后将此氯气用石灰水吸收，制成漂白液，取得专利。工业化学家钱斯在1822年将含有二氧化碳的烟道气通入废料中，使废料中的硫化钙转变成硫化氢，然后再氧化成硫磺。
这样不仅革新了路布兰制碱法，而且还获得一系列副产品，使路布兰制碱法形成了一个化工生产体系。化学工业就这样逐渐兴起。
苏尔维制碱法
路布兰制碱法虽然盛行一时。但是存在不少缺点，主要是熔融过程在固体中进行，需要高温，设备生产能力小，腐蚀严重，原料利用不充分，工人劳动条件恶劣，纯碱质量不佳，等等。于是生产者们争相研究其他制碱方法。这是科学技术发展的必然趋势。
到1859年，比利时人苏尔维在他的舅父开办的煤气厂经屡次试验，终于将盐卤与碳酸铵混合生成碳酸氢钠沉淀，加热碳酸氢钠放出二氧化碳和水，留下碳酸钠。他利用蠓焦厂的副产品粗氨水、石灰窑中的副产品二氧化碳气和食盐先制成碳酸氢钠，然后加热生成碳酸钠。这就是所谓的氨碱法。
苏尔维在1861年4月15日取得比利时政府颁发的专利，1863年他集资和他的兄弟创建苏尔维制碱公司，在库莱特建厂，1865年开工，1866年日产纯碱1.5吨。1867年该厂产品获巴黎博览会铜质奖章。1876年获维也纳博览会奖章，此法正式命名为苏尔维制碱法。1869年厂房建筑扩大1倍，产品量增加3倍。此时纯碱价格大幅度下降。科学技术上的创造就是这样造福人类。
苏尔维不懂化学，也不是工程师。氨碱法也不是他创造的。早在1810年法国光学家福瑞斯奈尔就提出这一方法。这一方法早在1838年就曾在英国被投入建厂生产，制出少量纯碱，但由于氨的损失太大，经济效益低，很快停产。苏尔维成功的重要一点就是他克服了这一缺点。他设置了一个塔，使二氧化碳从塔底上升与塔顶流下的饱和了氧的食盐水相遇，生成碳酸氢钠沉淀并迅速转移形成连续生产。他还将产物中的氯化铵与熟石灰作用，重新生成氨。
苏尔维的成功还在于他将专利许可证权转让给英国工业化学家门德和企业家卜内勒。他们于1874年在英国创建卜内门制碱公司，利用苏尔维法制碱。门德为沉淀的碳酸氢钠设计了转动过滤器，安装了连续的氨的蒸馏室，控制反应物的温度、压力和浓度等，使氨碱法日趋完善，同时得以推广。
苏尔维具有丰富的实践经验，这也是他成功的原因之一。他在煤气厂工作时已经对气体和液体的处理过程很熟悉，用他自己的一句话说：他是“在氨气中培育成长的”。他逃过了一次管道泄气爆炸的伤害。可以说，他是在实践中幸运成长起来的。
苏尔维重视工人的福利，这也使制碱公司获得很好的经济效益。他经常为科学家、研究人员和学生提供资助，出资建立了一系列以他的姓氏命名的研究所，如生理学研究所、社会学研究所、国际物理和化学研究所。1911年10月，他邀请包括居里夫人在内的当时世界上杰出的科学家在比利时首都布鲁塞尔举行国际苏尔维会议，探讨物理学和化学方面的重大问题。后来这种会议数年举行一次，称为苏尔维物理学会议和苏尔维化学会议。
