文/柴常盛/
硫酸是一種基本化工原料,乍一聽起來“硫酸”兩個字很陌生,距離我們家庭或個人好像很遠,其實它距離我們很近很近,平時,衣食住行都缺不了它。試想,如果沒有硫酸,造不出染料,人們就無法穿著五顏六色的服裝;如果沒有硫酸,造不出“肥田粉”等化肥,就會造成糧食和食品的短缺;如果沒有硫酸,造不出阿斯匹林、咖啡因、維生素C、糖精等常用藥物,人們的身體健康就會無法保障……所以說硫酸應(yīng)用范圍十分廣泛,輕工業(yè)、印染工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、化肥工業(yè)、石油工業(yè)、制藥工業(yè)、炸藥工業(yè)和原子能工業(yè)都離不開它。由于硫酸在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用,20世紀(jì)世界上經(jīng)常把硫酸產(chǎn)量的多少,作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
據(jù)史書記載,早在2000多年前,我國即發(fā)明了制取硫酸的工藝。東漢(25~220年)年間編著的《黃帝九鼎神丹經(jīng)》的卷九中收錄了狐剛子的“煉石膽取精華法”,說的就是干餾膽礬制取硫酸的工藝。該書寫道:“以土墼壘作兩個方頭爐,相去二尺,各表里精泥其間,旁開一孔,亦泥表里,精燥使干:一爐中著銅盤使定,即密泥之;一爐中以實燒石膽使作煙,以物扇之,其精華盡入銅盤。爐中卻火待冷,開取任用。入石藥,藥皆神?!?/p>
后來至公元860年唐朝段成式編著的《酉陽雜俎》上也記載:“王玄策(648年出使印度)俘中天竺王阿羅那順以詣闕、兼得術(shù)士那羅爾娑婆,言壽二百歲。太宗奇之,館于金飆門內(nèi),造延年藥……言婆羅國有藥,……能消草木金鐵、人手入則消爛?!?/p>
這兩則史料說明我國在公元1世紀(jì)、7世紀(jì)時對硫酸的制法和性質(zhì)已有了初步的認(rèn)識并掌握。
明末清初方以智的《物理小識》卷七和宋應(yīng)星的《天工開物》卷十一中分別記錄了利用鐵置換硫酸銅中的銅,副產(chǎn)青礬及紅色顏料氧化鐵,及以硫化鐵制硫酸亞鐵的工藝,并已大量制用。在大量灼燒青礬生產(chǎn)氧化鐵時,生成SO3及SO2,當(dāng)時僅知“青礬廠氣熏人,衣服當(dāng)之易爛,草木不茂”,并沒有把這些“熏人”的氣體加以收集和利用。
世界上有關(guān)硫酸的知識也早為人知,10世紀(jì)波斯人郝埃弗爾指出硫酸亞鐵干餾,可得一種油類即硫酸,殘余的固體為氧化鐵。12世紀(jì)德國煉金術(shù)士馬格勒斯稱硫酸亞鐵為綠礬,并指出蒸餾綠礬可獲得綠礬的精華(即硫酸),稱為綠礬油。1746年出現(xiàn)以鉛室法生產(chǎn)硫酸的工廠。1827年法國蓋呂薩克提出在鉛室的后方設(shè)置淋灑濃酸的塔,以吸收排出的氮氧化物;1859年英國硫酸廠主設(shè)置了另一塔用來分離被濃酸吸收的氮氧化物,使返還鉛室重新使用,使鉛室法工藝和設(shè)備基本定型。1875年德國麥塞爾先利用鉑作為催化劑生產(chǎn)SO3,將所得SO3用濃硫酸吸收,得到發(fā)煙硫酸,使接觸法制硫酸實現(xiàn)了工業(yè)化,自1938年起接觸法制硫酸的產(chǎn)量已超過鉛室法硫酸的產(chǎn)量。
清道光年間(1823~1850)進士丁守仁在《編年自記》(4頁,1883年木刻本)中提到“(1845年)四月以‘洋強水’點藥,誤傷手目,月余始平復(fù)。”這里所說的“洋強水”是指硝酸或硫酸,可見在19世紀(jì)40年代一般的無機酸在民間已有購用,但都為舶來品。
1839年英國醫(yī)生合信來華與我國通西學(xué)的管茂才等合作行醫(yī)著作,傳授西醫(yī)及科學(xué)知識。1855年在上海出版《博物新篇》,書中也介紹了磺強水(硫酸)、硝強水(硝酸)、鹽強水(鹽酸,同時提到鉛室法制硫酸的工藝。
在我國,硫酸工業(yè)發(fā)軔于晚清時期的洋務(wù)運動。最早建造的硫酸廠有江南制造局、天津機械局第三廠、江蘇藥水廠等。
1870年左右,徐壽父子開始仿效研究鉛室法制硫酸,他們在儀器、設(shè)備、環(huán)境保護等方面條件都很差的情況下,“寐饋于刀鋸湯火之側(cè),出入于硝磺毒物之間”,克服重重困難,終于成功。1874年在江南制造局龍華分廠建成中國第一座鉛室,成功地用鉛室法生產(chǎn)出硫酸,并用以生產(chǎn)硝酸、研制硝水棉花(硝化棉),可謂我國化學(xué)工業(yè)之先導(dǎo)。李鴻章說:“該局(江南制造局)又在局四十里之龍華地方分廠治具,如法開造,約計每日出藥千磅,出林明敦彈子5000顆。就中試用化學(xué),兼造白火藥及各種強水均有成就。”《申報》、《格致匯編》均有關(guān)于我國建成最早硫酸廠的報道,轉(zhuǎn)錄如下:
制造局新造強水 本埠制造局邇來所造各色器具,無不精巧靈捷,其所仿效西法各技藝,可謂升堂入室者矣。茲悉雪村徐君近又仿西法添造強水一事,專為大小槍炮上銅帽所用者。蓋強水一物,前皆自英法等國購辦采滬,然性極猛烈,故輪船防有遺患,俱有不欲裝運來者。所以在西國雖屬價廉,而加以水腳費,每磅約舍價洋銀四五角也。徐君近深得西國制作之妙法,故現(xiàn)已在龍華火藥局自行制造,較西國所來強水毫無少異,其價每磅僅合大錢五六十文而已。噫!徐君何其心靈智巧之如是耶,無怪曾文正公稱為江南第一巧人也。
廣東區(qū)某問:化學(xué)工藝內(nèi)以硫強水與硝強水為最要之物,以中國所出之材料能造之與否?答曰:此兩種強水內(nèi)以硫強水為要,因造硝強水者曲以硫強水為料,所以先論硫強水。查其造法最易,至于材料皆為中國所有之物,惟小造者似覺未便,必須大造方能得利。其法先以鉛皮造大鉛房,長數(shù)十足,高十余尺,寬十余足,而鉛皮必焊連固密,不使漏泄鉛房之外。有燒硫黃之爐,此爐內(nèi)又有盛硫強水與硝之小盆,妒內(nèi)硫黃著火燃燒,其熱則令盆內(nèi)之硝化分成氣,至合于硫黃之氣,由管共入鉛房內(nèi)。鉛房之邊,另有鍋爐一座,為噴水汽入鉛房之內(nèi),則硫、硝、汽三物各有霧形,在鉛房內(nèi)互相變化,凝成硫強水,落于房底所預(yù)備之淡水之內(nèi)。此水漸漸至濃,則放出鉛房之外。先入鋁鍋少熬之,再入鉑鍋或鉑甑內(nèi),令為極濃之硫強水,合于各事之用。惟其法與材料雖系簡便,然非講究化學(xué)者不能造之。況鉛房與鉑鍋之工本價值甚巨,尋常之人未便為之,須廣用硫強水之人,或?qū)T鞆娝疄闃I(yè)者,則可以為之也。近知中國已有兩處置鉛房造硫強水,皆甚得法,所造之強水可與西國來者相比,難分軒輊矣。一在上海龍華火藥局廠,系徐雪村創(chuàng)造之;一在天津火藥廠,系徐仲虎造之。其兩處所自造之硫強水,已足敷兩廠之用,無須向西國購辦矣。緣此物最為危險,故遠處來者水腳等費頗大,可見中國能自行造之者,豈不大為省費。日本國近在寶鈔局亦有鉛房造硫強水,頗好,寄來中國出賣,閱本卷豐裕洋行告白內(nèi)即知其詳。
已有硫強水者,則硝強水自然不難于造。其法將硝一分、濃硫強水一分,放入玻璃甑或鐵甑內(nèi)加熱,則甑所出之氣引入冷凝瓶內(nèi),凝成硝強水。此物亦在前所言之兩處皆造之矣。惟此兩種強水最為危險,若用時稍不留神者,一著強水,無一不爛。
1.2 用藥前檢查 術(shù)前檢查血常規(guī)、血型、尿常規(guī)、肝腎功能、出凝血時間、陰道分泌物及B超測定胎兒大小及胎盤位置、心電圖等。嚴(yán)格掌握手術(shù)適應(yīng)證。
天津機械局
1874年徐壽、徐建寅父子在江南制造局仿效西法研制鉛室法硫酸獲得成功,徐壽“以精治科學(xué)與設(shè)計建造各項工廠著名于當(dāng)時,各省疆吏之欲建設(shè)新政者紛紛都來延聘。徐壽先生以滬局譯事與格致書院之教育重要,不克分身,乃遣其仲子建寅、季子華封代行,如為天津制造局建造硫強水廠,為山東建立機器局等?!?/p>
天津機器局由崇厚、李鴻章創(chuàng)辦,設(shè)于1867年(同治六年),與江南制造局、金陵制造局一起,是三個直屬清政府的大型軍工企業(yè)。天津機器局規(guī)模和投資略小于江南制造局而大于金陵制造局,主要制造槍支、子彈和火藥。1874年(同治十三年)徐建寅奉調(diào)天津機器局專事強水制造,建成淋硝廠(包括生產(chǎn)硝強水、磺強水、硝酸鉀),附屬機器局第三廠。磺強水(硫酸)實際于1876年(光緒二年)投產(chǎn)。由于生產(chǎn)的擴大,舊有鉛室已嫌過小,遂于1881年(光緒七年)添建淋硝新廠,新廠擁有鉛室六間。1882年又建硝強水廠,當(dāng)時規(guī)模日產(chǎn)硫酸2噸。 滬、津兩地硫酸廠的建成,結(jié)束了中國不能生產(chǎn),完全依靠國外進口硫酸的歷史,為后來各火藥廠建設(shè)硫酸廠奠定了基礎(chǔ)。
19世紀(jì)60年代英商立德在上海創(chuàng)辦立德洋行,是一個從老紋銀中提煉黃金的小廠。后來立德洋行把這個企業(yè)售予英商美查洋行。美查力主將這個廠讓中國使用,而自己則專門從事提供提煉黃金過程中所需要的各種藥水,將此廠改名為美查酸廠。事實上該廠僅使用大玻璃瓶和瓦罐配制各種所需濃度的酸類,并不直接生產(chǎn)硫酸。1875年改名江蘇藥水廠,建于上海蘇州河的大石橋(大王廟)附近。所產(chǎn)各種濃度的硫酸、硝酸系按向德國洋行買來的秘方配制。到1879年由于生產(chǎn)發(fā)展和市場的需要才決定建設(shè)硫酸生產(chǎn)裝置,全套鉛室設(shè)備購自德國,斥資12萬兩,此為外商在我國開設(shè)的第一座硫酸廠。該廠坐落在蘇州河舊廠之南,占地33畝,日產(chǎn)硫酸2噸,同時生產(chǎn)少量鹽酸、硝酸,雇用工人250人。1907年遷至西康路1501弄(藥水弄)29號。八.一三(1937年)事變時硫酸年產(chǎn)量為900噸,抗日戰(zhàn)爭后年產(chǎn)量增至2000噸。
江蘇藥水廠
1889年(光緒十五年)漢陽兵工廠成立。1909年10月硫酸裝置竣工,采用鉛室法制造,設(shè)施新穎,自1920~1928年合計生產(chǎn)硫酸15761600磅(約7000噸)。1928年改歸軍政部兵公署管理,產(chǎn)量激增,月產(chǎn)達120噸。
1904年(光緒三十年)四川總督錫良創(chuàng)辦四川機器廠(后稱成都兵工廠),內(nèi)設(shè)白藥廠,以硫磺為原料,用鉛室法生產(chǎn)硫酸,1919年投入生產(chǎn)。再用硫酸與硝酸鉀(精制土硝)或硝酸鈉制取硝酸,以硝酸生產(chǎn)硝化纖維,用以制造彈藥。
河南省鞏縣兵工廠則是我國第一家引進接觸法制硫酸的工廠。1918年即投入生產(chǎn)??谷諔?zhàn)爭時遷往四川瀘州,年產(chǎn)規(guī)模為5000噸。
1926年8月沈陽兵工廠日產(chǎn)10噸的接觸法硫酸裝置投入生產(chǎn),可生產(chǎn)發(fā)煙硫酸。
廣東省在1932年籌建廣東硫酸蘇打廠,采用接觸法制酸,全部設(shè)備向美國化學(xué)建設(shè)公司訂購,規(guī)模為日產(chǎn)98%硫酸15噸,1933年開始投產(chǎn)。
以上是我國早期的硫酸廠,這些工廠(除江蘇藥水廠外)的產(chǎn)品全都供軍工部門自用。直至20世紀(jì)20年代末,國內(nèi)各工廠、學(xué)校、研究單位所用的硫酸基本上全靠進口,為此每年得付出幾十萬銀元來進口硫酸。
1933年利中硫廠開辦,原來設(shè)在唐山,以當(dāng)?shù)亓蚧菫樵?。因出品成本太高,擴大資本為20萬元,總廠設(shè)在天津,以煤礦中的硫鐵礦為原料,制造硫酸。其裝置的設(shè)計由天津南開大學(xué)應(yīng)用化學(xué)研究所承辦,所長張克忠教授主持,開創(chuàng)了我國自行設(shè)計硫酸廠的先河。1934年5月投產(chǎn),日可產(chǎn)濃硫酸2噸,成為當(dāng)時華北最大的硫酸廠。
我國民辦硫酸廠起始于1929年的得利三酸廠,總廠設(shè)在天津河?xùn)|;分廠設(shè)在唐山,資本5萬元,年產(chǎn)硫酸8000擔(dān),年耗唐山硫磺20萬斤。
上海開成造酸廠,由項松茂在1930年創(chuàng)辦,資本75萬,采用鉛室法制硫酸,有鉛室三個。制造過程分燒磺、除塵、成酸、蒸濃四步。以浙江瑞安、諸暨和西班牙進口的硫鐵礦為原料,1932年10月投產(chǎn),產(chǎn)品投放市場,也是我國市場上最早的國產(chǎn)硫酸之一,年產(chǎn)3400噸,品種有3種。
民辦的規(guī)模最大、最早采用接觸法制硫酸的工廠是范旭東創(chuàng)辦的永利化學(xué)工業(yè)公司南京銨廠硫酸廠,全套設(shè)備來自美國,以硫磺為原料,年產(chǎn)硫酸36000噸,廠址設(shè)在南京長江下游六合縣卸甲甸,1937年1月26日投入生產(chǎn)。
尚興建一些小規(guī)模的硫酸廠,如西安集成三酸廠、成都的資業(yè)化工廠、1935年設(shè)立的重慶廣益化學(xué)工業(yè)社硫酸廠、中國造酸廠等。1933年國產(chǎn)硫酸約9000噸,使進口硫酸逐年減少。
正當(dāng)我國硫酸工業(yè)發(fā)展初具規(guī)模時(1936年國產(chǎn)硫酸54950噸),抗日戰(zhàn)爭爆發(fā),在日寇鐵蹄的踐踏下,我國硫酸工業(yè)較集中的天津、上海、南京相繼淪陷,所有硫酸廠皆陷敵手,致使數(shù)十年的建設(shè)毀于一旦。
日軍侵占東北期間,為了解決其國內(nèi)資源貧乏和侵略戰(zhàn)爭的需要,先后建造了六、七個規(guī)模不小的硫酸廠,其中規(guī)模最大的為設(shè)在大連甘井子的滿洲化學(xué)工業(yè)株式會社,1933年興建,1935年投產(chǎn),有拱墻式九塔法硫酸裝置一套,由日本設(shè)計,每套能日產(chǎn)70%的硫酸120噸。又有釩觸媒式硫酸廠一個,日產(chǎn)硫酸75噸,該廠總生產(chǎn)能力為年產(chǎn)20.895萬噸。在撫順,日商電氣化學(xué)廠建設(shè)了兩套鉛室法和一套接觸法硫酸生產(chǎn)裝置,鞍鋼鐵公司和本溪鋼鐵公司也建設(shè)了塔式法硫酸生產(chǎn)裝置,但規(guī)模都比大連的小很多。另外尚有1945年投產(chǎn)的“滿洲染料”,硫酸年生產(chǎn)能力為2萬噸,滿洲礦山年生產(chǎn)能力為1.5萬噸;遼陽的關(guān)東軍工廠年產(chǎn)能力為1500噸。
抗日戰(zhàn)爭勝利后,東北地區(qū)的硫酸廠已全部為我國接收。
抗戰(zhàn)期間為適應(yīng)后方生產(chǎn)需要,陸續(xù)在內(nèi)地建設(shè)一些小型硫酸廠。1942年鉛室法制硫酸在四川達到高峰,全省有硫酸廠8家、鉛室12間,總?cè)莘e960立方米,年產(chǎn)硫酸約850噸。
晉察冀邊區(qū)大安溝硫酸廠——中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下白手起家的典范
抗日戰(zhàn)爭期間,在中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下,各抗日根據(jù)地面對日偽實行野蠻的“三光”政策,為適應(yīng)戰(zhàn)爭需要,在極其困難的條件下靠自己的力量發(fā)展,用土法建起了一些小型硫酸廠,其中,1940 年建成的晉察冀邊區(qū)唐縣大安溝硫酸廠,以陶瓷缸做塔,用石英塊、焦塊做瓷環(huán),用風(fēng)箱和手搖風(fēng)車當(dāng)鼓風(fēng)機。土法生產(chǎn)硫酸、硝酸,用于制成火藥后在加工成炸藥包、手榴彈、地雷,并及時供給抗日前線,一時間被前方將士譽為我們的“雷神”。 1940 年還在太行根據(jù)地麻田鎮(zhèn)附近的白布礁建立了塔式法硫酸工廠、1942年在陜甘寧邊區(qū)延安西北的紫芳溝建成了鉛室法硫酸廠,在膠東地區(qū)建了生產(chǎn)硫酸的裝置,這些工廠在極其惡劣的環(huán)境中經(jīng)過艱苦創(chuàng)業(yè),自力更生解決技術(shù)問題,他們以硫磺為原料,產(chǎn)品經(jīng)濃縮制成濃度為94%的硫酸。為抗日戰(zhàn)爭、解放戰(zhàn)爭急需的火藥生產(chǎn)做出過突出貢獻。成為中國近代硫酸工業(yè)的組成部分。
八路軍兵工廠用自己生產(chǎn)的硫酸制成火藥進而制造手榴彈
新業(yè)硫酸廠——解放戰(zhàn)爭時期國內(nèi)惟一新建的硫酸廠
1947年,上海新建了一個接觸法制造硫酸的工廠,即新業(yè)硫酸廠。該廠由美國化學(xué)建設(shè)公司承造,設(shè)計比較先進,自動化程度較高,日產(chǎn)10~12噸,以臺灣的硫磺為原料,尚有年產(chǎn)800噸的發(fā)煙硫酸裝置。 1948年6月建成投產(chǎn),當(dāng)年生產(chǎn)了1253噸硫酸。這個廠也是抗戰(zhàn)勝利后到中華人民共和國成立前國內(nèi)惟一新建的硫酸廠。
綜上所述,1942年我國硫酸產(chǎn)量達18萬噸(含敵占區(qū)),是民國期間最高的年產(chǎn)量。但抗戰(zhàn)勝利后這些廠中相當(dāng)部分的硫酸生產(chǎn)沒有得到恢復(fù),解放戰(zhàn)爭期間生產(chǎn)又受到很大的破壞,1949年全國年產(chǎn)能雖然達到20萬噸,但年產(chǎn)量僅有4萬噸。