植物灰提取碳酸钠的历史与技术创新

植物体腐烂或被烧成灰后，其中所含的一部分碳元素转化为碳酸钠。我国明代医学家李时珍在《本草纲目》中写道：“采蒿蓼之属，晒干，烧灰，以原水淋汁。”这里蒿和蓼都是草名。有些国家曾经大量引种盐碱地植物，用于提取碳酸钠。

18世纪中叶，随着工业革命的兴起，纺织、印染、玻璃等工业快速发展，对纯碱的需求剧增，通过碱湖捞碱和植物灰提碱已远远不能满足需求。化学家根据食盐和纯碱中含有的共同组成成分——钠元素，设想用较为易得、廉价的氯化钠制取纯碱。

最早实现人工制碱的是法国医师尼古拉斯·路布兰（Nicolas Leblanc）。下列是路布兰制碱法的流程：

路布兰制碱法，需要在高温下进行，生产成本高；反应主要是在固体间进行，所以产品纯度低，难以连续作业。在当时很长一段时间内，氯化氢气体、硫化钙都没有利用价值，随意排放，对环境造成严重污染。所以，路布兰制碱法有许多不足。

索尔维，比利时工业化学家。1860年，索尔维到煤气厂工作，研究煤气厂含氨残液的用途（煤干馏得到焦炭、焦炉气、煤焦油和粗氨水），他想从含氨残液中提取碳酸铵，但是没有成功。1861年，他将二氧化碳通入吸收了氨气的饱和食盐水中，得到了碳酸氢钠，灼烧碳酸氢钠制成碳酸钠，当年获得比利时专利（称为氨碱法）。1863年，创办氨碱法制碱工厂。

为什么向氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳会得到碳酸氢钠固体呢？当二氧化碳通入氨化的饱和食盐水中时，会和氨水反应，生成碳酸氢铵，此时溶液中同时存在碳酸氢铵、氯化钠、碳酸氢钠和氯化铵四种盐，其中碳酸氢钠以沉淀形式析出。

从表1所示的溶解度表中可知：常温下碳酸氢钠的溶解度最小，所以碳酸氢钠以沉淀形式析出。

表1　常见物质的溶解度表

反应的化学方程式为：

从理论上进行定量计算：在20℃时，取117 g食盐先配制成饱和溶液，向其中先后通入足量NH 3和CO2并充分反应。试求：

（1）117 g食盐理论上可以得到Na HCO3沉淀的质量。(www.xing528.com)

（2）能制取纯碱的质量及氯化钠的利用率（计算时假定：盐类共存时不影响各自的溶解度）。

解析：根据氯化钠的溶解度，溶解117 g氯化钠（2 mol），需要水约325 g。

根据质量守恒，生成碳酸氢钠2 mol，合168 g，反应用去水2 mol，合36 g，现余溶剂325-36=289 g。根据碳酸氢钠的溶解度，溶解的碳酸氢钠质量为27.7 g，析出碳酸氢钠168-27.7=140.3 g。

生成碳酸钠

根据钠原子守恒，利用的氯化钠=0.835×2=1.67 mol

氯化钠的理论利用率为1.67÷2=0.835，氯化钠的实际利用率约为0.7。

索尔维制碱法的原料（食盐、石灰石、焦炭、氨）比较便宜；氨和二氧化碳都可以循环使用；产品的纯度高；步骤简单，适用于工业化生产。

一些西方国家相继建立了生产纯碱的工厂，并组织索尔维公会，对会员以外的国家实行技术封锁。

“一战”前，我国所需的纯碱都是从英国进口的（时称“洋碱”）。