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盐池化工及技术演进探讨

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《广西民族大学学报》2015年第五期

位于晋、陕、豫交界的山西运城盐池又称解池、潞池、河东盐池等,被誉为“中国死海”,是世界最早开发的盐池及盐产地,其产盐史达四千年以上,孕育形成了中华上古文明的最初格局,并在数千年文明演进的诸多时期扮演了重要角色,占据了不可忽视的历史地位.盐自古以来都为文学、历史学、经济学以及传统科学等诸多领域所关注,围绕其展开的记述———“上自史传,下迄志书,旁及计臣奏章,私家著述”———极其丰富,又因“盐池成自天然,品质纯净,储量丰饶,採取便利,当海盐井盐未经利用之先,人民食用所需,唯此是赖”,所以有关运城盐池的论著,构成了古代盐史研究中最早也最重要的一部分.然而,随着20世纪以后西方近代科技在中国的引进与开展,社会政治的动荡变化以及传统盐业生产的技术守旧与封闭,使得运城盐池所产池盐在与芦盐以及地方保护下的土盐等其他食盐产品的竞争中逐步败退,生产萧条.盐池副产物中大量的芒硝等化工产品由于不被科学认识与利用,废弃堆积,不仅造成资源浪费,更因处理无方而对附近空气、土壤及农作物等造成严重污染和损害.民国时期,运城盐池走入了危急存亡的历史拐点,围绕盐池近现代化学工业化的科技研究也由此发端并逐步展开.

1运城盐池近代研究的特点

当代著名盐业史研究专家、运城学院已故教授柴继光先生(1931-2012)曾在《关于运城盐池的著述考略》一文中,将古今运城盐池的相关研究归为两种类型,即文艺类与论著类.前者的主体为从上古到清代文人所做的诗词文赋;后者则主要包括了宋、金、明、清的志书.关于从民国发端的近代研究论著,此文仅提到三种:1935年蔡国器所著《璐鹾纪要》、抗战期间曹焕文所著《西北盐池》以及1936年曾仰丰所著《中国盐政史》.其中,只有《西北盐池》从地质以及化学角度,对运城盐池的地理学成因以及硝板晒盐的化学原理进行了简单论述,其他两部都属于盐法、盐政等角度的探讨.为了详细探究民国时期有关运城盐池研究更精确的统计信息,本文参考《中国盐史论著目录索引(1911-1989)》与《中国盐业史学术研究一百年》两部针对中国盐业史论著目录专门统计的著作成果,对民国时期盐史论著进行详细分类①、校对和统计,结论发现:在1911-1949年期间,国内外共有正式出版及发行的盐史论著358部(国外著者41部,国内著者317部).其中,“综论”类101部,占比28.1%;“社会”类138部,占比38.4%;“经济”类98部,占比27.3%;“文化”类1部,占比0.3%;“科技”类21部,占比5.8%.而其中有关运城盐池的论著仅8部,仅占到所有盐史论著的2.3%;同时,其研究角度全部属于“社会”及“经济”类,并未有专门对盐池化工科技进行的研究.②新中国成立以后,针对运城盐池的专门研究在长时期内并不多见.

然而,自20世纪80年代开始,相关研究论著则呈现出急速增长态势.③由此可以看出,民国时期是运城盐池产盐技术由传统到近代化工的过渡期,当时的中国盐史研究集中于盐务、盐法、社会、经济等方面,缺乏从技术———尤其是化工科技角度的研究;而对运城盐池的科技研究,则更属罕见.日本学者吉田寅在《中国盐业史在日本的研究状况》[7]一文中写道:“中国盐业史在日本研究逐步兴盛始于1940年.其研究不外乎从法制的或社会经济的角度入手,有关盐业技术方面的研究则微乎其微.在区域性的研究中,其重要课题则是山西的盐池与沿海一带的盐场.”因此,彭泽益在1991年召开的“中国盐业史国际学术讨论会”上所致开幕词的相关总结,也就不难理解了:“旧式的盐史研究,大多从‘盐法’和‘盐政’的角度出发,着眼于财政税制和盐务的整顿及完善,来评说‘盐政’或‘盐法’的得失.这显然同适应历代统治者的需要有关,至少没有摆脱其影响.然而,对我们来说,这已经远远不够.即如盐业科学技术方面的重大进步和发明创造,乃至它们怎样出现……这许多重大的课题,不是谈论盐政就能解决和代替的.”[8]结合如上统计与论述,本文认为,民国时期之所以成为运城盐池研究由社会角度到科技角度的过渡时期,除去时代的诸外史因素,必也存在内史的原因,即投身运城盐池近代化工业研究的先驱学者,为后来的研究做出了先行性努力和奠基性贡献.

2曹焕文运城盐池相关的研究与论著

曹焕文(字明甫,1900-1975)是民国及建国初期山西工业最重要的建设者和奠基人之一,也是最早关注运城盐池化学工业化、提出盐业整顿及化工产品开发计划,并投入巨大精力进行呼吁、研究与实施的学者.他于1919年起留学日本,1921年考入东京高等工业学校(东京工业大学前身)电气化学科.1926年回国后,先后担任了山西火药厂技师、工程师及厂长等职.出于对火药原料氯酸钾的生产需求,曹焕文将目光聚焦在“取之不尽、用之不竭”的被当作“弃物”的化工产品上.1932年1月10日,被称为“近代山西工业母体”的西北实业公司在太原筹备,下设筹备机构共5组,筹备委员12人.曹焕文作为委员之一出任化工组组长,后任工业处处长,“担负山西化学工业建设之责”.由此以后,他作为工业建设带头人、化工专家和实业家,开始了六、七年对解池的潜心研究.1932年8月,在亲赴运城盐池实地考察后,曹撰写并发表《整理运城盐池盐务私见》④一文提交当局,表达自己对盐池生产所遇症结的研究观点以及整顿盐务、建设工业的建议.在文中他重点强调了盐池副产硝板的利用愿望,认为过去“硝板堆积如山,废弃满地,利用无术,除去无方,不能不说是暴殄天物,也可说是人事未臧”,从而提出“以绵薄之力,宣传提倡,使社会人士、技术专家深切注意外,个人亦实行作技术之研究,企图以科学之力,化无用为有用,用人力以夺天工”的愿望.1934年7月,曹焕文再赴运城考察并作《整顿潞盐计划书》,其中特别强调应着力研究“化学工业用盐”、“堆积如山”的“副产芒硝”和“苦汁内钾素”等盐池内化工产品:……潞盐晒法虽古,然自古迄今,殊少改变,其制盐一切工作,多不适于今日科学进步之时代.……本省十年建设计划,逐渐实行,各化学工厂次第兴起,而碱及各种副产物为化学工业重要原料,非先期研究,恐不足相辅以成,且同蒲路明年即至运城,煤炭问题瞬将解决,时机已至,不可失也.[9]37此文极力呼吁社会关注运城盐池现状,早日开始化工业建设,改良盐务,开发盐池其他化工产品.此外,1935年1月曹焕文又著《化学工业进行步骤说明书》,分酸碱、电气化学、油脂等共10种工业类别、32项事业进行分别说明,其中涉及运城盐池为“酸碱工业类”中的3项(即“运城盐业”、“河东制碱”、“硫化碱制造厂”)以及“电气化学工业类”的1项(即“电解曹达及盐酸加里事业”),呼吁“改良盐法,改进(食盐)品质”,提出可在河东生产工业用碱的若干方式,以及运城盐池可供给硫化碱、苛性曹达与漂白粉等生产的主要原料,建议设立“河东盐业研究所”及“碱厂、硫化碱厂”,并身体力行,“自己在西北实业公司建设一小规模硫化碱炉,加以研究,成功后又于(西北)窑厂造一大炉,以期社会之需.”1932年11月至1935年1月,曹氏依据自己“对潞盐整顿、运城盐池改良”所实际参与的工作,陆续撰写和发表专门针对运城盐池的“建议、调查、整顿、宣传”性论著8种,并整理为合集《河东潞盐盐务丛集》.抗战爆发后,曹焕文随西北实业公司南迁,担任成都、西安公司工程师、重庆中华大学理学院教授、自贡市中央工业试验所盐碱实验场工程师兼副场长等职.利用抗战的几年时间,他辗转四川各盐场,凭借之前在运城盐池调查研究产盐技术的经验,静心专事研究井盐及盐副产品———尤其是战争期间急需之钾盐的提取和利用技术,取得特别的成果.①1940年他撰写并发表《西北盐池纵览》②一文,总结其考察过的包括运城盐池在内的西北诸盐池生产现状,提出改良呼吁;与此同时,作为教授,曹在传播盐池科技与文化方面一直不遗余力,曾多次进行公开讲演和授课,力图“启发”盐商与社会,繁荣盐化工业.1945年由“说文社”代为出版印行的《西北盐池》,在当时四川自流井及其他盐产区流传甚广,影响颇大.著作全文约9000字,共9个主要章节分述了西北盐池的价值、历史成因、分布情形等.除去以独特的“硝板晒盐”技术为特点的运城盐池外,文章还在遍布西北广袤区域的50多处盐池中,择取最它盐产区流具特色和代表性的3处(吉兰泰盐池、杭锦旗盐池和青海池)做了分析简述,该文也成为曹氏盐业理论的代表作之一.尽管曹焕文对池盐的研究视角扩大至与井盐的比较以及整个西北,但其核心和精华仍是运城盐池,其理论代表作,也非其数十年研究与建设经验的盐业化工及盐史代表作———《运城盐池之研究》莫属.该著作创作于1945年,自1947年1月1日起在《西北实业月刊》(下称《月刊》)以连载的形式分期发表,历经2年时间,分载5卷20期.1948年9月1日的《月刊》第5卷第2期是其连载的终结,虽然该期文后标明“未完”,说明全文并未刊登完毕,但由于战事及其他原因,《月刊》很快停止发刊③,这部运城盐池的重要研究著作也再未继续发表续文.④本文蒐集了《运城盐池之研究》发表于《月刊》的全部内容,进行了详细的统计:这部著作仅已出版文字,就已达14万余字;此外,文中另配有插图36幅,表格200例.全文分10编37节80项,研究论述了运城盐池地形、水源、地下矿脉等的形成及发展历史,运城盐池从上古至近代晒盐技术的变化演进,以世界代表性盐矿、盐湖以及四川自流井盐井与运城盐池进行比较分析;同时,用化学方法对盐池卤水成分进行了鉴定,科学分析其与气候的关系;由对畦晒咸水钩配“甜水”的原理探索,进行“卤水自然变化及降低浓度的研究”;系统研究了硝板的化学成分、成因、硝板晒盐法的化学作用以及其科学利用的工业计划.鉴于运城盐池著名的防水工程,著作从历史、地理等角度入手,对“疏水河渠”、“拒水堤堰”和“护池泄水滩”进行理论梳理与解释.可见,《运城盐池之研究》是一部完整的运城盐池科技研究专著.限于篇幅,此处仅择其对硝板相关的两点研究,即可管窥其对运城盐池现代科技研究的影响与贡献.首先,关于硝板化学成分的鉴定.运城晒盐,必须依赖硝板.晒盐时硝板上所发生的种种化学变化,是现代运城盐池化学研究的重点,而硝板化学成分的鉴定,又是最基础的重中之重.曹焕文曾在30年代即在运城盐池对硝板成分进行过实地考察与取样分析,并送至日本东京工业试验所进行鉴定.通过对多份硝板样品化学成分的比例进行对比与研究后,他第一次提出:运城盐池硝板的化学成分为“白钠镁矾”.这是运城盐池研究史上首次、也是最重要的一次科学鉴定;鉴定结果至今仍是学界对硝板成分普遍接受的定论,例如:“解放后,经轻工业部盐源勘探队、山西省地质局214队、216队等单位先后在运城盐池进行不同程度的地质工作”,探得“沿盐湖分布”的17个硝板矿体中最大的3个矿体矿物“主要为白钠镁矾、芒硝、无水芒硝、钙芒硝及石盐”;柴继光也曾将曹焕文的“硝板成分分析表”及鉴定过程进行引用,并使用“山西省214地质队”1987年对白钠镁矾成分鉴定的“勘探报告”结果与之进行了对比,对曹焕文的硝板成分研究给予肯定.其次,关于硝板的化学作用.曹在《运城盐池之研究》第九编中总结提出了硝板的三个特别作用:“化学变化作用”、“吸热保温作用”以及“助长晶析作用”,并分别进行了详细的解释与探讨.通过对“化学变化作用”的研究,根源性地解释了苦盐除杂的全部化学变化;“吸热保温作用”则将硝板透热度与运城盐池晒盐“热传导、对流、辐射兼而用之”的复杂特点进行了深入论述;“助长晶析作用”是以晶体学理论对食盐结晶过程的几何性质、物理组成、化学结构等方面进行的研究.

由于这三个作用在解释运城盐池硝板晒盐独特生产方式方面的重要意义,曹的理论研究深刻影响甚至决定了后来的相关研究.例如,柴继光对曹焕文硝板作用的研究数据以及结论,作了较大篇幅和较完整的引用;陈惟同、张正明等学者也在相关研究中借鉴或承认了曹的研究结论.

3运城盐池产盐技术演进研究

运城盐池古有大、小池之分,大池指地处古安邑段的盐池,小池即“女盐泽”.最早的记载见于北魏郦道元的《水经注》,其中有对小盐池“裂水沃麻,分灌川野,畦水耗竭,土自成盐”的记述.曹焕文在《运城盐池之研究》中对此也通过亲历山西清源县生产白盐的场景的描述,佐证了已然滥觞于北魏时期的小盐池的畦晒.而这种技术的出现,则可推断在春秋战国应已开始,至汉代就已“通行为平凡之事实矣”;对于大盐池,由《水经注》所载“紫色澄淳,浑而不流.水出石盐,自然印成,朝取夕复,终无减损”可见,其成盐机理尚处于典型的“天然结晶”阶段.究其原因,曹氏分析畦晒技术的实现,非极端严格之条件不可得:“多雨地带不相宜,渗水地质不相宜,必须风力适当干燥合宜,方可利用天日蒸晒.”,从而认为大池不得畦晒,是因缺乏水利以杜绝洪水侵害,没有可以规则利用的晒盐卤水.《河东盐政汇纂》(卷之一•鲜池)内“古惟集工捞采,收自然之力.李唐以后,有制畦浇晒法”的观点,是将解池畦晒技术与之前原始的“天然结晶、集工捞采”的生产方式进行了割裂.这显然是以“是否假借人智”来区分生产方式的简单的二元分类法,即:“垦畦浇晒”是人的发明,而“天然结晶”则全恃天工,没有人类技术的创生与介入.与之不同地,上述曹焕文的考证与结论最早提出技术发展的“循序渐进”观点,即二者之间并非绝对明晰地割裂,技术的产生是不可“跃等而进”的.“垦畦浇晒”是公认的运城盐池独特的晒盐技术,然其“独特”之处既非“垦畦”,亦非“浇晒”.

它是古人利用天日、南风以及硝板上卤水化学变化等逐渐总结形成的产盐技术经验的综合,其技术关键是化学除杂;初行于春秋战国时代的人工畦晒,只是垦畦浇晒的“萌芽状态”.由于解池卤水中包含硫酸镁(MgSO4)与芒硝(Na2SO4)等产盐杂质,萌芽期的畦晒技术既未能认识杂质及硝板的化学本质,也不可能利用溶解度、饱和度等概念,以及利用硝板化学变化原理将杂质与食盐分离,从而导致所晒之盐仍然味苦而质差.硝板制盐以及“咸淡水搭配”技术的出现,正是古人为提高池盐纯度以改善盐质,在长期的科学实践中取得的技术突破.综上所论,“垦畦浇晒”可以分两个渐进形成的技术阶段来认识:以开垦畦地晒盐的初级技术(“初级畦晒”),以及以利用硝板和咸淡水搭配原理除杂晒盐的高级技术(“高级畦晒”),二者都是以畦地和太阳热能的利用为基础的天日晒盐技术.关于垦畦浇晒的兴盛时期,盐史研究一般论定其始于唐朝.但初级到高级技术的转变,关键在于晒盐时对卤水过滤除杂的实现,这必然发生在古代化学理论与实践大进步的时期.曹焕文因此将目光聚焦到我国古代炼丹术兴起的魏晋南北朝时期.拙文《曹焕文与中国火药史研究》论述了曹在20世纪20-30年代专门针对中国火药史进行的研究及成果,其中特别论述了他对中国火药起源的年代考证结论:炼丹术大兴的“魏晋之际是火药发明在技术上最可能的时期,南北朝则是这一技术‘公表于世’的时期”.因同为中国古代化学相关问题,在研究运城盐池晒盐技术演进时,曹将火药的发明与之发生了关联,并对苦盐除杂的化学应用进行了分析:著者研究中国火药之起源时,发现中国化学之开始,发端于医药,而化学之进步,则孕脱于中国之炼丹术.

盖炼丹术发端于汉代而盛于魏晋,……炼丹术系研究物质变化、药物性能,……而化学药品之性能亦逐渐认识清楚,……所以魏晋南北朝之后,到及隋代而火药杂戏出现于世,并非偶然.食盐本为化学制品,而其生出又与各种杂质相伴,如芒硝、硫苦等有不易分之关系,非将此种杂物之性能清楚及其分离结晶之精细操作,而后方能做成质佳之盐.……但是炼丹术发达之后,药物之学进步,化学亦随之大形发达,而制盐术为化学操作之主要者,当然可能随之而较前进步,而将上代之苦盐,用化学之方法可能改善为质美之物矣.通过如上对炼丹术兴盛导致古代化学大形发达的精妙论述,曹焕文深刻意识到:魏晋南北朝炼丹术之发达,为不论火药起源还是池盐生产技术的突破,都提供了极大的历史可能性.解池著名的防洪水渠———姚暹渠修筑于隋代,结合本文上述畦晒技术出现的前提———防洪水利,曹氏一度推测其目的即为了实施解池垦畦浇晒的盐业生产.只因隋代文献未出现相关记载,而唐张守节《史记正义》中有对解池畦种时“天雨下池中,咸淡得均,……以日暴之,五六日则成盐”的记录①,证明畦晒在唐代应“通行已久”,人们对“畦晒之办法亦彻底明了,更对制盐方法之进步亦知其程度矣”,因而只能以唐考为畦晒兴盛之时期.总之,曹焕文对运城盐池晒盐的技术演进,持“发端于魏晋而成于唐代”的观点.畦晒的卤水自古取自“产盐之母”的黑河,但乾隆二十二年(1757年)黑河遭洪水淤塞后,畦晒的卤水来源受到了毁灭性断绝.乾隆四十二年(1777年),东场商人发明“滹沱”取卤的方法;光绪初年(1875年),盐井出现在运城盐池中.从滹沱或盐井中直接取出的卤水,同样需要灌入畦地中进行蒸发、过滤与结晶,池盐生产的工序较前变得更加精细,而垦畦浇晒技术,源于魏晋、成于唐而盛于宋,历经明清,一直蕴藏于经验科学的传统晒盐技术之中,直到民国时期曹焕文运用东西各方之学,从运城盐池产盐技术发展史中剥离出古代科学之精髓,更运用现代科学以揭开产盐技术之原理.

4结语

在运城盐池古今科技研究过渡与转换的初期———20世纪40年代,曹焕文潜心于用近代科技解释蕴藏于古老的制盐技术中的科学内涵;作为山西近代工业的主要建设者之一,致力于将解池副产品开发利用的纳入化学工业计划之中,为盐池科技研究及近代工业的起步做出了奠基性贡献.同时,也对解池生产技术的演进史进行了突破性考证,于卷帙浩繁的古代典籍中提炼出与晒盐技术相关的记载,将从天然结晶、集工捞采的原始利用,到人智进步、开垦畦地的初级晒盐,再到化学发达、技术突破的高级畦晒,以及基于季节气候的畦种技术最终形成的数千年产盐技术演进史,完整地呈现在后来研究者目前,迈出了以科技史角度对运城盐池进行研究的第一步.曹焕文在这些重要的考证中,不仅对运城大、小盐池产盐技术发展的不同历史进程创始性地进行了的研究,更重要的是,他对魏晋南北朝时期因炼丹术发达而引起的中国古代化学技术突破的分析,将同属化学领域内的火药与解池畦晒的起源问题联系在一起,为科技史上两个颇具难度的问题提供了独特的研究角度及有理有据的理论论证.②因篇幅所限,本文不能详尽探讨曹焕文对运城盐池防洪系统、地质、矿藏等方面的研究.但通过他开创性的探索与突破,运城盐池数千年盐生产史中被“经验科学”“不经意”利用的科学原理逐步得到呈现,进入了现代化学工业研究的视野中来.特别要指出,曹氏的研究毕竟仅靠一己之力,完全缺乏参考与协助.他曾写道:硝板晒盐,在世界上恐只运城一处,允称独一无二,故无先例可援,又无成法可循.若欲将硝板晒盐作用彻底清楚,唯有中国人自下苦心,方克有济.因外国学者未曾遇此事实,致脑际不会发生此问题,……故今日硝板制盐之资料,可称为一点也无.著者研究此问题之时,曾将欧美之化学拔萃杂志(ChemicalAb-stracts)逐期检阅,再四番弄,以期得点资料,但是一点也找不到.又曾向各盐碱书及各化学书中检寻,还是得不到一点……在其所处的时代及历史时空下,虽用几十年时间“详细考察、绵密研究”,但限于诸多现实条件与原因,其部分研究未必可达到现今科学研究的精度与高度.但曹焕文对运城盐池化学工业研究所做出的诸多理论奠基工作,对于当代科学技术史、盐业史等相关研究,都具有不可忽视的重要意义。

作者:王坚 杨小明 单位:山西大学 科学技术史研究所 东华大学 人文学院

广西民族大学学报责任编辑:杨雪    阅读:人次
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