中国古人为了吃到一口盐也是拼了,发明钻井机器耗时13年也要凿出盐井,还意外发现了天然气。
这个碗口大小的井就是钻井机的杰作,在井口上方是一个由木头搭建的井架,在井架的顶部是一个滑轮组,在古代这叫做“天车”,也是现代工厂起重机天车名称的由来。
天车的动滑轮和定滑轮用来改变绳子的方向和节省拉力,绳子连接着一个毛竹杆,竹竿的根部连接一个钢制的钻头,这是种钻在当地叫“蒲扇锉”,钻头形状像一柄倒置的蒲扇,因此得名。
“蒲扇锉”的两边有一对贯通上下的“耳泡”,与锉面形成工字形钻口,这种设计使得“蒲扇锉”在凿井时能够更加有效地破碎岩石,提高凿井效率。
在钻井时,工人会踩堆架,来回踩动500斤的钻杆就会上下不断的撞击井底,也有用脚踩花车的方式上下带动钻杆的,而大的盐井一般会用牛和骡子来驱动 。
钻头不断撞击井底,这样就能把井底的岩石砸碎,换上马蹄锉、银锭锉进一步粉碎已经冲碎的岩石,把它们变成粉末。
与此同时,古代的盐井工人会向井口灌入清水,这个清水与下面的碎岩石粉末混合,在钻头不断的冲击下变成细腻的稀泥浆,而这个泥浆提上来就是粗盐卤。
怎么提呢?这就不得不佩服我们那迷人老祖宗们的智慧了。
把楠竹节掏空,在末端加一个单向阀,用牛皮或者羊皮来密封,当取卤水的竹筒放下时,混着细泥的卤水把单向阀向上顶开后进入竹筒。当提起来的时候,卤水往下压,把单向阀关闭,这样就能往上提,提上来之后,顶开单向阀卤水就出来了。
了解石油开采过程的朋友一下就能看出,这不就是石油钻井机抽原油的方式吗?没错,咱们老祖宗1000多年前就在用了。如果把这套开采矿盐的设备放到沙特,那照样能从地下抽出石油。
粗的盐卤抽上来需要再加清水溶解里面的盐,之后就是沉淀,澄清后的水也不是纯粹的盐水,还是卤水,需要炼制。
有意思的是,炼制卤水的地点并不在盐井旁边,而是在10公里之外。整个运送过程并不使用人力,而是用管道,利用地势差自流。
具体来讲就是,打通竹节,将多根长竹筒相联结形成管道,这些管道或沿山架设,或置于河底,再覆以石槽,以此将卤水输送到远处。
为了保证卤水在运输过程中不泄漏,竹筒之间会用竹麻缠紧,外面再用黄泥等黏性物质密封。
此外,古人还发明了笕窝等装置来解决管道转向和减压等问题,卤水再流到笕窝时,一些溶解度较小的离子会析出沉淀,氯化钠溶解度高随着卤水继续向前流动。
在遇到地势高低不平、卤水无法自然流动的情况时,人们会利用提卤站来提高卤水的位差压力,使其能够继续流动。提卤站通常设有绞车,以骡马驱动,将卤水从低处提升至高处,然后再通过竹管道自流,一直流到精炼的地方。在不断沉淀和流动的过程中,卤水变得越来越清澈。
为什么要费尽心思把卤水送到20里地之外呢?因为在这里人们发现了天然气井,没想到吧,古人竟然会用天然气来煮卤水制盐。
这些天然气井被古人叫作“火井”,在火井上方架一口大锅然后把卤水倒进去,就可以煮了,“火井”的火长时间都不会灭,有的可以烧上几十年、上百年。
卤水煮开,蒸发掉一部分水后把卤水放到一边放凉。在放凉的时候,清澈的卤水会析出晶体,这就是食盐。这时要赶快用纱布把食盐过滤出来,再降温盐就变苦了,因为还会有杂质析出。
要炼精盐的话,需把过滤的盐再倒进锅里加水融化再煮一下,重复上面的步骤多过滤几次,这个方法在现代化学中有个专业名词叫“重结晶”。后来人们发现,在卤水中加入豆浆去除杂质的效果更好,加入豆浆后杂质会随之沉淀,这时再炼就是精盐。
剩下没有用的卤水还能做很多东西,古人一般用来点豆腐,把这些废卤水倒进茅房的墙壁上,很容易获得火硝,也就是制造火药的那个硝石。
上面整个开采井盐的流程,一直到19世纪出,都是全世界最先进的,没有之一。这种方式被苏轼记载过,明代科学家宋应星的《天工开物》里就详细绘制了自贡的这种钻井机图纸,这个方式也被称为“卓筒井”,其实就是竹筒井的谐音。
在清朝道光年间,自贡盐工用这种方式历时13年,凿出了一个燊海井,深度达到1100米,直到10年后的1845年,美国人才利用一模一样的技术凿出了一个深度518米的井。
中国古代的盐井钻机为人类开启第二次工业革命奠定了基础,现代石油天然气的开采钻井机用的还是这种技术,不过是把人力畜力换成了电力和内燃机的动力。