从古至今,科技成果都在不断造福人类。
在漫漫历史长河中,不少实用的科技成果都为当时的生产和生活带来福祉。
走近中国古代科技,一起领略中国古代科技的魅力。
作为百味之王,盐是维系人类生存的必需品。根據来源不同,盐的种类可分为海盐、湖盐、井盐等,每一种盐都有各自不同的生产工艺。通过打井的方式,抽取地下盐卤制成的盐叫作井盐。在古代制盐工艺中,井盐的生产工艺最为复杂,也最能体现中国人的聪明才智。
井盐,有井才有盐。不同于蕴含于水中的海盐和湖盐,井盐埋在地下,要开采井盐,首先要钻井。因此,钻井技术对于井盐的生产具有决定性意义。早在战国末年,古人便开始通过人力挖掘的方法开凿大口浅井,采集地下浅层盐卤。北宋时期,古人发明了“冲击式凿井法”,即采用人工踩踏碓梢,钻出井眼,使钻头在井内做上下垂直运动,反复冲击井底,破碎岩石,使井身不断加深的方法来开凿小口深井。其工序大致包括定井位、开井口、下石圈、凿大口、下木柱、凿小眼等。这与现代开采石油、天然气的技术在工艺上是一致的。冲击式凿井法使钻井技术从人工挖掘发展为机械钻井,开创了人类机械钻井的先河,使开采地层深处的盐卤资源成为现实。经过不断发展完善,清朝道光年间(1835年),古人利用冲击式凿井法开凿了世界上第一口深度超过千米的深井——燊海井,这标志着中国古代钻井技术的成熟。冲击式凿井法由于占地面积小、成本低、效率高等优势,被一直沿用至今。
井凿好了,我们再来介绍井盐开采的工艺流程。
采卤
早期的盐卤提取方法与普通的水井提水无异。宋代以后,随着冲击式凿井法的应用,人们发明了汲卤筒。汲卤筒是一种用于提取井下卤水的工具。由小于井径、打通竹节的竹筒做成,筒底以熟牛皮作启闭阀门,构成单项阀。将汲卤筒伸入井底取卤时,卤水冲开阀门,进入筒中。卤水装满后,向上提升汲卤筒,筒内卤水的压力将阀门关闭,便可将卤水提起。将卤水提出井底的动力来自于“天车”。天车是井口正上方竖立的高大木质井架,由成百上千根质量轻、耐腐蚀的杉木捆扎而成,高度可达百米。天车上下各安装定滑轮,通过汲卤绳连接,以牛力拉动提取卤水。
输卤
早期的井盐生产,大多数是在盐井旁边设盐灶煮盐,卤水的输送距离很短,输卤技术也十分简单。随着盐业生产的发展,逐渐出现了有的地区卤水产量多,有的地区用于煮盐的天然气产量大,而两地距离遥远的矛盾,因此出现了需要“移卤就煎”的情况,即将卤水输送至天然气产地进行加工,这对输卤技术提出了更高的要求。
古人采用竹笕和笕窝实现了卤水的远距离输送。竹笕是用于输卤的竹质管道,竹管内部打通,外部用篾条或棕绳捆扎、敷油灰,以增加强度。若干竹笕首尾相连,构成输卤笕管,利用压差和连通器原理,可将卤水输送到一二十里以外的天然气产地。但由于竹笕不能制成直角或锐角弯道以改变输卤方向,因此古人又发明了用竹管和木板制成的卤水储存容器——笕窝,卤水集中到笕窝后,便可以向不同方向输卤了。在输卤过程中,笕窝的发明不但解决了输卤竹笕的转向问题,还能适当为管道减压,同时也起到了沉淀卤水杂质和疏通笕管的作用。
提卤
在输卤过程中,因地势高低影响,有些地方的笕管可能会出现进水口低于出水口的情况,这时需要提高水位,增加扬程,以位差压力作为卤水流动输送的动力,在这样的需求下,“提卤站”便应运而生了。提卤站是为将卤水从低处提升至高处、实现卤水翻山越岭而设,它是卤水远距离输送的重要设备。提卤站内设井车,以骡马驱动,将卤水从低处垂直提升至高处,直至输送到位。通过以上方法,解决了卤水和燃料异地分处的矛盾,满足了“移卤就煎”的需要。
浓卤
为了提高卤水的浓度,通过提卤站将卤水输送到晾晒场地高高架起的枝条架浓卤塔上。枝条架浓卤塔即晒卤台,利用风力和太阳能对卤水进行晾晒,达到浓缩卤水、节约燃料、净化卤水、提高盐质的目的。为提高蒸发率,浓卤塔应建在地势高且开阔向阳的地方。
煮卤
历史上,井盐的制作被称为煮盐、煎盐或熬盐,这充分体现了蒸发制盐的工艺特点。古人最终通过熬煮的方法将卤水制成盐。把卤水输送到天然气产地的煮盐灶房,将天然气作为燃料,通过火力对卤水进行熬煮,最终取得结晶盐。
中国古代的一整套钻井和制盐技术,为人类文明和世界科学的进步,作出了卓越的贡献。这一技术传入欧洲后,在世界范围的矿产勘探活动中得到了广泛应用,有力促进了世界钻井技术的发展和地下资源的开发。