制盐技术史

盐是人类生存的必需品。人类采集和产制盐的历史很悠久,最初是采集海滩上自然结晶的盐花、盐湖中的天然卤水和石盐以及露出地面的盐泉和岩盐,进而发展到用人工产制。据文字记载,中国在距今5000多年前已利用海水制盐,4000多年前已生产湖盐,2000多年前已凿井汲取地下天然卤水制盐。海盐的生产,先是刮取咸土,淋卤煎盐,逐步改为盐田晒制。湖盐有的是直接采捞,有的利用盐湖卤水晒制。井矿盐的生产,凿井由浅到深,开采天然卤水由提捞法逐步发展为自喷井法、气举法和利用深井潜卤泵;岩盐先是直接采出(旱采),后来大部分用钻井水溶法开采(水采);卤水成盐由圆锅、平锅煎煮发展为真空蒸发和热压蒸发。各种盐的产制都经历了一个由手工操作的小生产到机械化、现代化大生产的发展过程。

海盐生产技术史

中国的海盐生产技术史大体可分4个阶段。

(1)唐宋以前为淋卤煎盐。最初是直接刮取海滨咸土,淋制卤水。后来逐步发展到在海滨开辟滩场,将草木灰或泥、砂等平铺于场面,引海水浸润、浇洒,经风吹日晒,使大量盐分附着在草木灰和泥、砂上;然后收集挑入坑中,以海水冲淋,盐溶于水,经坑底卤管流入卤缸;接着再将坑内灰砂起出,铺开、浇洒、晾晒如前。所得卤水用莲子测试浓度:莲子下沉的为淡卤,浮而直立的为半淡卤,浮而横卧的为浓卤,原理和现代的比重计相同。由卤成盐,全用煎法。煎盐工具,汉代用“牢盆”,唐、宋时改用盐盘。盘有两种:一为铁盘,重数千斤,由若干块铁板拼成,合缝处用卤水合泥嵌实;一为竹盘,用竹篾编成,上下涂以蛎灰。盐盘直径约1丈,深约1尺,平置灶上;灶有7眼、8眼到12眼、13眼,由灶户共同煎煮。明神宗万历年间(1573~1619),煎盐逐渐改用小而薄的锅、,由灶户分散煎制。

(2)宋元之际,福建实行淋卤晒盐,即将淋出的浓卤放入浅池中,日晒结晶成盐,大省柴薪。后逐步发展为以砖石砌晒池,或用陶片平铺池底,以提高盐质,减少渗漏,谓之坎晒。到元成宗大德五年(1301),福建盐运司所辖10个盐场,已有6个采用此法。其后广东的晒,浙江南部的坦晒,均与此近似。

(3)元世祖至元二十九年(1292),长芦盐区(包括今河北、天津产盐区)始有晒盐。当地盐户根据福建的经验,结合本地区蒸发量大、降雨量小的气候特点,开始直接用海水晒卤、晒盐。最初修筑的盐池,分大、中、小3段。先引海水入大段,隔数日放入中段,最后放入小段,10余天后结晶成盐。后来逐渐发展为在近海滩涂上修筑多级有落差的蒸发池,将海水戽入最高一级,一面逐渐流下,一面蒸发浓缩,形成浓卤后,再放入结晶池晒盐。明嘉靖元年(1522)以后,在全区推广。几乎与此同时,江苏淮北盐区也在推行晒盐。明嘉靖八年(1529),淮北五场全用晒盐。

以上3个阶段,并非截然分开。淮南到清末还是淋卤煎盐,浙江盐区到20世纪50年代中期还是淋卤晒盐。其生产操作,到20世纪20年代以后,除少数盐场逐步采用了柴油机、电动机带动水泵汲扬海水外,其他都是手工劳动。

(4)中华人民共和国建立后,海盐生产逐步向机械化大生产发展。一方面改造了原有分散的小盐场,同时新建了一批扬水、制卤、结晶、产品堆存相对集中的大中型盐场;将过去母液(苦卤)循环使用和浅晒,勤扒的旧工艺,改为新卤、深卤、适当长期结晶的新工艺;推行塑料薄膜苫盖结晶池,也利于稳产、高产和长期结晶;许多盐场的修滩、扬水、收盐、集运、装卸等环节,实现了半机械化和机械化(见海盐)。

世界其他国家的海盐生产,以地中海沿岸的腓尼基人为最早。公元前7世纪,A.马蒂乌斯在俄斯蒂亚(Ostia)附近建立了第一个盐场。公元前3世纪,葡萄牙在塞太布尔(Setubal)建立了有名的海盐场。希腊、埃及、印度生产海盐的历史也很悠久。生产方法,有的用含盐植物烧成灰,掺入海水,煎制成卤,用澄清后的浓卤煎盐;有的刮泥、淋卤、煎盐;有的将海水放入盐池,晒干成盐。经过几个世纪的实践,逐步形成分段蒸发、结晶的盐田体系,操作仍用手工。随着产业革命的展开,海盐生产逐步向机械化过渡。1868年以后,美国加利福尼亚州旧金山湾沿岸大规模晒制海盐。其中以莱斯里盐场 (Leslie Salt Co.)最具有代表性,该场盐田分大蒸发池、中间池、结晶池3大段,扬水用风车或汽油机、电动机带动的水车或水泵,收盐用人工和皮带输送机,并用轻便火车集运到坨地粉碎、洗涤。进入20世纪后,逐步向集中扬水、集中制卤、集中结晶、产品集中堆坨和全面机械化发展。1954年墨西哥在下加利福尼亚半岛的太平洋沿岸建设黑勇士盐场(Guerrero-Negro),1967年澳大利亚在西北海岸建设丹皮尔盐场(Dampies Salt Ltd.)。由于当地气候干燥,利于晒盐,到70年代,生产能力已分别达到650万吨和340万吨,成为世界上第一和第二大海盐场。两盐场的结晶池以坚实的、厚15~60cm的盐层作池板,采用大型的收盐机组和先进的洗盐设备,严格控制盐田卤水中各种生物群落的生态平衡,以利于增加产量,提高盐质。产盐含氯化钠97%以上,含水不溶性杂质0.02%以下,使海盐生产技术提到一个新的水平。日本海盐生产,由于自然条件所限,历史上长期是铺砂、吸咸、淋卤、煎盐。1945年后才逐步改为在盐田内铺一层极薄的细砂,海水从砂粒间曲折缓慢流下,浓缩成卤,并由煎盐过渡到晒盐。到1972年,日本已全面采用离子交换膜电渗析法制卤,真空蒸发制盐(见海盐)。

井矿盐生产技术史

井矿盐的生产技术包括钻井汲卤、岩盐旱采和蒸发制盐等技术。

钻井汲卤技术

中国古代钻井汲卤技术的发展,可分为两个阶段。

(1)挖掘浅井,吸卤煎盐。战国末期,秦国蜀郡守李冰于公元前256~前251年在今四川省双流、成都、华阳一带,开凿盐井,汲卤煎盐。此后至北宋中期,都是人工挖凿的“大口浅井”,井壁一般没有保护,用桶或牛皮囊提卤。成都羊子山出土的东汉画像砖上,清晰地描绘了当时井盐生产的全貌。著名的四川仁寿县陵井,相传为东汉张道陵(?~156)所开,是大口井的代表,唐时“纵广三十丈,深八十丈”;井身上土下石,石之上,以柏木围护井壁,防止坍塌;以大牛皮囊盛取卤水,井侧设大盘车提升。在这期间,西汉宣帝地节三年(公元前67)前后,四川省临邛县出现了世界最早的天然气井──临邛火井,可用井火煮卤水成盐。

(2)出现“卓筒井”,进入小口深井阶段。北宋庆历(1041~1048)、皇祐(1049~1054)年间,川南地区出现了卓筒井。它的主要特点是:首次使用钻头(“圜刃”锉)凿井,钻头前端为“一”字型横刃,采用冲击式顿钻法舂碎岩石;注水或利用地下水,用竹筒将岩屑和水汲出;井口如碗大,井身直如筒,深数十丈,用大楠竹去节,首尾套接,外缠麻绳,涂以油灰,下至井内作套管,防止井壁塌陷和淡水浸入;用小竹作汲卤筒,筒底系熟皮作启闭阀门,一筒可汲卤数斗;井上竖大木架,用辘轳、车盘提取卤水。卓筒井的出现,表明中国当时已经掌握了深井钻凿的基本工艺。由明到清,凿井技术进一步发展,逐渐形成一套完整的凿井工序,有了大量专用的工具。凿井工序是:开井口,以达到岩石层为止;下石圈,将“方二、三尺,中穿圆径八、九寸或一尺二寸”的石圈,重叠砌在岩石上,与地面齐平;凿大口,用大型钻头经石圈圆孔向下捣凿,以到达坚岩且无淡水渗出为止;下木竹,将木制或竹制的套管下至井内;凿小口,用小型钻头经套管继续锉凿,直到发现卤水、岩盐或天然气。相应的凿井工具,有可以钻凿不同口径、不同井段的钻头(锉),有结构简单、精巧实用的多种打捞落井物件,以及处理井崩、井漏事故的工具。这些都说明当时的钻井技术已发展到手工生产的成熟时期,钻井深度也逐渐增加。四川自贡盐区在清道光十五年(1835)钻成世界第一口超千米深井──燊海井;道光三十年(1850)前后钻成被称为“火井王”的天然气井──磨子井;光绪十八年(1892)钻成第一口岩盐井,注水溶解岩盐,再汲卤制盐,是为钻井水溶开采法的雏形。自贡盐区还于1895年首创岩盐矿床自然连通开采工艺。

20世纪20年代以来,逐渐改用蒸汽、电力作动力,采用新式的顿钻和旋转钻;特别是中华人民共和国建立后,积极引进西方先进的钻井、采卤技术,到80年代初期,主要产区都实现了机械化,彻底改变了盐区面貌。

世界其他国家,最初也是利用地表和浅坑中的天然卤水制盐。受中国钻井技术的启发,欧洲在12世纪初成功地钻出了第一批自流井。随着产业革命的发展,1759年,法国罗塞夫斯(Roseives)出现深112m的盐井,用蒸汽机带动水泵汲卤。1806年,美国拉夫纳兄弟在西弗吉尼亚州的卡纳瓦郡(Kanawha county),用人工掘出了著名的先锋井,深3m多;1808年,他们改用铲形钻头和冲击式顿钻法,将旧井加深到18m,并用木质套管保护井壁。1831年,卡纳瓦郡的B.莫里斯发明钻杆与钻头之间的联接、缓冲装置──活环(jar),类似中国钻井工具中的“转槽子”,使西方近代的顿钻法基本臻于完善。到1838年,卡纳瓦郡的120口盐井,平均深度为115m,用硬木或铜作套管;1845年最深的井达到518m。1901年采用旋转钻,用电动机带动。1925年纽约州塞拉古斯(Syracuse)地区钻井最深达到670m。20世纪30年代,苏联首先使用涡轮钻,迅速提高了钻井深度和效率。汲卤方面,初期都用水泵,随着井身加深,到20世纪40年代,美国改用多级潜卤泵,可将几千米深的天然卤水汲到地面。对地下的岩盐矿床,俄国在17世纪开始采用坑道峒室水溶开采法,间断地或连续地把淡水注入坑道,溶解盐层,获得卤水。1888年,美国塞拉古斯地区创单井对流水溶开采法(见井矿盐),投资少,可开采埋藏较深(3000m左右)的岩盐。20世纪30年代以后推广到世界主要岩盐生产国,但回采率低(10~20%)。1943年,美国N.E.特朗普提出气垫水溶开采。1946年苏联实行油垫水溶开采(见井矿盐),提高了回采率(达30%以上)和卤水浓度(300g/l以上),得到广泛应用。1950年,美国地质学家M.W.普伦提出,将油田的水力压裂技术引用于开采岩盐。采用水力压裂,使溶腔通连,一井注水,另一井或多井出卤,形成井组生产,进一步提高了产卤能力。50年代中期以后迅速推广。70年代以来逐步向自动化方向发展。联邦德国的油垫法水溶开采,对淡水卤水压力、流量、温度、浓度及水泵阀门的启闭,统由中央控制室操作,达到了遥测、 遥讯、 遥控。美国、加拿大等国的压裂法,采用先进的物探测井手段,确定压裂部位;建立数学模拟,通过盐体应力状态的研究,确定压裂方向;采用定向斜井喷射、爆破及下分隔器定向等特殊井下作业技术,都取得了明显的功效。同时还研究和利用岩盐溶腔储存石油、天然气和工业废物,特别是放射性废物。

岩盐旱采技术

是从地下或地面直接采出岩盐的技术。清乾隆五十八年(1793),中国云南普洱开凿斜井──石羔井,从地下直接开采岩盐。20世纪40年代,云南元永井首先采用竖井开拓、水平分层的房柱法采矿。由于云南岩盐含有大量不溶性杂质,采出后需化卤澄清才能用以制盐。世界其他国家,对品位高、埋藏浅、当地又需要固体盐的岩盐矿床都用旱采法,采出后经粉碎、筛分,即可供应市场。旱采法开采技术的发展与采煤大体相同。古代都靠人工用铁锤、铁凿采掘,人力背矿。后逐步发展为凿岩打眼,爆破落矿,并使用轮车、辘轳等运输、提升工具。19世纪末到20世纪初逐步形成近代的爆破和装运技术。50年代以后实现机械化、电气化。苏联的阿尔乔莫夫斯克盐矿在1956年以前已实现机械化。美国、联邦德国在70年代建成的盐矿,实现了全部工序机械化、连续化。

蒸发制盐技术

卤水制盐,中国长期都用锅煎。最初多是就井设灶煎盐。随着生产的发展,井灶分离,卤水输送距离逐渐增大,四川在汉代已用竹枧输卤,并逐渐形成一套完整的竹枧输卤工艺。清代枧管用楠竹或大斑竹去节,首尾衔接,再用竹篾、细麻、油灰缠涂。竹质轻,便于根据地势灵活架设,跨山涉水,纵横穿插在井与井、井与灶、灶与灶之间,最长的达10km以上,与凿井的碓架,汲卤的天车,同为四川盐区的特殊景观。为了解决燃料问题,云南在1937年从元永井修建一条长21km的釉砖输卤沟,利用自然地势,把卤水输送到一平浪,用煤煎盐,被誉为云南制盐史上的奇迹。煎盐用敞口圆锅,以柴、草、煤、天然气为燃料,直接用火加热,使卤水蒸发浓缩,结晶成盐,并已初步掌握了净化卤水、添加晶种和利用清卤洗涤等工艺。1940年,中国开始采用钢板镶成的长方形平锅煎盐。1958年,中国在山东青岛建成第一座真空蒸发制盐设备,逐渐普遍推广。

世界其他国家,俄国、德国在中世纪用平锅煎煮,直接用火加热。美国最早的煎盐设备是用一组铸铁圆锅,阶梯式排列,后高前低,用虹吸法逐锅下流,用人工捞盐。1789年,美国纽约州的N.Y.塞拉丘萨将天然卤水放入木盘内晒盐。1863年前后,密执安州(Michigan)的锯木厂将废蒸气通入金属管内,再将金属管没入木质、金属或水泥浅池的卤水中,加热蒸发卤水,结晶成盐。晶体呈凹面四方角锥形。这就是造粒锅法(grainer)的起源。1896年,美国154家盐厂中,有82家采用此法,1959年仍有5家。1887年,I.M.邓肯在纽约银泉(Silver Spring)最先利用单效真空蒸发罐制盐。1899年,美国曼里斯蒂铁工厂(Manistee Iron Work)制成第一套多效真空蒸发罐制盐设备,使蒸发制盐技术出现了重大的改革。1910年推广到欧洲。1930年,瑞士埃舍纳斯公司(Escher WyssCo.)改进蒸气压缩机成功,可将蒸发罐产生的二次蒸气加压升温,反复用于制盐,提高了热效率。后来又形成真空、热压并用的制盐技术(见井矿盐),迅速地推广到经济发达国家,并进一步向多效化、自动化方向发展。

湖盐生产技术

中国最早生产湖盐的是山西运城盐池,古称解池,是中国古代重要的产盐区。约在公元前2400年,产盐已具有相当规模。生产方法长期是天然结晶,集工采捞,隋唐之际发展为垦畦浇晒,即在池旁垦地为畦,引入湖水,曝晒5~6天成盐,缩短了结晶期。到明代晚期,进一步形成引水、蒸发、沉淀、飘花、搨花(用木耙击沉盐花)、再结晶的工艺,采用分段连续作业,提高了盐质。中国西北地区的盐湖,大都是固相与液相两种矿体并存,长期以来是用人工采捞天然结晶的盐层,到20世纪70年代后期改用机械开采(见湖盐)。

世界其他国家,卤水湖如美国犹他州(Utah)的大盐湖(Great Salt Lake),1847年起在湖边修筑盐池,利用湖水晒盐。早期基本是手工操作,用马拉的犁具收盐;后来逐步采用拖拉机、铲斗、皮带输送机、小火车等现代设备。结晶池用盐层作池板,以利于提高产盐质量。固、液相矿体共存的盐湖,如苏联的巴斯昆恰克(БаскунчаΕ0))盐湖,在1860年以前,基本上是手工操作采盐,十月革命后逐步改用机械,1938年改用联合采盐机,开采深度达到8m,台时产量百吨左右。70年代再改为包括切削、破碎、脱水、除杂、收集装车的轨道式联合采盐机,两人操作,台时产量250吨。采出的盐均由移动式铁轨机车,运到加工厂,制成各种加工盐。

参考书目
  1. 中华书局(台湾)编辑部辑订:《中国历代食货典·盐法部汇考》(第二版),中华书局,台湾,1983。
  2. Dale W.Kanfmann,Sodium Chloride:The Production and Properties of Salt and Brinc ,Reinhold Publishing Corporation,New York,1960.