弗拉施法

弗拉施法（Frasch process），是一種從硫的天然礦床提取硫的方法。 1894年德國人赫爾曼·弗拉施（Herman Frasch）在美國設計出古典弗拉施法，1957年波蘭工程師查季威茲（B. Zakjewicz）研究成功改良弗拉施採礦法。

基本介紹

• 中文名：弗拉施法
• 外文名：Frasch process
• 別名：鑽井熱熔法
• 定義：一種從硫的天然礦床提取硫的方法
• 學科：採礦工程
• 優點：不需開採礦石、硫礦純淨

簡介

鑽孔熱熔法即弗拉施採礦法(The method of Frasch mining)又稱融化法或熔融採礦法，它的實質是向鑽孔內壓入過熱水，熔融地下自然硫，使其自同一鑽孔排出地表，進行加工。

1891年，德國學者赫爾曼·弗拉施(Herman Frasch)在美國設計出古典弗拉施採礦法，經1903年修改臻於完善。1957年，波蘭工程師波頓·查季威茲(Bondon Zakjewicz)在古典弗拉施法的基礎上，研究成功改良弗拉施採礦法，經伊拉克的米什拉克(Mishrag)等礦多年實踐後得到完善。1975年，工業發展國家用此法開採的硫占總產量的29.2%。

此法主要優點是生產安全；投資省、建設快；工藝簡單，生產效率高；開採深度大；少占農田；無尾礦及其污染問題。缺點是回收率低，一般為40%～70%；熱效率差，一般為0.5%～5%；耗水量大。

古典弗拉施法用於開採鹽丘型自然硫礦床，這類礦床多賦存於不透水岩層中，形狀如山丘，自然形成基本隔熱的封閉條件。改良弗拉施法用於開採蒸發鹽型沉積自然硫礦床，這類礦床礦層多而薄，呈不規則層狀或透鏡狀，厚度從幾厘米到幾米，延深廣闊，封閉性不好，隔熱條件極差，礦層常很緻密，滲透性差，需進行采前預處理和某些輔助開採措施。

開採原理

自然硫不溶於水，它的液相開採不是將硫磺與某種溶劑作用變成溶液，而是通過熱力作用將固態硫熔化為液態硫，然後經過鑽井從地層中將它采出，這種工藝稱之為鑽井熱熔法采硫(美國稱弗拉施法)。該法的實質是通過鑽井向硫礦層輸入熱能，然後抽出由於熱力作用而熔化的液態硫。該方法的機理是利用硫磺的物理特性(熔點118～120℃，比重約為2，不溶於水，硫的粘度特性)、礦層的滲透性和岩石的熱物，理特性(熱容量、導熱係數、熱傳導係數等)，使自然硫您礦展中熔融，匯集並采出。

此法在20世紀曾是采出硫的重要方法，不過70年代起從石油硫磺回收得到的硫價格大幅降低，此法逐漸被替代。2000年美國最後一家用弗拉施法提取硫的礦井被關閉。

開採過程及改良

古典弗拉施法

此法是鑽打直徑250～300mm的鑽孔，鑽穿礦層進入底板，作為采硫井，井內套裝一組同心鋼管(壓氣管、升硫管、熱水管和外套管)，用來注入壓縮空氣、升硫、注入過熱水和保護井壁，將160 C的過熱水沿熱水管注入礦床、熔融自然硫、溶融的液態硫積聚在井底的溶腔中。自壓氣管壓入壓縮空氣和液態硫混合物，藉助空氣濃液原理將液態硫從升硫管中舉升出來。見附圖1。

圖1

弗拉施法最宜用於可靠水源和廉價燃料供應的大型自然硫礦床。影響開採經濟效果的地質條件有儲量、品位、埋藏深度、孔隙度、滲透率和覆蓋層厚度等。礦床品位直接影響回收率、平均品位大於20%的富礦，回收率可達75%，品位10%的貧礦只達40%~50%。

礦床賦存深度最好能產生足夠的井底壓力，防止注入的過熱水發生沸騰、氣化，使熔融硫沉澱。一般經濟合理開採深度為50~600m，條件好的富礦床可達800~1000m，一般要求礦床有15%～30%的孔隙度，頂底板有一定密封性，以熱水滲流和加速硫的熔融，無地下水活動，以防止熱量流失。

弗拉施法改良

改良弗拉施法的特點是，採取預先爆破和充填處理措施，開採滲透性和密封性不好的礦床，見附圖2；地下預爆破可增加開採區段的滲透性；形成垂直方向的隔離層，起截流或隔離老採空區的作用；在開採過程中，對採礦前進方向的不透水區實施爆破，可使熱水流入下一個開採區段，進行礦層預熱。

圖2

自鑽孔向礦層頂、底板岩層充填泥漿，可堵塞過熱水滲漏通道．造成開採區段的封閉條件。120～158℃是熔融硫流動的最佳溫度，低於119.3℃時，液態硫開始結晶，高於158℃時，粘度急剎增大，因此需嚴格控制地下開採區段的溫度。自排水井排出水的溫度通常保持在70～80℃。排出的熱水經淨化後回收復用。

實際套用

海底硫磺礦的開採

弗拉施法也可用於海底硫磺礦的開採，例如美國墨西哥灣內的兩個硫磺礦床就是用熔融採礦法，其中一個是1968年建成的。鑽井離海岸10km，水深15m，硫磺井的鑽井工作與石油井基本相同，鑽塔裝在鋼材製成的固定台架上。該台架共有90個支撐腿，每個腿長90m，鑽井打至海底以下60m深，相當牢固，台架共用鋼材7000t。

圖3

在這個台架上有兩座鑽塔和足夠70人的住房等。鑽井打完後，裝配有三層管的套管，將超熱水通過套管壓入海底下的硫磺層，硫磺被超熱水融化為液體後，再通過此套管的另一層用氣泡泵的原理自動地排出來。套管的結松和工作情況如附圖3所示。套管本身分為內外三層，中心細管直徑為32mm是進入壓縮空氣的，以便在下部供應氣泡，藉以排出液體硫磺。在細管外邊套的一層管，直徑為100mm。是借氣泡作用以排出液體硫磺的。最外的一層套管，直徑為200mm，是由上部壓入超熱水的，超熱水用來融化地下的硫磺。附圖3表示了三層套管的結構，過熱水由外層套管進入後，通過其下部的周身孔眼壓入硫磺層內將硫磺融化為液體，液體硫磺由於容重大於水而下沉至下部，再經過最下部的孔眼進入100mm的套管，並藉助氣泡排出來。為了保護套管，在海水和鬆軟岩層部分，外邊再加一層直徑為254mm的套管，起封閉保護的作用。該硫磺井每日消耗過熱水19萬m³，超熱水的溫度為160～169℃，這種開採方法，既安全又經濟，是開採硫磺礦的主要方法之一。