Frasch-menetelmä

Frasch-menetelmällä nostetaan rikkiä maaperästä. Menetelmän avulla rikkiä voidaan nostaa paikoista, joista sen louhiminen ei tavanomaisella kaivostoiminnalla ole mahdollista. Frasch-menetelmällä rikki saadaan erotettua malmista jo ennen sen nostamista pintaan. Rikin nostamiseen käytetään ylikuumennettua vettä. Frasch-menetelmää käytettiin laajasti 1900-luvun ajan, kunnes muut menetelmät korvasivat sen.

Historia

1800-luvun loppupuolella rikin nostaminen maaperästä oli haastavaa ja kallista tavanomaisilla kaivoksilla. Herman Frasch kehitti mukaansa nimetyn Frasch-menetelmän, jonka avulla rikkiä voidaan nostaa maaperästä, jossa se esiintyy sitoutuneena kiviainekseen ja fossiilisiin polttoaineisiin. Frasch-menetelmää käytettiin rikin nostamiseen ensimmäisen kerran 1894 Calcasieu Parishissa, Louisianassa, Yhdysvalloissa.
Frasch-menetelmän yleistymistä hidasti aluksi energian kallis hinta, sillä menetelmä perustuu veden ylikuumentamiseen, mikä vaatii paljon energiaa. Kun Spindletopista Teksasista löydettiin vuonna 1901 merkittävä öljyesiintymä rikkilähteiden lähettyviltä, energian hinta halpeni ja Frasch-menetelmän tuottavuus parani merkittävästi. Menetelmä kaupallistui vuonna 1902 ja alkoi sen jälkeen levitä. Frasch-menetelmä oli merkittävässä osassa rikin käytön ja tuotannon kehittämisessä. Menetelmää on käytetty muun muassa Yhdysvalloissa, Meksikossa, Puolassa ja Irakissa.
Frasch-menetelmän yleisen käyttöönoton jälkeen sillä tuotettiin yli puolet maailman rikistä aina vuoteen 1982 asti. Nykyään rikkiä saadaan esimerkiksi öljynjalostuksen ja metallintuotannon sivutuotteena, eikä kaivostoiminta ole enää kannattavaa. Yhdysvaltojen viimeinen Frasch-menetelmällä toiminut rikkikaivos lopetti toimintansa 2000. Vuonna 2004 enää 1 % rikistä tuotettiin Frasch-menetelmällä. Kaivostoiminta voidaan kuitenkin tarvittaessa uudelleen käynnistää, jos se osoittautuu tarpeelliseksi.
Rikkiä voidaan nostaa Frasch-menetelmällä suotuisilta paikoilta pitkiä aikoja, jopa vuosia. Kaikkialla tämä ei kuitenkaan onnistu, ja osa lähteistä hylättiin nopeasti esimerkiksi huonojen maanalaisten olosuhteiden tai sijainnin vuoksi.

Prosessi

Frasch-menetelmässä suuria määriä ylikuumennettua vettä johdetaan maan alla olevaan rikkiesiintymään. Vesi, sula rikki ja paineistettu ilma kulkevat kolmesta sisäkkäisestä putkesta koostuvaa kanavaa pitkin. (Kuva 1) Uloimmassa putkessa kulkee ylikuumennettu vesi rikkiesiintymään, keskimmäistä putkea pitkin sula rikki nostetaan pintaan ja sisimmäistä putkea pitkin johdetaan sulaan rikkiin nostamiseen tarvittavaa ilmaa.
Ensin käytetty vesi paineistetaan ja lämmitetään noin 160 asteeseen, joka ylittää rikin sulamispisteen, joka on noin 115 °C. Vesi johdetaan ensin ulointa ja keskimmäistä putkea pitkin rikkiesiintymään, jossa se sulattaa rikkiä. Riittävän rikkimäärän sulattamiseen kuluu vähintään 24 tuntia. Kun rikkiä on sulanut riittävästi, veden johtaminen keskimmäistä putkea pitkin lopetetaan. Koska sula rikki on vettä noin kaksi kertaa raskaampaa, se painuu veden alle. Koska keskimmäisen putken pää on kuvan 1 mukaisesti uloimman putken päätä alempana, rikki voidaan nostaa putkea pitkin ylös. Sula rikki nousee veden paineen vaikutuksesta noin 100 metriä keskimmäisessä putkessa ylöspäin. Rikin nostamiseksi pintaan asti siihen sekoitetaan paineistettua ilmaa, jonka avulla sulan rikin tiheyttä pienennetään.
Jos rikkiä pumpataan enemmän kuin sitä sulaa, sula rikkiallas tyhjenee ja pintaan nousee pelkkää vettä. Tällöin paineistetun ilman johtaminen putkeen pysäytetään, kunnes sulaa rikkiä on jälleen riittävästi. Jotta paine rikkimuodostumassa pysyy sopivana ja sinne voidaan tuoda lisää ylikuumennettua vettä, käytettyä ja jäähtynyttä vettä johdetaan pois erillisiä putkia pitkin. Käytetty vesi puhdistetaan ja johdetaan poistokanaviin.
Kun sula rikki saadaan pinnalle, siitä poistetaan ilma. Tämän jälkeen rikki voidaan pumpata varastosäiliöihin odottamaan jähmettämistä, tai se voidaan säilyttää nestemäisenä. Rikkiä voidaan myös kuljettaa putkia pitkin jalostettavaksi tai se voidaan säilöä lämpöeristettyihin proomuihin keskussatamaan kuljettamista varten.