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 化学元素的故乡

更新时间:2015-05-29

 

    海水中溶解了大量的气体物质和各种盐类。人类在陆地上发现的lOO多种元素,在海水中可以找到80多种。人们早就想到应该从这个巨大的宝库中去获取不同的元素。传说炎帝时就有凤沙氏教民煮海水为盐的故事。当今世界上,生产海盐的国家已达80多个,制盐工业的新工艺、新技术也如雨后春笋般地迅速发展,从最古老的日晒法到先进的塑苫技术,海盐大大满足了人类与日俱增的耗盐量需求。人们利用海盐为原料生产出上万种不同用途的产品,例如烧碱(NaOH)、氯气、氢气和金属钠等,凡是用到氯和钠的产品几乎都离不开海盐。

 


在海洋中存在着多种元素

  难以提取的钾是植物生长发育所必须的一种重要元素,它也是海洋宝库馈赠给人类的又一种宝物。海水中蕴藏着极其丰富的钾盐资源,据计算总储量达5×1013吨,但是由于钾的溶解性低,在l升海水中仅能提取380毫克钾。而且,钾与钠离子、镁离子和钙离子共存,分离较困难,致使钾的工业开采步履维艰。目前,已有采用硫酸盐复盐法、高氯酸盐汽洗法、氨基三磺酸钠法和氟硅酸盐法等从制盐卤水中提取钾;采用二苦胺法、磷酸盐法、沸石法和新型钾离子富集剂从海水中提取钾。

 

  溴是一种贵重的药品原料,可以生产许多消毒药品。例如大家熟悉的红药水就是溴与汞的有机化合物,溴还可以制成熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。地球上99%以上的溴都蕴藏在汪洋大海中,故溴还有“海洋元素”的美称。据计算,海水中的溴含量约65毫克/厘3,整个大洋水体的溴储量可达l×1014吨。早在19世纪初,法国化学家就发明了提取溴的传统方法(即以中度卤水和苦卤为原料的空气吹出制溴工艺),这个方法也是目前工业规模海水提溴的惟一成熟方法。此外,树脂法、溶剂萃取法和空心纤维法提溴新工艺正在研究中。随着新方法的不断出现,人们不仅能从海水中提取溴,还能从天然卤水及制钾母液中获取溴,溴的产量也大大增加了。

 

  镁不仅大量用于火箭、导弹和飞机制造业,它还可以用于钢铁工业。近年来镁还作为新型无机阻燃剂,用于多种热塑性树脂和橡胶制品的提取加工。另外,镁还是组成叶绿素的主要元素,可以促进作物对磷的吸收。镁在海水中的含量仅次于氯和钠,总储量约为1.8×1015吨,主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在。从海水中提取镁并不复杂,只要将石灰乳液加入海水中,沉淀出氢氧化镁,注入盐酸,再转换成无水氯化镁就可以了。电解海水也可以得到金属镁。全世界镁砂的总产量为7.6×106吨/年,其中约有2.6×106吨是从海水中提取的。美国、日本、英国等是目前世界上生产海水镁砂产量较多的国家。

 

  铀是高能量的核燃料,1千克铀可供利用的能量相当于2250吨优质煤。然而陆地上铀矿的分布极不均匀,并非所有国家都拥有铀矿,全世界的铀矿总储量也不过2×10 6吨左右。但是,在巨大的海水水体中,含有丰富的铀矿资源,总量超过4×109吨,约相当于陆地总储量的2000倍。

 

  从本世纪60年代起,日本、英国、联邦德国等先后着手从海水中提取铀的工作,并且逐渐建立了多种方法提取海水中的铀。以水合氧化钛吸附剂为基础的无机吸附剂的研究进展最快。当今评估海水提铀可行性的依据之一仍是一种采用高分子粘合剂和水合氧化钻制成的复合型钛吸附剂。现在海水提铀已从基础研究转向开发应用研究。日本已建成年产10千克铀的中试工厂,一些沿海国家亦计划建造百吨级或千吨级铀工业规模的海水提铀厂。如果将来海水中的铀能全部提取出来,所含的裂变能相当于l×1016吨优质煤,比地球上目前已探明的全部煤炭储量还多1000倍。

 

  “能源金属”锂是用于制造氢弹的重要原料。海洋中每升海水含铿15~20毫克,海水中锂总储量约为2.5×1011吨。随着受控核聚变技术的发展,同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将和平服务于人类。锂还是理想的电池原料,含铿的铝捏合金在航天工业中占有重要位置。此外,锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用也有较大发展。因此,全世界对铿的需求量正以每年7%~11%速度增加。目前,主要是采用蒸发结晶法、沉淀法、溶剂萃取法及离子交换法从卤水中提取锂。

 

  重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质,也是制造氢弹的原料,海水中含有2×1014吨重水,如果人类一直致力的受控热核聚变的研究得以解决,从海水中大规模提取重水一旦实现,海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。

 

  除了上述已形成工业规模生产的各种化学元素外,海水还将无私地奉献给人类全部其他微量元素。

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