书城科普读物大视野知识文库(插图)大海之旅
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第34章 海水化学资源开发(2)

人们发现,许多海洋生物具有富集某些化学元素的能力。如果把一种经过筛选和专门培养的绿藻放在海水中,在其生长过程中经X射线照射,铀就可以不断地富集于藻体中。这种方法的优点是选择性好,获得容易,价格便宜,使用方便,而且没有废物。这是一种新方法,如使其与海水接触,可以制成“海藻过滤笼”,将其放在海流中,100平方米过滤笼每天可以处理100万吨海水,德国曾筹建过这种中间工厂。

③吸附法

这个方法出现得很早,最初是因含铁的沉淀矿物中含有铀而受到启发,目前仍以研究此法为最多,看来这也是最有希望的一种方法。下面我们按照所用的吸附剂,分别加以介绍。

方铅矿吸附:方铅矿是一种以硫化铅为主的天然矿石,日本人古屋仲选用方铅石做实验。他把方铅矿碎成粒径为0.05毫米~0.20毫米的细粒之后,用醋酸铵-醋酸溶液洗净表面,再用水清洗,并在常温下进行真空干燥。未经这种处理的原矿石,每克能吸附200微克~300微克铀,而经过这种处理的原矿石,每克能吸附690微克铀。方铅矿吸附铀后,在碳酸铵或碳酸钠的水溶液中浸渍约1小时,便可把铀解析下来。据研究,方铅矿有如下特征:在海水中能稳定地长时间使用,矿石在海水中浸渍半年几乎不风化,也几乎看不出铅由矿石表面溶出;矿石粉碎成任意大小都能使用,吸附过铀后用碳酸盐溶液洗净,可以重复使用;方铅矿几乎不吸附除铀以外的其他元素。显然,这些特性使它在海水提铀上有很好的前途。

碱式碳酸锌吸附:用碱式碳酸锌提取海水中的铀的方法很早就开始研究。实验表明,碱式碳酸锌对铀的吸附能力很强,曾用载体法得到约500微克铀的吸附量,后来又有报道曾达到880微克的吸附量,这表明了它是一种值得注意的吸附剂。碱式碳酸锌的吸附速度快,并且不受温度的影响,这些有利的条件对于进一步实现提铀工业化很有好处。但碱式碳酸锌在海水中的溶解度很大,容易流失,因而容易使海洋环境受到污染。

水合氧化钛吸附:水合氧化钛是世界上海水提铀研究中采用的一种最主要的吸附剂,它的优点是吸附容易,适于天然海水条件,因而引起各国的普遍注意。它的吸附量在研究的初期就达到了很高的水平,经过长时间的改进,现在1克水合氧化钛吸附剂大约能吸附1毫克铀,与贫铀矿的含量大致相当,有时吸附量达到1.5毫克。但水合氧化钛吸附铀的速度慢,吸附达到饱和至少要几个星期,这对实际生产不利。吸附慢的原因,据推测是由于水合氧化钛沉淀里的缝隙小,海水不容易进去所造成的。

镁在国防、工业上起着重要的作用,镁合金可以制造飞机、快艇,可以制成照明弹、镁光灯,还可以做火箭的燃料,人们日常用的压力锅及某些铝制品中也含有镁。农业上有一种镁肥,其主要成分就是镁,镁是组成植物叶绿素的主要元素,又能促进作物对磷的吸收。作物缺镁,光合作用就减少,生长停滞,叶片发黄并出现斑点。镁还是冶炼某些珍贵的稀有金属(如钛)的还原材料。

镁的化合物中需要量最大的就是氧化镁,镁砖就是含氧化镁80%~88%的碱性耐火材料,它能耐2000℃以上的高温,对碱性炉渣有高度稳定性,主要用于碱性炼钢平炉和其他碱性冶金炉以及水泥窑的炉衬。氯化镁还可以作凝乳剂,众所周知,做豆腐所用的卤水,其主要成分就是氯化镁。在医药上常用硫酸镁做泻药。

镁在海水中的含量很高,其浓度为0.129%,仅次于氯和钠,居第三位,虽然它的含量比白云石等镁矿低得多,而这些镁矿也在大力开采,但高纯度的镁矿较少,所以海水是镁的重要来源,海水中镁的总量为7.8×1015吨。

不论是生产金属镁还是其他镁化合物,方法都是往海水中加碱,使其形成沉淀。在实践中,所用的碱几乎都是煅烧白云石(或牡蛎的壳)所产生的石灰,或者是煅烧白云石或含白云石的石灰石所产生的混合碱。工业上应用最多的氧化镁,是以海水中的镁沉淀为氢氧化镁后,煅烧后得到的。

人类生存的营养中不可缺少盐。人类以盐作调料的历史不可考证,中国人“煮海为盐”的历史则可以追溯到4000余年前的夏代,进入封建社会,盐、铁成为国家两项重大的官营商品。盐、铁官卖,一方面可以保证供应;另一方面,可以作为国家财政的重要来源和调节阀门。盐场

早期海盐,是起大锅用柴火煮熬出来的。汉、魏以前的历史书上有“煮海为盐”的记载。现在开辟盐田,利用太阳和风力的蒸发作用,晒海水制盐的工艺,比起“煮海为盐”,是很大的进步。

我国是海水晒盐产量最多的国家,也是盐田面积最大的国家。我国有盐田3760平方千米,年产海盐1500万吨左右,约占全国原盐产量的70%。我国著名的盐场,从北往南,有辽宁的复州湾盐场,河北、天津的长芦盐场,山东莱州湾盐场,江苏淮盐盐场以及浙江、福建、广西、海南的南方盐场。每年生产的海盐,供应全国一半人口的食用盐和80%的工业用盐,还有100万吨原盐出口。我国海盐业对国家的贡献很大。

海水制盐并不是原盐生产的唯一来源。事实上,世界原盐产量中,海盐只占20%多一点,80%左右是用工业化方法生产的矿盐。

海水晒盐,节约燃料。但是,海水晒盐受天气限制,占用大量平坦土地,劳动条件十分艰苦,生产效率低,在工业化的现代,原为先进的工艺,变成了落后的工艺。目前世界上,只有中国、印度和少数气候条件特别适宜的国家大规模海水晒盐。在澳大利亚和墨西哥一些非常干旱的海岸地区,使用自动化机械进行海水晒盐,生产效率极高,一个盐场工人年产原盐7000吨。这种既节约能源又有高效率的海水晒盐工艺是很先进的。我国的许多盐场,也逐步实现了机械化生产,效率大为提高。机械化、自动化生产,为我国海水晒盐业开辟了广阔的前景。

①重水提取

重水是一种巨大的能源,可做原子能反应堆的减速剂和传热介质,也是制造氢弹的原料。重氢的核聚变反应可以释放出巨大的能量。海水中含有2×1014吨重水,从海水中提取重水一经实现,海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能量。

现在较大规模地生产重水的方法,有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。

②其他微量元素的提取

海水中含量很低的元素,统称为微量元素。海水中有60余种微量元素,虽然它们的浓度大多都很低,但由于海水总量很大,所以这些元素的总贮量也是很大的,它们的用处也是很大的。例如:锂就是热核反应的重要材料之一,也是制造特种合金的原料;铷可以制造光电池和真空管等;碘可以用于医药,平常所用的碘酒就是碘制成的,它还是火箭燃料、高纯半导体材料等;碘化银还可以用于人工降雨;钼可以用于制合金钢、钼丝和钼肥等;钒和钡可以用于合金,钒又可以作催化剂;至于锌、铝、铜和银的用途是大家比较熟悉的了。

上述微量元素中,锂的含量最高,但至今从海水中提锂的例子很少。1975年日本用氢氧化铝与活性炭的复合吸附剂提取锂,效果很好,但这仅仅是实验室的研究成果。目前主要是由盐湖卤水和矿水提取锂。

海水中碘的浓度虽然也较高,但以往都是从海带中提取,海带有特殊的富含碘本领,其含量可达0.3%~0.5%,甚至1%。近年来,我国有人发现的JA-2号吸附剂对碘具有惊人的吸附能力,吸附量达到每克吸附碘1毫克以上。这对海水提碘的工业化可能具有很大的意义。

目前世界各国对海水中其他微量元素的提取,大多数设想从海水提铀过程中作为副产品得到,这完全是可能的。所以,提取其他微量元素的方法也同提铀、提碘一样,是利用固体吸附剂(无机和有机的)与海水直接接触,从中有选择地吸附某种有用的微量元素。

日本在研究海水提铀的同时,还考虑到提取锂、锶、钒和磷等副产品,以降低海水提铀的成本。

目前,由于经济方面的原因,微量元素的提取仍处在研究探索中。但可以相信,在不远的将来,这些技术中的相当部分终要变为大规模的工业生产,造福人类。

陆地上的煤、石油等能源的枯竭已是迫在眉睫,广阔的海底含有丰富的石油与天然气,并有海底煤矿,更有前景的是海洋还含有取之不尽、用之不竭的海洋动力资源,它可以成为未来最有前景的无污染的新能源,这就是海洋新能源。