Химические ресурсы Мирового океана

Мировой океан — огромный природный резервуар, заполненный водой, которая представляет собой сложный раствор различных химических элементов и их соединений. Некоторые из них извлекаются из воды и используются в производственной деятельности человека и, будучи компонентами солевого состава океанских и морских вод, могут рассматриваться как химические ресурсы.

Из 106 известных химических элементов 70 найдено в океанских и морских водах. Концентрация лишь нескольких из них превышает 1 г/л. К ним относятся: хлористый натрий (27,2 г/л), хлористый магний (3,8 г/л), сернокислый магний (1,7 г), сернокислый кальций (1,3 г). Только 16 элементов находятся в океане в количестве более 1,1 мг/л, содержание остальных измеряется сотыми и тысячными долями миллиграмма в литре воды. Из-за ничтожно малых концентраций их называют микроэлементами химического состава вод Мирового океана.

При очень малых концентрациях веществ и элементов в 1 литре океанской воды их содержание достигает весьма внушительных размеров в сравнительно больших объемах вод. В каждом кубическом километре морской воды растворено 35 млн. тонн твердых веществ. В их числе 19,8 млн. тонн поваренной соли, 9,5 млн. тонн магния, 0,89 млн. тонн серы, 31 тыс. тонн брома, 10 тонн алюминия, 3 тонн меди, 3 тонн урана, 0,3 тонн серебра, 0,04 тонн золота и т.п.

Учитывая громадный объем вод Мирового океана, суммарное количество растворенных в них химических элементов и их соединений исчисляется колоссальными величинами. Их общий вес равен 50*1015 тонн. Большую часть (99,6 %) солевой массы океана образуют соединения натрия (77,68 %), калия (2,1 %), магния (9,18 %), а также сульфаты магния (6,39 %) и кальция (3,7 %). На долю всех остальных составляющих раствора приходится лишь 0,4 %.

Добыча химических ресурсов океана

Из разнообразных и огромных запасов химических богатств океанов и морей в настоящее время добывается очень небольшая часть их, хотя во многих из них ощущается острый дефицит. Объясняется это тем, что еще не созданы эффективные технические способы извлечения многих полезных компонентов из морской воды. В настоящее время используются только те химические ресурсы Мирового океана, добыча которых из океанских вод экономически выгоднее получения их из аналогов на суше. Принцип рентабельности лежит в основе морского химического производства, к главным видам которого относится получение из морской воды поваренной соли, магния, калия и брома. Степень сложности и особенности технологии извлечения этих веществ из вод Мирового океана в промышленных масштабах определяются состоянием и взаимодействием химических элементов в морской воде.

Сравнительно простая форма такого химического соединения, как поваренная соль, обусловливает относительную простоту и крупные объемы ее добычи. Из морской воды соль выпаривают в естественных условиях бассейновым способом, для чего применяются специальные бассейны. Этот способ базируется на закономерной последовательности выпадения в осадок различных солей при увеличении концентрации рассола. Таким образом, в результате испарения из морской воды вначале осаждаются известняк и доломит, а на заключительной стадии — хлориды. Бассейновый способ пока еще малоэффективен, так как из 1000 м3 морской воды получают примерно 1,3 тонн соли. Остальная часть поваренной соли и других ценных веществ — соединения магния, галоиды — вместе с маточным рассолом спускается в море.

Несмотря на этот недостаток, добыча поваренной соли из морской воды достигает 6-7 млн. тонн в год, что равно 1/3 ее мирового производства. Крупные предприятия по добыче поваренной соли из океанских и морских вод имеются на побережьях Болгарии, США, Англии, Франции, Италии, Индии, Китая, Турции, Филиппинских островов. В США, например, около 5% потребляемой поваренной соли вырабатывается из морской воды.

Поваренная соль используется главным образом в пищевой промышленности, куда идет соль высокого качества, содержащая не менее 96% NaCI. При его более низких концентрациях (94 — 95%) соль направляется на промышленные нужды: для получения соды, едкого натра, соляной кислоты, гипса и других продуктов. Низкосортная (90 — 91% NaCI) соль применяется в холодильных установках, а также идет на различные бытовые нужды.

В водах Мирового океана растворено большое количество магния. Хотя его концентрация в морской воде относительно невелика (0,13%), однако она намного превышает содержание других металлов, кроме натрия. Морской магний встречается преимущественно в виде хлористых и в меньшей степени сернокислых легкорастворимых соединений. Поскольку эти соли кристаллизуются одновременно, извлекать магний из морской воды простым испарением невозможно. Поэтому сначала его отделяют от натрия, калия и кальция, окисляя до нерастворимой окиси магния, и уже ее подвергают электрохимической обработке.

Первая тонна морского магния была получена в 1916 г. в Англии. С тех пор его производство неуклонно развивалось. В настоящее время Мировой океан дает свыше 40% мирового производства магния. Кроме Великобритании, которая на 50% удовлетворяет свою потребность в этом металле, извлекая его из морской воды, аналогичное производство развито в США (оно дает 80% потребления), во Франции, Италии, Канаде, Мексике, Норвегии, Тунисе, Японии, Германии и некоторых других странах. В настоящее время магний применяется для изготовления различных легких сплавов и огнеупорных материалов, цемента, а также во многих других отраслях хозяйства Спрос на него быстро увеличивается и в значительной мере будет удовлетворяться магнием, полученным из морской воды.

Концентрация калия в океанских и морских водах весьма невелика. К тому же он находится в них в виде двойных солей, образуемых с натрием и магнием, поэтому извлечение калия из морской воды — химически и технологически сложная задача. Промышленная добыча «морского» калия основана на обработке морской воды специально подобранными химическими реагентами (дипикриламин) и сильными кислотами. В зависимости от применяемой кислоты получают соответствующую калийную соль.

Калий начали добывать из морской воды в годы первой мировой войны, когда его основные месторождения на суше, в Страсбурге и Эльзасе, дававшие около 97% мирового производства, были захвачены Германией. В это время морской калий стали получать в Японии и Китае. Вскоре после первой мировой войны его начали добывать и другие страны. В настоящее время только одна Япония добывает из морской воды 10 тыс. тонн калия в год. Калийные соли используются как удобрения в сельском хозяйстве и как ценное химическое сырье в промышленности.

Хотя концентрация брома в Мировом океане незначительна (0,065%), он был первым веществом, которое начали добывать из морской воды, поскольку из минералов суши, где он содержится в ничтожно малых количествах, его извлечь практически невозможно.

Поэтому мировое производство брома (примерно 100 тонн в год) в основном базируется на его добыче из морской воды. Заводы по производству морского брома есть в США (их годовая продукция оценивается в 23 млн. долл.), в Великобритании и Японии. Строительство таких предприятий проектируется в Канаде, Аргентине, Индии и в других странах, что позволит увеличить добычу брома из морской воды. Обычно заводы выпускают бром в виде различных соединений, необходимых потребителям.

Помимо этих основных веществ, которые в настоящее время океан дает человеку, большой интерес для производства представляют и микроэлементы, растворенные в его водах.

К ним, в частности, относятся извлекаемые из морской воды пока в небольших количествах литий, бор, сера, а также перспективные по технологическим и экономическим причинам золото и уран. Некоторые страны интенсивно разрабатывают промышленные методы извлечения золота из морской воды, но ощутимые результаты пока еще не достигнуты: все современные технологии остаются малоэффективными.

Стремление стран к обеспечению своих нужд ядерным горючим ставит на повестку дня добычу урана из океанских вод. Установки для этой цели разрабатываются в Великобритании, Германии и Японии. Так, японские специалисты провели эксперимент, показавший реальную возможность извлечения урана из морской воды. Для этого использовался высокоэффективный абсорбент, в состав которого входили активированный уголь, гидроокиси титана и других металлов. Установка с этим фильтром позволяет извлекать из воды в среднем 0,5-0,6 мг урана на 1 грамм собственного веса абсорбента. Это первый шаг в деле промышленной добычи урана из морской воды.

Краткое рассмотрение современного использования химических богатств океанов и морей показывает, что уже в настоящее время извлекаемые из соленых вод соединения и металлы вносят существенный вклад в мировое производство. Морская химия наших дней дает 6-7% доходов, получаемых от освоения ресурсов Мирового океана. Вместе с тем это перспективная отрасль океанского хозяйства, развитие которой связано с решением таких важных проблем, как, например, разработка технологии более полного извлечения солей при бассейновом способе добычи поваренной соли, создание рентабельных методов получения из морской воды важнейших микроэлементов в промышленных масштабах, повышение эффективности добычи и т. п. В этом направлении в разных странах ведутся теоретические исследования и конструкторские разработки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.