МЕТАЛЛЫ ИЗ МОРСКОЙ ВОДЫ

Б. Розен

Схема получения магния из морской воды. Рис. Э. Смолина (см. ст. на стр. 33). На магниевом заводе мощные насосы накачивают морскую воду через фильтры в резервуары для гидрообработки (см. цветную вкладку). В них к морской воде добавляют слабый раствор известкового молока Са(ОН) г (для его приготовления используют доломит или прокаленные устричные раковины), осаждающего из воды бикарбонат кальция Са(НСО3)3 в виде карбоната кальция СаСО3. После гидрообработки вода поступает в реакторы, где из солей магния, содержащихся в ней, с помощью извести получают гидрат окиси магния (в виде взвеси в количестве около 2% от обработанной воды). сгустителе идет сгущение пульпы Mq(OH)2, воду сливают, а осадок сушат на фильтрах, и растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор хлористого магния выпаривают в испарителях для удаления воды и окончательно обезвоживают в сушилках. Для удаления других солей, захваченных из морской воды, в процессе выпаривания добавляют сульфат магния, и удаляют гипс и соли путем фильтрования. Высушенный твердый хлористый магний подвергают электролизу. Металлический магний отливают в виде небольших болванок весом в 7 - 8 кг. Хлор, полученный при электролизе, снова направляется в производство для приготовления соляной кислоты.
С воздуха хорошо видны маточники - бассейны, в которых за счет естественного испарения из воды осаждаются соли.

МОРСКОЙ МАГНИЙ

Еще в начале нашего века магний был нужен только фотографам, и пиротехникам. Нагретый на воздухе до 550 градусов (зажечь его можно спичкой), этот серебристо-белый металл вспыхивает и сгорает ослепительным пламенем.

Уже перед первой мировой войной было замечено, что металлические сплавы с добавкой магния легче алюминия и значительно легче стали и чугуна. Магниевые сплавы с присадками других металлов – лития, бериллия, кобальта, церия – стали удачным конструкционным материалом для изготовления различных деталей автомобилей, самолетов и вертолетов. За последние годы особенно широкое применение нашли литиево-магниевые сплавы – самые легкие и жаростойкие. Эти сплавы особенно ценны для изготовления сверхзвуковых самолетов, ракет, и космических кораблей.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают области применения магниевых сплавов. В полиграфии они нужны для изготовления клише, в хлебопекарном производстве – форм для выпечки хлеба, они находят применение в счетных, и пишущих машинах, в нефтяной промышленности – для защиты от коррозии газо- и нефтепроводов.

Немалые услуги оказывает магний в металлургическом производстве – как восстановитель для получения хрома, титана, ванадия.

Большой спрос на магний, который уже со времен первой мировой войны стал стратегическим сырьем, вызывал бурный рост его производства, особенно в 40-е годы.

Еще до сих пор основным источником получения магния и его соединений служат минералы доломит, карналлит, магнезит. Однако с каждым годом все более заметным соперником их становится морская вода. Запасы магния в Мировом океане практически неисчерпаемы – около 2 200 000 миллиардов тонн. Хотя его концентрация в морской воде относительно невелика – 0,13%, однако это во много раз превышает содержание всех других металлов, кроме натрия. По сравнению с «земными» рудами магния в воде содержится почти в триста раз меньше, тем не менее уже теперь производство морского магния обходится гораздо дешевле.

Простота технологической схемы, удачный выбор места для постройки магниевого завода, близость источников топлива, электроэнергии и извести открывают морскому магнию возможность безраздельного господства на мировом рынке. В США, например, после окончания второй мировой войны закрылись все заводы, на которых получали магний из минералов.

Еще дешевле обходится магний, если его извлекают из морской воды вместе с бромом.

Впервые магний из морской воды был получен в 1916 году в Англии. Спустя восемь лет его стали добывать из рассолов Мертвого моря в Палестине. Теперь уже существует несколько десятков заводов, извлекающих из морской воды магний и его соединения. Только в США и Великобритании работают свыше 20 заводов, полностью покрывающих потребность обеих стран в этом металле. Извлекают магний из морской воды и в других странах, имеющих выход к морю, – во Франции, Италии, Тунисе. В настоящее время свыше 40 процентов мирового производства магния (без СССР) составляет морской магний.

В нашей стране крупным поставщиком магния и окиси магния в скором будущем станет мелководный Сивашский залив Азовского моря. Из кубометра сивашской рапы можно извлечь в три с половиной раза больше окиси магния, чем из океанской воды.

Весьма подходящим местом для получения магния и его окиси может стать Мангышлакский полуостров. На нем всего в 12 километрах от побережья находится большая впадина, лежащая на сто метров ниже уровня Каспийского моря. Если прорыть из моря канал, и пустить каспийскую воду, то со временем впадина превратится в соляное озеро, на дне которого будут постепенно накапливаться соли, в том числе и магниевые.

Для извлечения магния из морской воды и рассолов требуется много электроэнергии. На Мангышлаке обнаружены большие залежи бурого угля и открыты крупные месторождения нефти. В принципе они могут быть использованы, как топливо для электростанций будущего магнезиального завода. Вероятнее же другой источник снабжения электроэнергией – это атомная электростанция для опреснения каспийской воды, сооруженная неподалеку от впадины в городе Шевченко.

Недалек тот день, когда советский морской магний вытеснит своего сухопутного собрата.

 

ЛЕВОФЛАНГОВЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ

Посмотрите на таблицу химических элементов. С левого фланга в первой колонке стоят друг под другом пять близких металлов – литий, натрий, калий, рубидий, и цезий. Все они содержатся в морской воде. Больше всего в ней натрия: ведь его соединение – хлористый натрий составляет 85,2 процента всех растворенных в Мировом океане солей. Но и калия содержится не так уж мало – 380 мг в литре. Во много раз ниже концентрация лития – 0,17, рубидия – 0,12, и цезия – 0,0005 мг в литре.

Еще в начале нашего века человека, предложившего способ извлечения этих элементов из морской воды, мягко выражаясь, назвали бы утопистом, теперь же на морском побережье сооружены заводы, занимающиеся их извлечением в промышленном масштабе.

Начало добычи калия из морской воды стимулировала вторая мировая война. Из-за военных действий и блокады мир лишился поставщиков калийных удобрений.

В поисках новых источников снабжения калием вспомнили об океане. В Англии приступили к извлечению калия из морской воды. После второй мировой войны англичане стали еще больше добывать калийных солей, особенно из Мертвого моря. Появились заводы по добыче морского калия и у итальянцев – в Неаполе и в Эритрее (на африканском побережье). Много калия добывают теперь из морской воды в Японии и в КНР. Японцы широко пользуются для добычи калия соляными маточниками (остающимися после извлечения поваренной соли из бассейнов), получая из них ежегодно свыше 10 тысяч тонн.

Еще 30 лет назад в Японии были разработаны способы извлечения из соляных маточников также лития, рубидия и цезия. В земной коре их, как и в океане, очень мало, и встречаются они преимущественно в рассеянном состоянии. Руды приходится обогащать, и потому добыча их обходится очень дорого. Извлечение же их из морской воды стоит гораздо дешевле.

Открытые более ста лет назад, эти три металла долго не находили себе применения. Лишь в наше время они стали нужны технике атомной, ракетной, радиоэлектронной.

 

В СОЮЗЕ С ХИМИЕЙ

Мировой океан может стать крупным поставщиком золота. Богатых месторождений золота на суше не так много, и их запасы постепенно истощаются. Разработка же месторождений с малым содержанием золота невыгодна. В 1970 году на мировом рынке резко подскочили цены на золото. В связи с недавним падением курса американского доллара они стали еще выше в 1973 году. Одна из причин – нехватка золотых запасов. Поскольку золото до сих пор остается еще основным валютным стандартом, потребность в нем все больше возрастает. Это обстоятельство вызывает необходимость поиска новых источников добычи золота. Невольно взоры золотодобывающей промышленности обращаются к океану, в котором рассеяно, по новейшим подсчетам, около десяти миллионов тонн драгоценного металла, то есть примерно по 2,7 килограмма на душу населения нашей планеты.

Уже в первую четверть XX века было выдано немало патентов на извлечение золота из морской воды. Все они, к сожалению, оказались технически невыполнимыми, и экономически абсолютно невыгодными. Одни предлагали использовать сульфидные частицы, к которым должно прилипать золото, так как они обладают химическим сродством с этим металлом. Другие считали наиболее эффективной ртуть.

Каких только веществ не предлагали в качестве поглотителей золота – даже опилки! В 1942 году французский инженер Баур предложил построить гигантский кирпичный желоб (площадью в квадратный километр), наполнить его опилками и пропускать по нему морскую воду. Он рассчитал, что если прокачивать в сутки сквозь желоб 7,2 миллиона кубометров морской воды, то можно извлечь в год 9100 килограммов золота. Для его поглощения потребуется 17,3 тысячи тонн опилок. Однако огромные затраты на сооружение желоба и извлечение ничтожно малых количеств золота из опилок (всего 0,5 грамма на тонну) сделали этот способ совершенно невыгодным.

Несмотря на неудачные попытки промышленного извлечения золота из морской воды, интерес к морскому золоту в наши дни отнюдь не уменьшился.

Изобретатели ищут все новые, и новые пути его добычи... и находят. На помощь приходят последние достижения химии.

Десять лет назад советский ученый А. Даванков добыл из морской воды несколько крупинок чистого золота. Во время плавания на экспедиционном судне «Михаил Ломоносов» он установил на его борту большую поглотительную колонку, наполненную зернами ионитов (ионообменных смол), и пропускал через нее морскую воду. Эти зерна обладают способностью избирательно поглощать различные элементы, и вещества.

Невелика была добыча Даванкова – всего лишь 1 мг золота на 500 тысяч литров воды. Но его опыты открывают новую страницу в будущем морской золотодобывающей промышленности. Ведь такие колонки можно установить на любом торговом судне. Тысячи кораблей торгового флота бороздят моря, и океаны. Снабженные такими колонками, они будут привозить, возвращаясь из своего рейса, золото, и различные редкие элементы. В портах колонки будут разряжаться, и заполняться свежей ионообменной смолой. Иониты с кораблей направят в лабораторию или на завод для обработки.

«Морское» золото можно добывать не только из воды. Учеными было замечено, что в некоторых морях часть золота оседает на дне. Вместе с илом, и планктоном оно образует плотные осадки, называемые «голубым минералом». Вот уже несколько лет в Красном море успешно производится его промышленная разработка. Из одной тонны ила извлекают до пяти граммов золота.

 

МОРСКИЕ КЛАДОВЫЕ УРАНА

В атомный век, пожалуй, еще больший интерес, чем к золоту, проявляется к урану. Открытый более 150 лет назад в смоляной руде немецким химиком Клапротом, этот необыкновенный металл долгое время был без «работы», если не считать построенного еще в 1853 году завода по выработке урановых красок – зеленых, желтых, коричневых – из солей этого элемента. Они применялись для окраски стекла, фарфора, эмалей.

Открытия в области физики атомного ядра выдвинули уран на первое место в атомной энергетике.

За последние 30 лет в поисках урана были обшарены все уголки земного шара. Поиски его руд продолжаются, и поныне. Выявленные пока запасы урана в пересчете на его окись составляют в капиталистических странах около 750 тысяч тонн. По подсчетам, в Мировом океане содержится свыше четырех миллиардов тонн урана. Это в пятьсот раз больше, чем запасы золота в океанах (причем без учета концентрации урана в грунтах морского дна).

В ближайшие годы во всем мире вступит в строй много новых атомных электростанций. Разумеется, увеличится, и расход атомного горючего - урана. Экономисты полагают, что к концу века его потребуется два-три миллиона тонн в год.

Запасы урановых руд будут к тому времени сильно истощены, и, вероятно, встанет вопрос о добыче урана из морской воды. Подобно золоту, его можно извлечь с помощью ионитов, однако пока еще этот метод невыгоден.

Зарубежные специалисты считают более перспективным другой метод. Морская вода пропускается через фильтры – куски хлопчатобумажной ткани, пропитанной гидроокисью титана. Такие фильтры целесообразнее всего устанавливать в районах с высокими приливами. Предварительные опыты показывают, что этим способом можно извлечь из морской воды до 1 000 тонн окиси урана в год.

Американский ученый профессор Ф. Себбе взял недавно патент на извлечение урана из океанской воды (одновременно также золота, меди, и алюминия) с помощью моющих средств.

Заслуживает внимания добыча из морской воды, и «родственника» урана – радия. Его можно будет извлекать из морских осадков, главным образом красных глин, в которых он содержится в высокой концентрации.

В недалеком будущем, вероятно, начнется комплексная добыча всех редких, и рассеянных металлов из морской воды. Тогда наряду с магнием, и калием станет экономически выгодным получать из нее золото, уран, радий, и другие необходимые металлы.

 


Схема получения магния из морской воды. Рис. Э. Смолина.

На магниевом заводе мощные насосы накачивают морскую воду через фильтры в резервуары для гидрообработки. В них к морской воде добавляют слабый раствор известкового молока Са(ОН)2 (для его приготовления используют доломит или прокаленные устричные раковины), осаждающего из воды бикарбонат кальция Са(НСО3)3 в виде карбоната кальция СаСО3. После гидрообработки вода поступает в реакторы, где из солей магния, содержащихся в ней, с помощью извести получают гидрат окиси магния (в виде взвеси в количестве около 2% от обработанной воды). В сгустителе идет сгущение пульпы Mg(OH)2, воду сливают, а осадок сушат на фильтрах и растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор хлористого магния выпаривают в испарителях для удаления воды и окончательно обезвоживают в сушилках. Для удаления других солей, захваченных из морской воды, в процессе выпаривания добавляют сульфат магния и удаляют гипс и соли путем фильтрования. Высушенный твердый хлористый магний подвергают электролизу. Металлический магний отливают в виде небольших болванок весом в 7 – 8 кг. Хлор, полученный при электролизе, снова направляется в производство для приготовления соляной кислоты.

 


Другие статьи из рубрики «Химия»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее