Извлечение сырьевых ресурсов из морской воды
Извлечение сырьевых ресурсов из морской воды
Океан является большой кладовой хим веществ. В каждой кубической миле морской воды содержится 1,5 -1011 кг растворенных жестких веществ. Океан настолько громаден, что если концентрация какого-нибудь вещества в морской воде составляет всего 1 миллиардную долю по весу, то его содержание в мировом океане исчисляется в 5-109 кг. Все же океан еще не достаточно употребляется как источник сырьевых материалов, так как цена извлечения нужных веществ из воды очень высока. Только три вещества получают из морской воды в промышленно широких масштабах: хлорид натрия, бром и магний.
ХЛОРИД НАТРИЯ
Так как хлорид натрия-самое распространенное вещество из числа растворенных в морской воде, нет ничего необычного в том, что существенное количество (примерно 4.1010кг раз в год) незапятнанного хлорида натрия получают из морской воды. С этой целью морскую воду фильтруют и потом дают ей испаряться до того времени, пока концентрация содержащегося в ней NaCl не превзойдет его растворимости. Жесткий NaCl, который выкристаллизовывается из морской воды, оказывается достаточно незапятнанным, но его можно перекристаллизовывать из пресной воды до еще больше высочайшей степени чистоты зависимо от предстоящего использования.
БРОМ
Раз в год в мире получают более 2,3 • 108 кг брома, приемущественно из морской воды. Концентрация бромид-иона в морской воде составляет всего 8,3.10 –4 М. На первой стадии извлечения брома из морской воды к ней добавляют серную кислоту, что понижает рН до 3,5. Потом через подкисленную воду продувают газообразный хлор в неком излишке по сопоставлению с содержащимся в ней бромом. Меж растворенным в воде газообразным хлором и бромид-ионом протекает окислительно-восстановительная реакция:
С12(водн.) + 2Вr(водн.) = Вr2(водн.) + 2С1(водн.)
Для выделения брома из морской воды ее пропускают через специальную башню, выложенную брусками дерева; в оборотном направлении через башню продувают воздух. Для выделения брома из потока прошедшего через башню воздуха его обрабатывают сернистым ангидридом SO2 и паром. В итоге образуются бромистоводородная и серная кислоты:
SO2(r.) + Вr2(г.) + 2Н2О(ж.) = 2НВr(водн.) + Н2SО4(водн.)
Чтоб извлечь бром из этого раствора, его опять обрабатывают соответствующим количеством хлора и потом убирают бром, продувая воздухом. После чего смесь газообразного брома с воздухом пропускают над прохладной поверхностью. Температура кипения водянистого брома составляет 59°С, что позволяет отделять его от воды перегонкой. Разбавленная серная кислота, остающаяся после удаления брома, употребляется для подкисления свежайшей порции впускаемой морской воды.
МАГНИЙ
Магний-второй по содержанию железный элемент в морской воде. Наибольший завод для получения магния из морской воды в США принадлежит компании «Доу Кемикл» и находится в г. Фрипорте (штатт Техас). На этом заводе Mg2+ осаждают из морской воды в огромных отстойниках (рис.1) в виде Mg(OH)2 (ПР = = 1,8.10 -11) методом прибавления к морской воде негашеной извести СаО.
Рис. 1. Вид сверху на отстойники (в центре) для осаждения гидроокиси магния из морской воды на заводах компании «Доу Кемикл» (США). Набросок из книжки Т. Брауна “Химия в центре наук”, М, Мир, 1983
Оксид кальция для данного процесса в свою очередь получают из раковин моллюсков. Раковины моллюсков состоят из карбоната кальция. Их промывают, потом прокаливают в специальной обжиговой печи и таким макаром получают негашеную известь:
СаСО3(тв.) = СаО(тв.) + СО2(г.)
Гидроксид магния получают по реакции:
Мg2+(водн.) + СаО(тв.) + Н2О(ж.) = Мg(ОН)2(тв.) + Са2+(водн.)
Осаждающийся гидроксид магния содержит примеси ионов Са2+, Na+ и HCO3. Жесткий осадок отфильтровывают и потом обрабатывают консистенцией смесей НС1 и H2SO4. В кислом растворе происходит растворение Mg(OH)2
Mg(OH)2(тв.) + 2Н+(водн.) = Мg2+(водн.) + 2Н2О(ж.)
Большая часть примесных ионов натрия кристаллизуется в составе NaCl, а ион кальция осаждается в составе CaSO4. Раствор, содержащий ионы Mg2+, отфильтровывают и потом концентрируют в испарителе. Таким макаром, в конце концов получают жесткий MgCl2. Его растворяют в консистенции расплавленных хлоридов металлов при 700°С в электролизных установках (см. рис. 2). Электронная энергия, подводимая к электролизерам, расходуется на образование из расплавленного хлорида магния железного магния и газообразного хлора:
электроэнергия
МgС12(ж.) = Мg(ж.) + С12(г.)
Расплавленный металл отливают в слитки, которые имеют чистоту 99,9%.
Рис. 2. Установки для электролитического получения Mg из MgCl2 на заводе компании «Доу Кемикл» (США). Круглые вертикальные стержни представляют собой угольные аноды, а стержни прямоугольного сечения — медные проводники, по которым в электролизеры подается ток силой до 100000 ампер. Набросок из книжки Т. Брауна “Химия в центре наук”, М, Мир, 1983
Мосин О.В.