书城科普驭海史话
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第22章 源源溴素海中来

人的一生中,要留下童年的天真、青年的风采、中年的成熟、老年的深沉,那么就去照相。要想得到一张清晰的照片,离不开溴化银。

当你神经衰弱,受到焦虑、失眠等的困扰时,溴剂可用来镇静。

当你染上病菌时,所使用的青霉素、链霉素等各种抗生素都离不开溴。

溴不仅与人类的生活和健康有关,在农业生产上也大有用途,用溴制作的熏蒸剂和杀虫剂,可以消灭害虫。

在工业方面,溴也有用武之地。

目前溴大量地用作燃料的抗爆剂,把二溴乙烷同四乙基铅一起加到汽油中,可使燃烧后所产生的氧化铅变成具有挥发性的溴化铅排出,可防止汽油爆炸。用溴能生产一种溴丁橡胶,溴还可以用来精炼石油等。

海水的溴含量有多少

海水中溴的浓度较高,在海水中溶解物质的顺序表中可排在第七位,平均浓度大约为67毫克/升。海水中溴的总含量有95万亿吨之多,占整个地球溴总储量的99%以上。

溴素

1825年,法国化学家巴拉尔首先证明了在地中海的海水中有溴的存在。第二年,巴拉尔用氯处理海水卤水后,通过蒸馏得到了溴。于是,这位23岁的青年成为“溴的发明者”。今天制溴工业的基本方法,仍沿用当初他所采用的方法。

1840年,溴被用于照相技术,于是提溴就急剧发展起来。当时欧洲需要的溴都是从卤水和天然浓盐水中提取。1865年,有人利用制取钾盐剩下的溶液,采用二氧化锰和硫酸氧化法提溴。1877年改为连续的氯氧化法提溴。1907年德国人库比尔斯基在此基础上又进行了重大、改进。美国人于1889年提出用电解法提溴,后来又采用空气吹出新工艺,并被用于直接从海水中提溴,获得进一步发展。

1921年发现溴加入汽油中可作抗爆剂后,二溴乙烷的用量剧增,促进了制溴工业的发展。溴的用量从1920年的500吨,发展到1930年的5000吨,于是海水提溴形成工业化生产。1933年美国建立了日产7吨溴的工厂,此后英、德、法、日等国也相继建立了海水提溴工厂。

这样,世界溴产量的60%~70%由海水中提取。世界上最大的海水提溴工厂在美国,建立于第二次世界大战期间,该厂生产的溴,几乎占了世界海水提溴总量的2/3。

后来,美国着重于天然浓盐水的资源开发,海水提溴因成本高而逐渐停止生产。但英、法、日等国因缺乏浓盐水资源,仍以海水提溴为主。

海水提溴技术,目前主要有两种方法。第一种叫空气吹出法,目前世界各国多采用此法。这种方法是用氯气氧化海水中的溴离子,使其变成溴,然后通入空气或水蒸气,将溴吹出来。第二种海水提溴的方法叫吸附法。即采用强碱性阴离子交换树脂做吸附剂,用于海水提溴。

这种树脂具有良好的物理化学稳定性,经过2000次试验之后,每克干树脂的吸附量为0.06克,相当于首次试验吸附量的33.6%。按每年生产300天计算,每日周转2次,可使用3年以上,每吨干树脂可提溴150吨。

二溴乙烷

目前,海水提溴的总产量每年为20多万吨,其中大部分是美国生产的,它以天然的浓盐水为原料。

中国从1967年开始进行空气吹出法由海水直接提溴的研究,1968年试验成功,而后青岛、连云港、广西北海等地相继建立了年产百吨级的海水提溴工厂进行试生产。树脂吸附法海水提溴研究,中国于1972年试验成功。1977年,山东海洋学院研究发现了一种JA-2号吸附剂,可同时高效能地吸附海水中的溴和碘。使用JA-2号吸附剂在较短时间内可吸溴达10万微克左右。估计用这种吸附剂从海水中提碘和溴,每生产1吨碘,可同时得到60~100吨溴。JA-2号吸附剂原料易得,制作简单,流过的海水损失少,可反复循环使用。

世界的溴主要用作汽油抗爆剂,其次是作农药。但这两方面都有污染环境的问题,因而已被限制使用,这样就影响世界制溴工业的发展,不少制溴工厂已转向对海水中其他成分的综合利用。相信随着科学技术的不断发展,人类将会发现溴的新用途,那时海水制溴工业将得到更显著的发展。

氯化钾,是人类从海水中提取的肥料。钾肥肥效快,易被植物吸收,不易流失。钾肥能使农作物茎秆长得健壮,增强抗旱、抗病虫害的能力。

海水提钾主要用来制造钾肥。此外,钾在工业上可用于制造化学仪器和装饰品。钾亦可制造软皂,可用作洗涤剂,钾矾(明矾)可用作净水剂。海水中钾的含量为500万亿吨,远远超过陆地钾石盐等矿物的储量。

因海水中含钾浓度低,仅为380毫克/升,用以生产钾肥的成本很高,长期以来,还只是利用生产食盐后的苦卤少量生产钾肥。

“重水”,是海水中蕴藏着的巨大能源。有人估算,如果把海水中含有的200万亿吨“重水”都提取出来,可供人类上百亿年的能源消费。

什么是“重水”

众所周知,水分子由氢和氧两种元素构成,普通氢原子量为1,但氢不只是一种,还有两种稳定性的同位素:一种叫氘,一种叫氚,它们的原子量都比普通氢大,所以又叫“重氢”。由重氢和氧构成的水叫“重水”。“重水”可作原子反应堆减速剂,也是制造氢弹的原料,还可用来发电。据计算,1千克氘燃料,至少可以抵得上4千克铀、1万吨优质煤。1970年,美国在哥拉斯湾建立了一个年产200吨“重水”的工厂,由于腐蚀严重而停产。

目前世界各国正在努力从事海水提取“重水”的研究工作。

海水“淘金”也是人们所渴求的。

每吨海水中含金量约为4×10——6克。

由于浓度太低,海水提金至今未取得成效。但黄金太有魅力了!人们处心积虑地研究海水提金的办法,目前关于海水提金的方法,已有50多篇专利文献。

在海水这个宝库里,人类除了提取食盐、铀、镁砂、溴之外,还提取其他微量元素。这些元素有的已形成工业规模生产,有的还在研究之中。

此外,人类还从海水里提取芒硝、石膏、硼、锶等元素。

大海的馈赠——“可燃冰”

当人类为“石油危机”——陆地石油、天然气等化石燃料在不久的将来(甚至有人预言六七十年后)

就会消耗殆尽而忧虑的时候,在北极圈内外、冻土地带和深海底先后发现了一种分布广、埋藏浅、储量巨大的新型能源矿种——天然气水合物(CH4·5.75H2O)。由于它外部形态像冰状结晶体并可燃烧,专业人员给它起了个“甲烷干冰”的雅称,而普通人士更形象通俗地叫高纯镁砂它“可燃冰”。

其实早在1810年,科学家就在实验室里发现了这种“甲烷冰”物质。直到20世纪30年代初,俄罗斯学者在西伯利亚输气管道中首次发现自然形成的天然气水合物。自此很长一段时间,这种化合物因其经常堵塞输气管道或使管线破裂,或因分解释放甲烷而引起地质灾害,一直被当做令人生厌的东西,科学家想方设法要把它清除掉。1960年,前苏联学者使用地震地球物理技术方法,首次在天寒地冻的西伯利亚永冻土层中发现了天然产出的天然气水合物。1969年,前苏联投入开发世界上迄今唯一的陆地天然气水合物气田——梅索亚哈气田。

20世纪70年代初,在美国阿拉斯加北部的Prudhoe湾油田西端钻井中采获第一个水合物样品。到了70年代中期,人们认识到这种化合物不仅存在于极区的永冻层中,而且还分布于外部陆架边缘深水沉积物的上部。70年代末,以美国为首的“深海钻探计划”(DSDP)

在中美洲海槽进行调查期间,首次从该海域钻探的20个海底钻孔中发现9个钻孔的岩心样品中含有天然气水合物,科学家对这种甲烷水合物研究的兴趣倍增。因此,参加DSDP的各国专家拉开了大规模综合研究天然气水合物的序幕。

2000年,加拿大温哥华岛的渔民从海底挖出了1吨重的冰状天然气水合物。因为不知它为何物,渔民们很快把那咝咝作响的大块固体白色物倾倒回海洋。

我国南海北部陆坡区的天然气水合物资源,经初步探测和估算,其资源量达185亿吨油当量,相当于南海深水勘探已探明的油气储量的6倍。神狐海域钻获实物样品之后,尽快发现具有开采价值的可燃冰矿藏,已成为当前我国气体水合物勘探研究的首要目标。人们期望我国海域拥有足够量的新型能源为子孙后代造福。

燃烧的可燃冰

可燃冰

我国在钻获“可燃冰”方面有哪些成绩

值得一提的是,我国先后于2008年11月和2009年6月,在青海省祁连山南麓海拔4000米以上的天峻县木里镇永久冻土带多次成功钻获天然气水合物实物样品。至此,我国成为世界第一个在低纬度冻土区发现“可燃冰”的国家,是继前苏联、美国、加拿大之后第四个在陆域钻获“可燃冰”的国家。

这次钻获的“可燃冰”处于永久冻土层之下,埋深较浅,一般位于井深130~396米的不同层位,地层时代属于中侏罗统江仓组和木里组。与海域“可燃冰”相比,两者有所区别:海域“可燃冰”甲烷(CH4)纯度高,含量为99%左右,样品呈团块状或细纹状,在海面之下1000多米深,从海底往下200多米深的地层中,其气源矿主要来自海底天然气藏。陆域“可燃冰”甲烷含量达70%多,纯度不一,样品呈薄层状赋存于泥质粉砂岩、细砂岩、泥岩的裂隙面上,主要成分为甲烷,还含有乙烷、丙烷等,气源成因与上覆或下伏的煤炭资源有关,是青藏高原长期演化过程的产物,应属于化石能源。

中国地质科学院矿产资源研究所实施钻探项目首席科学家祝有海研究员,先后三次将样品送青岛海洋地质研究所水合物低温实验室,使用世界最先进的激光拉曼光谱仪进行检测。此外,18位院士专家对样品进行了评审,再次确认其为天然气水合物。这是继南海北部钻获天然气水合物之后的又一重大突破,对寻找新型能源具有重大意义。