海水的七十二變
曬鹽剩下的苦鹵裏含有很多物質。它本身可以用來點豆腐,有使豆漿裏的蛋白質凝固的作用。鹵水是有毒的,歌劇《白毛女》裏的佃戶楊白勞就是服鹵水自盡的。用苦鹵提取除氯化鈉以外的其他化學產品,比直接用海水提取好得多。苦鹵的濃度大,而且把海水中主要的溶質氯化鈉去掉了。海水中除氯、鈉外,鎂、硫、鈣、鉀也是主要元素,溴、碳、鍶、硼、矽、氟是微量元素,而氮、鋰、銣、磷、碘、鐵、鋅、鉬等則是含量更低的痕量元素。一些元素隻存在海水中,陸地上幾乎沒有,隻能想法從海水中提取;而另一些元素在陸地上更好開采,就不用從海水中收集了。
一些元素隻存在海水中,陸地上幾乎沒有溴基本上都蘊藏在海水裏,它本身也是液態的,陸地上的溴還不足世界總量的1%。溴是很有用的元素,可以作為消防用的阻燃劑。溴化物放到汽油裏可以抗爆,汽車用的無鉛汽油就是這麼做出來的,能使汽車的耗油量降低30%。溴還是製造染料、精煉石油以及製造感光材料不可缺少的原料。在有機合成工業中,溴是優良的中間體。常用的紅藥水、安眠鎮靜劑都是用溴為主要原料製成的。溴還能用來做農藥,殺滅害蟲。
因為溴是海生元素,所以隻能從海水或鹵水中提取。製溴的方法是空氣吹出法和蒸汽蒸餾法。空氣吹出法的步驟是酸化、氧化、吹出、吸收和蒸餾。吸收是很關鍵的步驟,需要找出一種專門的物質,既能從混合物中把需要的溴吸收,又能很容易地把溴解脫出來。以前都是用二氧化硫或堿當吸收劑,後來開發出一種液——固分配型吸收劑,它富集溴的本領很大,而且把溴解吸出來以後,吸收劑還能反複使用。海水提溴的技術已經產業化了。
海水的苦味就是硫酸鎂的味道鎂是一種重量輕、強度大的金屬,是重要的金屬結構材料,鎂的鋁合金大量用在飛機、導彈和航天器上。鎂的氧化物氧化鎂是耐高溫的耐火材料,煉鋼和其他冶金工業用的爐子上都少不了它。鎂是組成葉綠素的主要元素,它能促進作物對磷的吸收,所以在化肥中也不可少,常用的有鈣、鎂、磷肥。海水中氧化鎂和硫酸鎂的含量僅次於氯化鈉,海水的苦味就是硫酸鎂的味道。
從海水中製取鎂的工序並不複雜,把石灰乳加入海水中,沉澱出氫氧化鎂,注入鹽酸,就得到氧化鎂。把氧化鎂還原可以得到金屬鎂。電解海水也能得到金屬鎂。苦鹵自然冷凍能結晶出硫酸鎂。氫氧化鎂也是一種阻燃劑。硫酸鎂是化工原料,還是瀉藥。
國外海水提鎂產業已有相當大的規模。我國陸地上的鎂礦比較多,還未大規模地從海水中提取鎂。
鉀是植物生命的延續及生長發育所必需的重要元素,它能促進光合作用,又能增加農作物的抵抗力,使基稈挺直,抗旱、抗寒和抗病蟲害的能力提高。鉀化合物是重要的基本工業原料。
陸地上的鉀鹽蘊藏在古海洋幹涸後遺留下來的鹽湖或古海底的岩石裏。世界上的鉀鹽資源是豐富的,但是分布不均勻,大部分集中在俄羅斯和加拿大,我國隻有青海的察爾汗鹽湖中才有。海水中鉀的含量雖然相當高,可是由於與鈾、鎂和鈣等含量更高的離子共存,所以從海水中提取鉀並不那麼容易。關鍵也是在於尋找有效的吸附劑,還得易於解吸才行,現在找到一種叫做冠醚的複雜的有機物可以作為吸附劑。我國試用沸石作為吸附劑也很有效。從苦鹵中可以用不同溫度下各種鹽類溶解度的差異使鉀鹽與其他鹽分離。盡管有這些方法,可是因為成本太高,都沒有實用價值。由於我國陸地上出產的鉀鹽不夠用,而鉀又是重要的化肥,所以將來還得開發成本較低的從海水或鹵水中提取鉀的工藝,找出更理想的吸附劑。
提取碘的方法是別具一格的。海帶等褐藻類植物有驚人的富集碘的本領,幹海帶中含碘0.3%~0.5%,甚至高達1%,比海水中碘的濃度高出幾十萬倍。利用海帶將碘富集之後,再用離子交換樹脂吸附,可以得到碘。碘除了用作醫藥製劑之外,還是火箭燃料的添加劑,精製高純度半導體材料時要用到它,在照相、橡膠和染料等工業中也不能缺少,切削鈦等超硬質合金時,必須用碘的有機化合物作潤滑劑。
每升海水中雖然隻有0.033毫克的鈾,可是海水中總的鈾儲量卻相當於陸地的4,500倍,海洋將來可能變成核燃料的倉庫。海水提鈾的辦法也是吸附法,試用過的吸附劑既有無機物,也有合成的有機物。由於海水中鈾的含量很低,必須使非常大量的海水與吸附劑接觸,吸附劑才能起作用。用泵抽取海水是不夠的,而且耗電太多,隻能利用波浪、潮汐和海流等自然力不斷輸送新鮮海水。人們在海洋中找到一種能富集鈾的單細胞綠藻,它體內的含鈾量比海水高5萬倍。就像用海帶富集和提取海水中的碘一樣,也可以用這種單細胞綠藻富集和提取海水中的鈾。