(二)海洋技術發展簡介
海洋科學技術是一門以綜合高效開發海洋資源為目的的高技術,包括深海石油、天然氣和錳等礦產開采技術已在應用,衛星預報海嘯的防災技術將在2007年實用,轉基因海洋動植物養殖將在2014年商業化,潮汐電站可能在2020年商用。目前發達海洋國家的海洋經濟總產值接近國內生產總值的10,而我國還不到,我國作為世界第9個海洋大國,有37萬平方千米領海、300萬平方千米可管轄海域,蘊藏著豐富的資源,亟待用高技術開發、利用和保護。
1.海底采礦技術
海底采礦技術是指人們開采海底表層礦床和海底岩床所使用的各種儀器、設備和方法。海底采礦經曆了由近岸、淺海向深海的發展過程。在本世紀60年代前,海底采礦的規模小、範圍窄、離岸近。60年代後海底采礦有了較大發展,在更大的範圍、更深的海域,並以更大的規模進行。
海洋中有陸地上所有各種礦產資源,其儲量十分巨大。根據礦物的形成類型來劃分,海底礦藏主要有兩種:一種是由古生物體形成的化石燃料,另一種是金屬礦藏。
(1)化石燃料化石燃料主要指石油、天然氣和煤。目前勘探開發的重點是海底石油,其次是天然氣。按海底采礦的產值而論,石油和天然氣占首位,達90%以上。海底石油與天然氣儲量占世界總儲量的1/3。現在全世界有100多個國家和地區在進行海洋石油和天然氣的勘探,其中有40多個國家正在進行海上采油采氣。預計到2000年,世界油氣需要量將有一半來自海洋。
隨著海洋石油和天然氣的開發,海洋工程如鑽井平台和水下施工技術也在迅速發展。海洋鑽井平台從生產至今不過百年的曆史,但變化相當大。從材料看,由木質變鋼質;從結構看,鑽井位置逐漸向深海推進,海上石油鑽探最深的探井,已能鑽到海底下6966米,鑽井平台也由固定式向移動式發展。目前,世界各國所用的移動式平台中,自動式約占70%,成為石油鑽井平台的主要類型。它能提供與陸地上一樣的鑽井條件,適應性強,工作效率高,而且造價低廉。最近,日本與加拿大合作,建造了世界上第一座用於開發北極海石油的移動式人工島石油鑽探裝置,它代表了今後海上鑽井平台的發展方向之一。
⑵海洋金屬礦海洋金屬礦根據礦藏的地理位置可分為海濱礦砂和海底金屬礦兩類。
海濱礦砂是海濱礦床由於河流、波浪、海流的作用使重礦物在海濱地帶聚集而成的。它是重要的建築材料,目前世界上9096的金剛石、75的錫礦均采自海濱砂礦。
目前開發最多、分布最廣的海底金屬礦藏主要是海底錳結核礦。錳結核是一種海底稀有礦源,是1873年英國海洋調查船首先在大西洋發現的。但世界上對錳結核的正式有計劃的調查始於1958年,現在發現錳結核廣泛地分布於世界各大洋水深3000—6000米的洋底表層。據統計其儲量達3萬億噸,是世界最大的金屬資源,而且錳結核是一種沉積礦物,它的儲量還在不斷增長,僅太平洋每年就可增長1000萬噸。按目前世界年消耗量估計,這些金屬可供使用幾千年乃至數萬年。
錳結核被稱為“21世紀的礦產”,因而從50年代開始,許多國家就先後對錳結核開采方式、冶煉方式進行研究。目前,對錳結核的開采方式一般認為有三種方法比較實用。這三種方法是:八.連續鏈鬥式采礦係統。空氣升舉式采礦係統。其中水力升舉式和空氣升舉式采礦係統被認為是最有商業采礦前途的方法。它們的集礦設備有采用射流吸入的,也有采用機械扒取的,而最先進的是帶螺旋槳自動控製的機械采礦設備。對於錳結核的冶煉方法,一般來說有兩大類。一類是低溫式冶煉‘358‘法。它是使用酸、氨或二氧化硫或較低氧化狀態的化合物,然後使其中的鎳、銅、鈷等離子被析出來。第二類是高溫幹式冶煉法。它是將粉碎的錳結核經過高溫熔融、氧化處理、分離和還原等步驟而獲取其中的有用金屬。
1.海水資源開發技術
地球表麵的2/3都被海水覆蓋著,而海水本身又是一個巨大的資源庫,不僅有取之不盡的淡水資源,而且約13.4億立方千米的海水中,溶解著5X1016的化學物質。海水資源的開發技術包括兩大部分:
八從海水中提取化學物質的技術。凡海水的淡化技術。
(1)海水中化學物質的提取目前,在海水中發現了80多種化學元素,幾乎包括了陸地上存在的所有化學元素。據估計海水中有600萬噸黃金,5000萬噸白銀,5億噸鈾。在海水化學資源開發方麵見著成效的主要有傳統的海水提鹽,高效快速的海水提鎂,競相研究的海水提鈾。
從海水中提鎂的規模越來越大,方法也越來越多。最普遍的方法是:海水中加入石灰乳,與海水中的氧化鎂生成氫氧化鎂,再用鹽酸製取氯化鎂,通過電解,獲得氯與鎂這兩種極重要的工業原料。現在美、英、日的鎂產量一半是從海裏提取的,8096的溴也是從海裏提取的。
從海裏提取的重水、鈾這類核工業原料,目前已有相當規模,各發達國家均在競相研究,積極實驗。美國建成了年產200噸重水的工廠,日本則在四國島仁尾市海麵研究特種纖維吸附法從海水中提取鈾,獲得重大經濟效益。這些纖維是用各種化學活性物質混紡而成的,一克纖維浸入海中,每天可吸附0.4克鈾,每提取1公斤鈾,隻需600美元,隻相當於歐美國家費用的1/20。
海水淡化技術海水盡管數量巨大,但由於溶有大量鹽分,人們不能直接飲用。海水淡化就是用各種方法將海水脫去鹽分,變為供人類生活及工農業生產使用的淡水。
目前,海水淡化顯得愈來愈重要了。地球陸地麵積的60%已麵臨淡水不足,世界上有100多個國家缺水。我國淡水資源雖然比較豐富,但因人口眾多,按人口平均淡水量,僅相當於世界平均水平的1/4。而要解決嚴重缺水的主要途徑就是淡化海水。
八.海水淡化的曆史發展。海水淡化的曆史,可以追溯到很久以前,早在1593年,人們就已經提出用蒸餾法生產淡水解決遠航船隻的用水問題。1606年,西班牙的大帆船上裝上了淡化器。1884年,英國也製成船用海水淡化器淡化海水供遠航員飲用。第二次世界大戰期間,蒸汽壓縮蒸傭問世。然而,海水淡化技術發展最快的還是最近幾十年。自本世紀50年代開始,相繼出現了電滲析法淡化裝置、閃急蒸餾淡化裝置和反滲透淡化裝置技術,海水淡化迅速發展為一門應用科學,成為海洋開發的重要組成部分,受到世界各國的普遍重視。
隨著淡化技術的發展,淡化裝置和淡水的產量不斷增加。據不完全統計,1975年時,世界日產淡水100噸以上的淡水裝置約有1036個,淡化水產量每天約為198噸;目前淡水裝置數已超過6000個,淡化水日產量一千多萬噸。淡化工廠的規模有的達日產水幾十萬噸。
海水淡化的方法及原理目前,海水淡化的方法已有20多種,最常用的主要有蒸餾法、電滲析法、反滲透法和冷凍法等。其中前三種方法已投入工業規模生產。
蒸餾法是研究曆史最長,技術工藝較完善的一種海水淡化技術。它是將海水加熱汽化,再使蒸汽冷凝而得到淡水。這就是蒸餾法的基本原理。
蒸餾法淡化裝置的種類,主要有多效蒸發、蒸汽壓縮蒸溜、多級閃急蒸餾和太陽能蒸餾幾種。其中,多效蒸餾主要有浸沒管式、豎管降膜式和橫管薄膜式三種形式;多級閃蒸主要有橫管式、長管式和豎管式三種形式。
電滲析法是膜法分離技術之一。它是利用對水中離子有選擇地透過性的離子交換膜,在外加直流電場的作用下,使陰陽離子定向遷移,並有選擇地通過帶有不同電荷的離子交換膜,從而達到淡化海水的目的。