Извлечение металлов из морской воды

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(НИУ «БелГУ»)

 

 

 

 

ФАКУЛЬТЕТ БИЗНЕСА  И СЕРВИСА

 

 

КАФЕДРА ЭКОНОМИКИ  И УПРАВЛЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ (В ГОРОДСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ)

 

 

 

 

Извлечение  металлов из морской воды

 

Реферат

 

студентки дневного отделения 1 курса группы 00000

 

 

 

 

Научный руководитель

доц. jkgk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БЕЛГОРОД 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Введение            3

2. Морская вода как металлургическое сырье      3

3. Методы извлечения          4

4. Экстрация брома из морской воды       5

5. Добыча магния из морской воды        6

6. Методы извлечения  из морской воды редких металов    6

7. Золото из морской воды         6

8. Извлечение урана          7

9 Заключение           8

10. Список литератуы          9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Специалисты утверждают, что в последние десятилетия  объемы добычи и переработки полезных ископаемых стали сопоставимы с  их запасами в земной коре. Особенно пессимистичны прогнозы геологов в отношении таких металлов, как серебро, олово, кобальт, медь, ртуть.

Как преодолеть создавшуюся  кризисную ситуацию? Понятно, что  необходимо экономить цветные и  редкие металлы и по мере возможности заменять их другими, желательно синтетическими материалами. Но это удается далеко не всегда. Еще один путь борьбы с сырьевым кризисом - сбор вторичного сырья, который в нашей стране приобрел уродливые формы, что косвенно свидетельствует об интенсивности кризиса. Но поскольку 100%-ный возврат металлов в оборот в принципе невозможен, использование вторсырья может только несколько отодвинуть сроки израсходования дефицитных металлов. Все это заставляет искать новые пути решения.

Океан является огромной кладовой химических веществ. Каждый килограмм морской воды содержит 35 г. растворенных минеральных веществ. Тем не менее, океан еще мало используется как источник сырьевых материалов, поскольку стоимость извлечения необходимых веществ из воды слишком высока. Лишь три вещества получают из морской воды в промышленно широких масштабах: хлорид натрия, бром и магний.

Основная цель нашей работы заключается в описании известных методов добычи металлов из морской воды.

Несомненная актуальность данной проблемы в нашей стране обусловлена тем, что уже сейчас Россия испытывает острую нехватку по целому ряду цветных, редких, редкоземельных и других металлов (уран, вольфрам, ниобий, кобальт и др.). В тоже время, в недрах мирового океана, к которому Россия имеет широкий выход, сосредоточены огромные запасы ценных металлов.

Морская вода как металлургическое сырье.. В среднем солёность Мирового океана составляет около 34,72%,с колебаниями от 34% до 36%.Это значит ,что в каждом литре морской воды растворено 35 граммов солей. Как уже отмечалось ранее, динамичный рост народного хозяйства приводит к ускоренному потреблению всех видов ресурсов (материальных, энергетических, финансовых и др.). Морская вода как металлургическое сырье имеет много достоинств. Приблизительное постоянство состава морской воды обусловливает возможность применения одной и той же технологии извлечения из нее ценных компонентов в различных районах Мирового океана. Благодаря огромной протяженности береговой линии "морские" месторождения широко доступны. Наконец, морское сырье уже подготовлено для гидрометаллургической переработки - сложной и экологически опасной операции вскрытия руды не требуется.

Морская вода как сырье  имеет и весьма серьезные недостатки. Так, чрезвычайно богатый состав определяет большую сложность технологии выделения отдельных веществ из морской воды. Очень низкая концентрация микроэлементов влечет за собой необходимость переработки колоссальных объемов воды. Микроорганизмы, живущие в воде, вызывают биологическую коррозию применяемых материалов, а взвешенные в воде твердые частицы постепенно засоряют коммуникации.

Методы извлечения. Для концентрирования микрокомпонентов из морской воды можно применять разнообразные методы: химическое и электрохимическое осаждение, экстракцию растворителями, флотацию, сорбцию, мембранное и биологическое концентрирование и т.д. Однако на практике при работе с большими объемами воды приходится сразу же отказаться от всех тех методов, которые влекут за собой использование растворов каких-либо реагентов из-за потребности в их гигантских количествах.

Концентрирование микроэлементов с помощью водорослей, моллюсков, планктона или других гидробионтов тоже медленный процесс. Тем не менее  если будет обнаружен в природе  либо выведен методами селекции или  генной инженерии организм, способный избирательно обогащаться микроэлементами, то его культивирование (марикультура) может стать эффективным способом добычи сырья. Исследования в этом направлении интенсивно развиваются.

Однако главным направлением в области концентрирования микроэлементов из морской воды является сорбция. Это обусловлено простотой технологии - контактированием легко разделяющихся фаз воды и твердого нерастворимого сорбента, наличием широкого круга минеральных и органических сорбентов, их регулируемой селективностью по отношению к различным элементам. Существенно и то, что в гидрометаллургии и водоподготовке накоплен большой опыт использования крупномасштабных сорбционных процессов.

Экстракция брома из морской воды. Бром можно рассматривать как почти морской элемент, поскольку в океане находится 99% всего содержания брома в земной коре. В ходе широких поисков дополнительных источников брома "Этил корпорейшн" разработала процесс прямого осаждения брома непосредственно из морской воды, которая не подвергалась предварительному концентрированию. Согласно этой схеме бром осаждается в виде нерастворимого соединения - триброманилина - при обработке морской воды анилином и хлором. Во избежание гидролиза хлора морская вода предварительно подкисляется серной кислотой. Позднее этот процесс расширили до масштабов промышленного производства. Установка была смонтирована на судне, которое затем было переоборудовано в завод по извлечению брома. Работая 25 дней в месяц, такой плавучий завод производит около 75 тыс. фунтов брома. В настоящий момент считают, что с технической точки зрения процесс извлечения брома на борту плавучего завода решен успешно, однако работа в открытом море с весьма коррозионно-активными реагентами гораздо сложнее, чем на суше. И хотя эффективность извлечения брома превышает 90%, в настоящее время в США почти исключительно применяется процесс прямой экстракции брома из морской воды с использованием сернистого ангидрида.

Добыча магния из морской воды. Магний является самым легким из применяющихся в строительстве металлов. Наиболее широкое применение этот металл, находит в строительстве транспортных средств. Магний-второй по содержанию металлический элемент в морской воде. В морской воде содержится примерно 0,13% магния. И несмотря на то что такая концентрация составляет всего лишь 1/300 того количества, которое содержится в магниевой руде, добываемой на суше, для Соединенных Штатов главным источником этого металла является морская вода. В общей сложности из морской воды добывают около 200 тыс. тонн этого металла – почти половину мировой добычи. Впервые магний был получен из морской воды в Англии (Armstrong, Miall, 1946), однако первое крупное предприятие по извлечению магния из морской воды было сооружено близ Фрипорта в начале 1941 г. Самый большой завод для получения магния из морской воды в США принадлежит компании «Доу Кемикл» и находится в г. Фрипорте (штатт Техас).

Расплавленный металл отливают в слитки, которые  имеют чистоту 99,9%. 

Метод извлечения из морской воды редких металлов. Предполагается, что метод извлечения из морской воды таких редких металлов, как никель, уран, молибден, кобальт, радий, с помощью искусственного разведения на мелководье водорослей, способных концентрировать эти элементы, представит в будущем большой промышленный интерес.

Золото из морской  воды. На разработку методов извлечения золота из морской воды потрачено так много сил и средств, что в этом отношении с ним трудно сравнивать какой-либо другой элемент. В 1866 г. один из членов Французской Академии наук обнаружил присутствие ничтожных количеств золота в морской воде.

Методы экстракции золота из морской воды основаны на использовании  сульфидных частиц, которые обладают большим сродством к золоту. При  прохождении морской воды над этими частицами золото, как полагают, прилипает к поверхности сульфидов. Кроме того, в качестве материала для извлечения золота из морской воды предлагалась также ртуть.

Несмотря на множество  попыток экстрагировать золото из морской  воды, известен всего лишь один случай, когда были получены сколь-либо ощутимые количества этого металла. В связи с широко развернутыми работами на заводе по извлечению брома , в Северной Каролине "Этил дау кемикл компани" проводила исследование возможностей экстракции других металлов, включая золото. В результате переработки 15 т морской воды удалось извлечь 0,09 мг золота, стоимость которого составляет примерно 0,0001 долл. На сегодня это ничтожное количество составляет все то золото, которое было извлечено из морской воды (Terry, 1964).

Общее количество золота в водах Мирового океана оценивается  в 25-27 млн.т. Это чрезвычайно много. Человечеством за все время добыто около 150 тыс.т.

Извлечение  урана. Уран из морской воды по приемлемым ценам является окончательной гарантией доступности урана для любой страны с доступом к океану. Мировой океан содержит, по меньшей мере, четыре миллиарда тонн драгоценного металла. Но в течение последних четырёх десятилетий эта цель — добыча урана из морской воды — остаётся мечтой из-за технических трудностей и высокой стоимости.

 Из-за большого количества урана в морской воде (4 миллиардов тонн, что в 800 раз больше, чем в ресурсах на суше, извлекаемых по цене в 130$/кг или меньше) технология извлечения урана из морской воды активно разрабатывается. Основной проблемой является очень низкая концентрация урана - 3 части на миллиард. Согласно разработанной технологии, уран извлекают из морской воды с помощью специальной ткани, которая окрашена по традиционному японскому способу с помощью перебродившего сока хурмы. В нем содержится вещество танин, которое связывает содержащийся в воде уран. Концентрация урана в морской воде невелика и до недавнего времени все способы его выделения оттуда считались чрезмерно дорогими. Японские ученые утверждают, что их технология позволяет снизить расходы на 40%.

Тем не менее, несмотря на все преимущества разработанного метода, извлечение урана из руды по-прежнему остается самым дешевым способом его добычи, и потому исследовательская  группа Института электро индустрии намерена продолжить работу по удешевлению своей технологии, передает ИТАР-ТАСС. Завод по извлечению урана из морской воды должен был бы перерабатывать за год один кубический километр воды, извлекая 3,4 тонны металла. Это значит, что за минуту установки завода должны пропускать около двух миллионов литров воды. С 1986 года на берегу внутреннего Японского моря работает первый в мире завод по извлечению урана из морской воды. Сложная и дорогостоящая технология рассчитана на получение 10 кг металла в год. Для получения такого количества урана требуется профильтровать и подвергнуть ионной обработке более 13 млн.тонн морской воды.

Заключение.

Нами была рассмотрена  потенциальная возможность преодоления  дефицита редких металлов за счет извлечения их из морской воды.

Как уже было рассмотрено  выше, в океане имеются все известные на Земле минералы - в растворенном состоянии, во взвеси или в виде донных отложений. Минеральные запасы океана непрерывно растут, так как реки и водные потоки несут в моря тысячи тонн обломочного материала. Одним словом, запасы минеральных веществ увеличиваются в объеме большем, чем современный объем добычи полезных ископаемых. В морской воде в растворенном и коллоидном состояниях находятся почти все элементы Периодической таблицы. 

Но также необходимо помнить, что Мировой океан чрезвычайно важный, а для некоторых стран основной источник пищевых продуктов. Человечество пока сделало лишь первые шаги в освоении океана и его ресурсов, но уже ясно, что пренебрежение экологическими требованиями приводит к катастрофическим последствиям.

Список использованной литературы

1. Боровиков П.А., Бровко В.П. Человек живет под водой. – Ленинград: Судостроение, 1968. – 208 с.
2. (http://au.ucoz.net/publ/zoloto_iz_morskoj_vody/1-1-0-3)
3. Лисичкин Г.В. Сырьевой кризис и проблемы добычи металлов из морской воды // Соросовский образовательный журнал, 1998. – № 6. – С. 65-70.
4. Меро Дж. Минеральные богатства океана. – М.: Прогресс, 1969. – 440 с.
5. Харлампиди Х.Э. Проблема сырья в обстановке истощения природных ресурсов // Соросовский образовательный журнал, 1999. – №1. – С. 41-46