Содержание золота в морской воде. Биологи получили вещество, выделяющее золото из морской воды. Попутное извлечение золота из морских россыпей

Волшебное слово, исполняющее мечты, существует не только в сказках. Звучит оно просто – золото. По своей сути это обычный металл желтого цвета, благодаря чему он и получил свое название. Вопрос, как добыть золото, интересовал людей еще 7 тысячелетий назад, в далекую эпоху неолита. Именно тогда оно начало завоевывать невероятную популярность благодаря своему цвету, ассоциировавшемуся с солнцем и властью, данной богами. Ныне с небожителями его мало кто связывает, а вот как символ власти и богатства золото не только не утратило своего значения, но и стало эталоном экономической, а вместе с ней и политической независимости всех стран.

Золото в природе

Важно знать не только, как добыть золото, но и откуда оно на нашей планете взялось. Ответ на этот вопрос помогает понять, где искать этот вожделенный металл. Ученые предполагают, что золото образуется при взрыве нейтронных звезд, когда в космос выбрасываются тонны пыли, содержащей, наряду с другими металлами, и золото. Впоследствии пыль концентрируется, образуя звездные системы и планеты. Так было и с нашей Землей. Сейчас основная масса золота находится в ее расплавленном нутре и «по каплям» выбрасывается на поверхность с лавой. Именно поэтому золотоносные жилы, где можно добыть золото сравнительно легко, в основном расположены в местах постмагматических и гидротермальных процессов. Другие магматические породы, как более легкие, со временем вымываются, а золото остается в россыпях. То же происходит и с золотом, приносимым на Землю метеоритами. Находиться оно может в чистом виде (золотые самородки), либо в некоторых минералах, например в сульфидах, арсенидах и еще в 15 других.

Свойства золота

Прежде чем рассказать, как добыть золото и из чего, познакомимся с его свойствами. Эти знания помогут при извлечении не потерять ни одного миллиграмма драгоценного металла. Итак, какие же у золота свойства?

1. Оно очень плотное и тяжелое. Золотой шарик диаметром всего 5 см весит целый килограмм! Это свойство используется в основном способе его добычи – промывке.
2. Оно очень пластичное, мягкое, и, как следствие, ковкое. Из золота можно делать нити толщиной с человеческий волос и полупрозрачные пластинки тоньше бумаги. Это дает возможность использовать его даже в сим-картах!
3. Оно может плавиться и кипеть, правда, температуры при этом должны быть довольно значительные. Важно: в расплавленном виде, даже не дождавшись кипения, золото умеет быстро испаряться.
4. Оно необыкновенно инертно, то есть практически не растворяется в кислотах (только в царской водке и еще в нескольких растворителях).

Все эти свойства золота используются в методах его добычи и в природе, и дома.

Где добывают золото

В мире есть несколько стран, которым природа подарила золотые месторождения. Это Китай (лидер золотодобычи), Австралия, Россия, Канада, Соединенные Штаты, ЮАР, когда-то бывший советским Узбекистан, Перу, Бразилия, Мексика, Чили, Индонезия, Гана и Новая Гвинея. Добыча золота в других странах тоже ведется, но в слишком малых количествах. Наша страна занимает третью позицию после Австралии и Китая. Российских граждан, без сомнения, интересует, где добывают золото в России. Этим бизнесом у нас занимаются 37 компаний. Лидирует среди них «Полюс Золото». Почти 95% всего объема золота находится на Дальнем Востоке, в Амурской, Красноярской, Магаданской, Иркутской областях, на Чукотке, в Хабаровском крае, в Якутии (Саха), Бурятии, Забайкалье, в Челябинской и Свердловской областях. При этом максимум добычи осуществляется в Красноярском крае, а максимальная динамика ее увеличения наблюдается в Свердловской и Магаданской областях и на Чукотке. А вот в Забайкалье золота добывают все меньше. Среди приисков и месторождений можно назвать Купол, Кючюсский, Майский, Каральвеемский, Воронцовский, Эльдорадо, Чертово корыто, Сухой Лог и другие.

Амальгамация

Это один из старейших и самых вредных для здоровья методов добычи золота, официально запрещенный в России, но применяемый в других странах и нашими золотодобытчиками-кустарями. Заключается он в использовании ртути. Как добыть золото амальгамацией? Для этого в пластмассовый либо стеклянный лоток, содержащий песок и очень мелкие фракции золота, добавляется ртуть. Она не растворит вожделенный металл, но втянет его в свои шарики. Чтобы помочь процессу, нужно поворачивать лоток, давая ртути прокатиться по всей поверхности песка. Ртутные шарики с золотом называются амальгамой. Ее собирают, отделяют от песка и подвергают либо обработке соляной кислотой, в которой ртуть растворится, а золото - нет, либо выпариванием ртути на огне. Делать это можно в простой сковородке. В кислоте освободившееся от ртути золото хлопьями оседает на дно, после чего его хорошенько промывают. Если нет желания терять ртуть, нужно в кислоту опустить кусок фольги. Этот нехитрый прием позволяет ртути выпасть в осадок. Можно извлекать золото из амальгамы и простым ее фильтрованием через замшу или брезент, но при этом всегда велики потери дорогого металла.

Промывка

Это самый древний и экологически чистый метод, основанный на высокой плотности золота. Используется промывка и при промышленной добыче, и при индивидуальной, на россыпных месторождениях. Она состоит в промывании пород водой. При этом все легкие частички удаляются, а тяжелые, включая и золото, остаются на дне лотка. Недостаток метода заключается в том, что с водой вымываются слишком мелкие частички золота, существенно снижая его добычу. Некоторых интересует, можно ли добывать золото частным лицам. Да, можно. В России принят закон, разрешающий старателям работать на мелких месторождениях и отработанных золотоносных жилах. Для этого нужно купить лицензию, которая действительна 5 лет.

Цианирование

Этот наименее трудозатратный метод основан на растворении золота в синильной кислоте. Как добыть золото цианированием? Нужно измельчить породу, в которой имеется благородный металл, насыпать ее в водонепроницаемый лоток, залить синильной кислотой, в частности цианидом натрия. Он начнет просачиваться сквозь породу, растворяя при этом золото. Получившийся раствор сливают в отдельную тару. Золото, в нем содержащееся, осаждают, например цинковой пылью, а синильную кислоту снова возвращают в процесс.

Флотация

Этот способ нельзя назвать чистой добычей золота, но он значительно обогащает породы и облегчает дальнейший процесс. «Флот», «флоттер» в переводе – это то, что держится на плаву. Оказывается, есть породы, которые хорошо промокают и оседают на дно, а есть такие, которые не промачиваются, а лишь обволакиваются частичками жидкости, как пузырьками воздуха, и благодаря этому «плавают» на поверхности. Это и есть флотация. С помощью нее добывают золото из сульфидных, золото-пиритных, золото-медных и некоторых других минералов. Руду дробят, заливают водой и маслом (например, сосновым), перемешивают. Золотые частицы при этом всплывают на поверхность. В промышленности вместо масла могут использовать воздух, пропускаемый через смесь воды и раздробленной руды, и некоторые другие реактивы. Дальнейшую очистку золота проводят чаще всего цианированием.

Как добыть золото в домашних условиях

Методы промышленной добычи золота, конечно, интересные, но для большинства граждан мало практичные. Поехать куда-то в Сибирь, на заброшенные рудники, тоже не каждый может себе позволить. Да это и не надо, потому что старателем можно стать, не покидая стен собственной квартиры. Как добыть золото в домашних условиях? Методов существует несколько. Самый легкий и популярный еще со времен Союза – это извлечение благородного металла из часов и других изделий желтого цвета. Оказывается, раньше, используя инертность золота, то есть его антикоррозийность, им покрывали очень многие металлические предметы. Конечно, процент золота в них мал, но и в породах он невелик.

Так, руда, содержащая всего 5-10 граммов золота на тонну, считается богатой. Что нужно делать с часами? Сперва собрать их как можно больше. Далее взять инертную тару (из стекла, пластмассы), сложить туда часы, залить их азотной кислотой и подождать, пока она растворит все, кроме золота. Получившийся раствор нужно профильтровать через несколько слоев марли, а осевшее на ней золото поместить в водку и дать сутки постоять. Получится коричневатый осадок. Далее все это тщательно промыть водой, снова профильтровать и поставить плавиться. Для эффективности этого последнего этапа в плавящееся золото добавляют соду. Нужно помнить, что желанный металл способен испаряться, но при плавлении из него уходят лишние примеси, а сам он превращается в маленький слиток.

Золото из радиодеталей

В платах и радиодеталях используют золото благодаря его инертности и низкой электропроводности. Как добыть золото из радиодеталей и микросхем? Для этого подходит царская водка (смесь кислот азотной и соляной), которую готовят непосредственно перед процессом. Эта адская смесь растворяет золото при комнатной температуре. Есть даже исторический пример растворения золотых медалей в царской водке, чтобы спрятать их от фашистов. В процессе получается хлораурат иона, в который добавляют сернистокислый натрий. Золото должно выпасть в осадок. Его фильтруют, промывают и переплавляют в слиток.

Перед началом процесса растворения нужно отсортировать золотосодержащие детали от прочих. Далее следует постараться максимально убрать из «правильных» радиодеталей все лишнее. Особое внимание нужно обратить на металлические части, например шляпки, ножки. По возможности их нужно собрать магнитом. Платы можно помещать в смесь соляной кислоты и перекиси водорода в пропорции 2:1.

Золото из воды

Невероятно, но факт: золото содержится в любой воде, из которой теоретически его также можно извлекать. В какой же концентрации оно там содержится? Оказывается, примерно 5 кг на км квадратный, причем в морской воде его в несколько раз больше, чем в водопроводной. Также сравнительно много золота в талой воде, текущей с гор, и в ильном осадке, особенно минерализированном. Предполагается, что в тонне ила Красного моря - примерно 5 г золота. Основной способ его извлечения такой: добавить к воде негашеную известь, отфильтровать выпавший осадок, воду слить обратно в море или реку, а осадок подвергнуть дальнейшей обработке, например цианированием.

Виртуальное золото

Для всех азартных людей, кому важен сам процесс золотодобычи, компьютерщики придумали игру "Майнкрафт", цель которой – пройдя десятки испытаний, стать успешным старателем. Как добыть золото в "Майнкрафте"? Нужно пройти несколько уровней, «поработать» шахтером, добытую руду превратить в слитки, а уже потом использовать ее для изготовления, например, боевых доспехов. Можно также поискать желанный металл в старинных замках и подземельях, «поспрашивать» у людей, встречающихся на трудных дорогах прохождения уровней. Настоящим золотоискателям это кажется пустой забавой, но игра "Майнкрафт" покорила все континенты, кроме Антарктиды, и принесла ее разработчикам столько денег, что любой старатель позавидует.

Несмотря на то,что в морской воде золото содержится в микроскопических количествах (4мг/тонна) добывать его в скоро времени будет выгодно. В самом деле,если мы посмотрим как растет количество отходов человечества, то станет очевидно, что полная их переработка в готовые изделия затруднена. В тоже время использование использование продуктов утилизации отходов для извлечения извлечения золота и других металлов представляется выгодным.

Американский исследователь Генри Балл более 30 лет назад установил, что в морской воде золото содержится в виде иодида. Иодид золота (AuI) твердое вещество лимонно-желтого цвета с плотностью равна 8,25 г/см3. Разлагается на элементы при нагревании до 177°С или под действием воды. Восстанавливается диоксидом серы или монооксидом углерода до золота. Присоединяет аммиак. Получают непосредственно из элементов при 100°С, восстановлением Au2Cl6 или H раствором КI, действием иодоводородной кислоты на оксид золота (III).

В результате исследований, Балл предложил извлекать золото из морской воды с помощью негашеной извести. По его расчетам, на 4,5 тыс.тонн воды требуется всего 1 тонна извести.Принцип действия установки Балла был прост.Во время прилива морская вода поступает в бассейн,где смешивается с известковым молоком.Через определенный промежуток времени, уже будучи "отработанной", через сливную трубу она сбрасывается обратно в море.Остающийся осадок на дне осадок перекачивается в отстойник, откуда транспортируется к месту переработки для извлечения золота.

Кировский инженер Русских В.И. предложил еще более дешевый и безотходный способ извлечения золота. Для извлечения золота он предлагает использовать вместо негашеной извести золу тепловых электростанций. Зола-уноса тепловых электростанций содержит не менее 10% негашеной извести, поэтому для обработки 4,5 тысяч тонн морской воды потребует примерно 10 тонн золы.В настоящее время отвалы золы от тепловых электростанций составляют более 10 млрд.тонн. Зола-уноса используется очень плохо.

Для реализации этого способа требуются многомиллионные вложения в строительство бетонной плотины, а также укладки труб для отвода обработанной воды в море.
Простой расчет показывает, что использование данного метода в тысячу раз менее затратно, чем другие способы извлечения золота из воды. Кроме того, уже в настоящее время этот способ легко окупит себя в течение года. Даже при условии, 20% извлечения золота из морской воды. В случае попутного извлечения из морской воды редких,благородных и рассеянных металлов, время окупаемости сократится в несколько раз.

Наиболее сложным в этом способе, это выбор места строительства затопляемого бассейна.
Идеальное место должно быть расположено недалеко от водных течений, с регулярными приливами и отливами, берег должен быть из твердых пород (например,гранита, известняка и т.п.), вдалеке от населенных пунктов, рядом с железнодорожными путями.

Выполнение этих требований позволит снизить стоимость сооружения бассейна.

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.

Российские ученые нашли способ извлекать золото из воды с помощью специального сорбента. Он наносится на пластины из пластика и помещается в поток воды. Все золото из потока адсорбируется на пластинах. Сорбент периодически счищается с пластин и плавится в электрических печах. Золото после плавки получается в виде слитков.

Учитывая огромные запасы золота в морях и океанах, рудничных водах и в водах многих рек, а также простоту и дешевизну технологии, вероятно, скоро появится возможность добывать золото в неограниченных количествах.

Изобретение ученых строго засекречено и формула сорбента неизвестна, однако утечка информации уже сейчас привела к заметному снижению биржевой цены золота. Всего 4 месяца назад (в начале ноября 2011 года) она уже почти достигла 2000 долларов за унцию, а сейчас уже упала до 1660 $/oz.

Если ведущие производители золота в ближайшее время не выкупят патент, то уже в 2014 году на его основе будут разработаны принципиально новые установки для извлечения золота из воды как промышленные, так и для индивидуального использования.

Портативные индивидуальные устройства для извлечения золота из воды iGold’ы могут поступить в продажу уже в конце следующего года. Ожидаемая стоимость iGold’a - 68 000 руб. На приобретение iGold’a принимаются предварительные заявки.

Несмотря на то что ныне известно не менее 60 растворенных в морской воде элементов, в промышленных масштабах извлекается всего лишь четыре. Это натрий, хлор (обычная поваренная соль), магний и некоторые его соединения, а также бром. В качестве побочных отходов в процессе получения поваренной соли или при извлечении магния добывают некоторые соединения кальция и калия. Обычно эти продукты получают либо в результате экстракции из морской воды, либо при переработке водорослей, концентрирующих кальций и калий. Следует, однако, отметить, что промышленное извлечение перечисленных элементов непосредственно из морской воды все еще не освоено. Предпринимались многочисленные попытки экстрагировать другие минеральные соединения из морской воды, однако промышленная добыча оказалась безуспешной. Запатентовано также немало способов извлечения из морской воды поваренной соли, магния и его соединений, брома, йода, калия, сульфата кальция, золота и серебра (Baudin, 1916; Cernik, 1926; Niccali, 1925; S. О. Petterson, 1928; Vienne, 1949).

Извлечение поваренной соли

Систематическое получение соли из морской воды было начато в Китае намного раньше 2200 г. до н. э. Веками многие народы были зависимы от моря как источника соли (Armstrong, Miall,1946). И сейчас соль, добываемая из морской воды простым выпариванием солнечными лучами, занимает значительную долю в общем балансе потребления соли такими странами, как Китай, Индия, Япония, Турция и Филиппины. Ежегодно во всем мире производится около 6 млн. т соли. Как правило, для производства соли выпариванием из морской воды необходим жаркий климат с сухими ветрами. Однако помимо близости моря и жаркого климата требуется соблюдение еще ряда условий: слабая водопроницаемость грунта испарительных бассейнов, наличие обширных низменных площадей, лежащих ниже уровня моря или затопляемых морскими приливами, малое количество осадков в течение месяцев активного испарения, отсутствие разбавляющего влияния речных пресных вод и, наконец, в связи с низкой стоимостью добычи соли - наличие дешевых транспортных средств либо близость рынков сбыта.

Около 5% всей соли, потребляемой Соединенными Штатами, производится испарением, преимущественно в районе залива Сан-Франциско, где этот промысел был начат еще в 1852 г. На рис. 5 показаны искусственные испарительные бассейны близ южной конечности залива Сан-Франциско. Здесь с общей площади около 80 кв. миль "Лесли салт компани" ежегодно добывает примерно 1,2 млн. т соли. Аналогичные соляные промыслы находятся также в верховьях заливов Ньюпорт и Сан-Диего в Южной Калифорнии; их годовая производительность составляет 100 тыс. т (Emery, 1960). Пуск морской воды в испарительные бассейны близ залива Сан-Франциско осуществляется в период полной воды через шлюзные ворота в дамбе, ограждающей бассейн от моря. Морская вода выдерживается здесь до тех пор, пока значительная ее часть не испарится и не наступит садка заключенных в ней солей.

Рис. 6. Механические скреперы используются для снятия верхнего слоя закристаллизовавшейся соли. К моменту "уборки соляного урожая" мощность слоя соли обычно достигает 4-6 дюймов.

Сульфат кальция кристаллизуется из раствора одним из первых. После осаждения на дно солей сульфата кальция оставшаяся рапа осторожно переводится в садочный бассейн, где вследствие испарения происходит дальнейшее сгущение раствора до начала осаждения хлорида натрия. Выпаривание рапы продолжается до момента достижения ею удельного веса около 1,28, то есть до начала садки солей магния. На этом этапе соляной раствор носит название горького маточного рассола. Рассол извлекают из садочного бассейна и переправляют на другие предприятия, где из него получают различные соединения магния, бром и другие соли. После удаления рассола в садочный бассейн вновь заливают свежую рапу и весь цикл получения хлорида натрия повторяется. К 1 августа на дне таких бассейнов накапливается слой хлорида натрия толщиной 4-6 дюймов. Выборка соли производится при помощи механических скреперов и погрузчиков (рис. 6); затем соль отмывается от различных примесей морской водой и складируется в виде больших конусообразных насыпей (рис. 7). Соль, идущая для промышленного использования, в большинстве случаев не подвергается дальнейшей очистке. Однако ее дополнительно очищают, если она предназначается для пищевого потребления населением. Содержание NaCl в рафинированном продукте превышает 99,9%. Стоимость соли, полученной путем свободного испарения морской воды под воздействием солнца, колеблется в США от 10 долл. за 1 т сырого продукта близ места добычи до 150 долл. за 1 т очищенной и расфасованной поваренной соли.

Схема добычи соли из морской воды примерно одинакова во всем мире, тем не менее в ряде стран дешевая рабочая сила позволяет видоизменять этот процесс.

В странах иного климата, например в Швеции и в Советском Союзе, соль получают путем вымораживания морской воды. Рассольный лед, состоящий из почти чистой воды, отфильтровывается от остаточного рассола, на котором затем производится ряд последовательных операций по его вымораживанию, прежде чем концентрация остаточных его порций станет достаточно высокой, чтобы начать выпаривание досуха под действием искусственного нагрева (Armstrong, Miall, 1946).

Концентрированная рапа, оставшаяся после отделения хлорида натрия, подвергается дальнейшей специальной обработке с целью извлечения имеющихся в них соединений. Так, добавление в раствор хлорида кальция вызывает садку сульфата кальция (гипса), который затем поступает в продажу. При дальнейшем концентрировании рассола в осадок выпадают сульфаты магния, калия и другие соли. В заключительных стадиях процесса из остаточного раствора извлекается хлорид магния и бром.

Экстракция брома из морской воды

Бром можно рассматривать как почти морской элемент, поскольку в океане находится 99% всего содержания брома в земной коре (см. табл. 2). Бром был открыт в 1825 г. французским исследователем А. Ж. Балардом в концентрированных растворах, полученных после осаждения соли из воды соленых маршей близ Монпеллье. Позднее бром был обнаружен в составе калийных залежей Страсфурта и в рассолах из буровых скважин Мичигана, Огайо и Западной Виргинии. Из морской воды бром был впервые выделен в 1926 г. в Калифорнии при обработке маточных рассолов, получаемых в процессе извлечения соли в искусственных испарительных бассейнах. Потребление брома промышленностью было сравнительно ограниченным до начала производства высококомпрессионных двигателей внутреннего сгорания, так что спрос рынка удовлетворялся теми количествами, которые добывались из скважинных рассолов и соляных залежей. Но затем положение резко изменилось. В бензин с антидетонационными свойствами, содержащий присадку тетраэтилсвинца, стали добавлять этилендибромид, чтобы предотвратить отложение свинца на стенках цилиндров, клапанах, поршнях и на свечах. При столь возросших потребностях в броме рассолов, выкачиваемых из буровых скважин, оказалось недостаточно. Не удовлетворяла спрос и добыча брома как побочного продукта при производстве соли. Возникла острая необходимость в ином источнике брома.

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. За этот же срок заводом потребляется реагентов: 250 т концентрированной серной кислоты, 25 т анилина, 66 т хлора, хранимых между верхней и нижней палубами. Эффективность извлечения брома из морской воды, где его содержится всего 0,1 фунта на 1 т, равна примерно 70%. На судне предусмотрены защитные меры, предпринимаемые для того, чтобы избежать разбавления морской воды отработанными водами, сливаемыми после завершения технологического процесса. Позднее было установлено, что для предотвращения смешения можно с успехом использовать вдольбереговые морские течения, существующие у многих побережий. 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.

Выбор места для постройки завода по извлечению брома следует производить с особой тщательностью. При этом необходимо заранее исключить возможности разбавления потребляемых заводом морских вод дождевыми осадками, сточными водами, а также водами, из которых бром уже извлечен. Кроме того, морская вода должна иметь высокую и постоянную соленость, относительно высокую температуру и не должна быть загрязнена органическими отбросами, на которые бесполезно расходуется хлор. Такое место, удовлетворяющее всем перечисленным требованиям, было найдено близ Кьюр-Бич (Северная Каролина). Здесь "Этил дау кемикл компани" построила завод производительностью 3 тыс. т брома в год. В 1938 г. мощность этого предприятия была увеличена до 20 тыс. т брома в год (Shigley, 1951).

Другой завод подобного типа построен близ Фрипорта, где условия для извлечения брома из морской воды в большей мере отвечают всем технологическим требованиям, чем около Кьюр-Бича. Проектная мощность этого завода 15 тыс. т брома в год. В 1943 г. там же был сооружен еще один завод равной мощности. Предприятие же близ Кьюр-Бича в конце второй мировой войны было закрыто. Таким образом, заводы Фрипорта производят в настоящее время около 80% потребляемых за год Соединенными Штатами количеств брома. На рис. 8 приводится схема технологического процесса извлечения брома "Этил дау кемикл компани".

На заводе Кьюр-Бича, согласно ранее разработанной технологии, смесь морской воды с кислотой и хлором заливалась в верхнюю часть кирпичной башни с встроенными внутри нее деревянными решетками. Растворенный в морской воде бром восстанавливался хлором до относительно летучего элементарного брома, а присутствующая в смеси кислота препятствовала гидролизу хлора. По мере того как смесь морской воды с бромом стекала из верхних частей башни, производилась продувка воздуха снизу вверх. Проходящий воздух выносил свободный бром из морской воды и переносил его в абсорбционную башню, заполненную кальцинированной содой, после чего уже не содержащая брома морская вода сливалась обратно в море. Насыщенный бромом раствор кальцинированной соды обрабатывался серной кислотой с целью перевода броматов и бромидов натрия в свободный бром. Затем смесь закачивалась в испарительную колонку, где производилась отгонка и вторичная конденсация брома в стеклянные или керамические сосуды. Дальнейшая очистка брома путем дистилляции позволяла получать в конечном итоге продукт с содержанием брома до 99,7%.

В 1937 г. этот процесс был несколько модифицирован. Так, при первичной отгонке брома в качестве переносящих агентов использовались сернистый ангидрид и воздух. В результате бром высвобождался в форме бромистоводородной кислоты, что позволяло существенно улучшить его последующую очистку. И хотя эффективность извлечения брома в обоих процессах превышает 90%, в настоящее время в США почти исключительно применяется процесс прямой экстракции брома из морской воды с использованием сернистого ангидрида (Shigley, 1951).

Извлечение магния из морской воды

Магний является самым легким из применяющихся в строительстве металлов. Его удельный вес 1,74, тогда как у алюминия он равен 2,70, а у железа - 7,87. Наиболее широкое применение этот металл, находит в строительстве транспортных средств. Кроме того магний используется как компонент сплавов с алюминием, в системах анодных и катодных защитных покрытий, в импульсных фотолампах и во многих других областях техники. К 1964 г. ежегодное мировое производство магния составляло около 150 тыс. т.

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. 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. "Этил дау кемикл компани". До этого времени магний в США получали из скважинных рассолов и из магнезитовых месторождений.

Выбор места для постройки завода близ Фрипорта был продиктован следующими весьма благоприятными обстоятельствами. Наличие дешевого природного газа позволяет эффективно его использовать для получения тепла и электроэнергии. Географическое местоположение завода дает возможность сливать сточные, отработанные воды обратно в Мексиканский залив, с крайне ничтожной возможностью разбавления ими потребляемых морских вод. Очень дешевую известь можно получать из известковых раковин, добываемых со дна Мексиканского залива, всего в нескольких милях от магниевого завода. На рис. 9 показана технологическая схема извлечения магния на заводе близ Фрипорта, а один из участков этого завода изображен на рис. 10.

Рис. 10. Общий вид магнийперерабатывающей установки на заводе "Этил дау кемикл компани", Фрипорт (Тexac). На переднем плане видны загустители Дорра, в которые смесь морская вода - известь перекачивается с целью ускорить выпадение в осадок хлористого магния.

Морская вода поступает на предприятие со скоростью около 1 млн. галлонов в час через подводные шлюзовые ворота канала, соединенного с Мексиканским заливом. Преимущество такой системы снабжения состоит в том, что нижние слои воды обладают значительно более высокой соленостью, чем поверхностные воды в районе завода. В искусственном бассейне вода непрерывно обрабатывается известковым молоком (выше упоминалось, что известь получают путем прокаливания устричных раковин). В результате реакции известкового молока с соединениями магния образуется жидкий илоподобный осадок нерастворимой гидроокиси магния, который затем перекачивается в отстойники. Осадок составляет примерно 2% общего объема морской воды, расходуемого в этом производстве, иными словами, уже на первой стадии технологического процесса осуществляется 100-кратное концентрирование полезного компонента. Отработанные воды спускаются в реку Брасос, впадающую в Мексиканский залив на значительном удалении от завода.

Отфильтрованную гидроокись магния растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор хлорида магния концентрируют выпариванием, для того чтобы частично избавиться от захваченных из морской воды солей. Кальций осаждается в виде нерастворимого сульфата или гипса добавлением к раствору сульфата магния, после этого раствор снова фильтруют, чтобы отделить гипс и другие соли, и затем концентрируют выпариванием. Когда концентрация хлорида магния достигнет примерно 50%, а температура раствора поднимется приблизительно до 170°, его распыляют на предварительно высушенный твердый MgCl 2 . Растворитель мгновенно превращается в пар, а хлорид магния при этом осаждается. Высушенный твердый осадок затем помещают в электролитическую камеру, где он разлагается до металлического магния и газообразного хлора. Хлор преобразуется в соляную кислоту, которую успешно используют в последующих циклах процесса. Металлический магний отчерпывается из электролитической камеры и формируется в виде болванок. Содержание металла в них превышает 99,8% (Shigley, 1951).

Общая потребность США в сыром, первичном металлическом магнии уже со времени конца второй мировой войны удовлетворялась за счет производства его из морской воды. Во время войны правительство США построило ряд заводов, которые использовали в качестве сырья для производства магния магнезит, доломит, откачиваемые из скважин рассолы и морскую воду. Однако к концу войны ни один из этих заводов не мог выдержать конкуренции с предприятиями, извлекающими магний из морской воды, и это несмотря на то, что первым заводам правительство гарантировало полный сбыт продукции, тогда как предприятия, работавшие на морской воде, таких гарантий не имели.

Выбор участка для постройки магниевого завода определяется не столь жесткими требованиями, нежели завода, получающего бром из морской воды. Исключение, правда, составляет тот случай, когда извлечения брома и магния производятся совместно. Так, в процессе экстрагирования магния температура морской воды не имеет серьезного значения, менее важен и расход сырья: на производство 1 фунта элементарного магния расходуется всего лишь 5% тех количеств морской воды, которые используются при экстракции брома. Самыми важными факторами, диктующими целесообразность выбора места для завода, являются близость источников дешевой извести, топлива и электроэнергии. Эффективность процесса извлечения магния из морской воды составляет 85-90%. И хотя современные технологические возможности позволяют значительно полнее экстрагировать магний из морской воды, экономически это невыгодно, так как подсчитано, что увеличение коэффициента извлечения более 90% сопровождается резким возрастанием капитальных затрат на каждый процент прироста.

Одно из достоинств, присущих рассматриваемому процессу, состоит в том, что низкая стоимость сырья может быть еще более уменьшена, если эти материалы подавать непосредственно в технологическую линию путем их перекачки. Такая механизированная подача позволяет сделать производственный процесс в значительной мере непрерывным и установить приборы автоматического контроля. Кроме того, положительная особенность завода такого типа состоит в чрезвычайном единообразии потребляемого им сырья.

Магниевые соединения

Магний в форме MgO, Mg(OH) 2 и MgCl 2 находит широкое применение в самых различных областях промышленности. Его используют как огнеупорный материал для внутренних покрытий в плавильных печах, как сырье для фармацевтического производства, в изоляторах, при производстве удобрений, искусственного шелка и бумаги и многого другого. Многие компании мира получают соединения магния из морской воды; в частности это характерно для Англии и США. Впервые промышленное извлечение магниевых соединений из морской воды проводилось как побочный процесс из остаточных рассолов при получении поваренной соли (Seaton, 1931; Manning 1936, 1938).

Рис. 11. Последовательность процесса на магниевом заводе компании "Кайзер алуминум эид кемикл" близ Мосс-Лендинга (Калифорния).

Схема процесса извлечения магниевых соединений из морской воды изображена на рис. 11. Такую технологическую схему применяют на своих предприятиях компании "Кайзер алуминум энд кемикл корпорейшн" близ Мосс-Лендинга (Калифорния). Морская вода смешивается с прокаленным доломитом. Происходит осаждение гидроокиси магния, которая затем отстаивается в больших концентрационных емкостях. После отстаивания гидроокись магния извлекается, промывается для удаления растворимых примесей и фильтруется с целью уменьшить содержание воды примерно до 50%. Часть полученной таким образом гидроокиси магния поступает в продажу в виде гомогенизированного осадка на фильтре, оформленного как брикеты. Эта продукция используется при производстве бумаги и магнезиальной изоляции. Оставшаяся на фильтре часть осадка затем вновь прокаливается до образования различных сортов MgO, которые могут быть использованы при получении искусственного шелка, резины, изоляционных покрытий, огнеупорных кирпичей. На рис. 12 показан завод компании "Кайзер" по производству магниевых соединений.

Рис. 12. Завод по извлечению магния из морской воды компании "Кайзер алуминум энд кемикл" близ Мосс-Леидинга (Калифорния) (снимок с самолета).

В США около 90% всего объема каустической кальцинированной окиси магния и около 50% огнеупорной магнезии получают из морской воды либо из рассолов, выкачиваемых из скважин.

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. По вопросам, связанным с экстракцией золота из морской воды, было выдано много патентов, касающихся как самих методов, так и оборудования (Bardt, 1927; Baudin, 1916; Bauer, 1912; Cernik, 1926; Bitter, 1938; Stoces, 1925). В 1866 г. один из членов Французской Академии наук обнаружил присутствие ничтожных количеств золота в морской воде. А позднее, в 1886 г., было сообщено, что содержание золота в водах Ла-Манша составляет до 65 мг на 1 т воды.

В начале этого столетия Сванте Аррениус указал, что прежние определения содержания золота в морской воде были преувеличены, по крайней мере, в 10 раз. Но, тем не менее, расчеты самого Аррениуса показали, что минимальное содержание золота в морской воде не ниже 6 мг на 1 т. По этим расчетам, в Мировом океане заключено примерно 8 млрд. т золота. Такого количества золота вполне достаточно, чтобы сделать каждого человека на земле миллионером. Но, несмотря на многочисленные патенты и проекты, до сих пор из морской воды не получено еще никаких практически ощутимых количеств этого металла.

В конце первой мировой войны блестящий немецкий химик, лауреат Нобелевской премии доктор Фриц Хабер утверждал, что военный долг Германии можно оплатить золотом, извлеченным из моря. Считая, что концентрация золота составляет 5-10 мг на 1 т морской воды, Хабер укомплектовал исследовательское судно соответствующим персоналом и оборудованием для изучения наиболее высоких содержаний золота в океанах. Однако к своему большому огорчению, Хабер установил, что концентрации золота редко превышают 0,001 мг на 1 т воды (Haber, 1927). Самое высокое содержание золота отмечается в Южной Атлантике и составляет 0,044 мг на 1 т. Даже в заливе Сан-Франциско, куда впадают реки, дренирующие золотоносные районы, концентрация золота не намного превосходит среднее содержание этого элемента в открытом океане. После 10 лет, посвященных работе над этой проблемой, Хабер пришел к заключению, что извлечение золота из морской воды невыгодно. В настоящее время установлено, что полученные Хабером значения содержаний золота в морской воде являются несколько неточными, поскольку он не учитывал, очевидно, присутствия золота в химикалиях и в реакционных сосудах, которыми он пользовался во время анализов.

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).

Другие вещества, извлекаемые из морской воды

Помимо обычной соли, брома, магния и его соединений, из морской воды иногда извлекается ряд других веществ. Они, как правило, являются побочными продуктами при производстве соли либо их получают через промежуточное посредничество некоторых растений или рыб.

Впервые йод был обнаружен в золе водорослей в 1811 г. французом Бернаром Куртуа, владельцем фабрики по производству селитры. В поисках подходящего сырья для получения щелочи он решил использовать для этой цели водоросли. Очищая реакционные сосуды, в которых находилась горячая концентрированная серная кислота, он обратил внимание на выделения испарений фиолетового цвета, из золы водорослей. Пары конденсировались на стенках более охлажденной части сосуда в виде темных металлоподобных кристаллов (Armstrong, Miall, 1946). Содержание йода в некоторых водорослях, в частности в Laminaria, оказалось равным примерно 0,5% в пересчете на воздушно-сухую основу. Концентрация же йода в морской воде равна приблизительно 0,05 мг/л, или около 0,000005%. Таким образом, в указанных видах водорослей происходит 100000-кратное концентрирование йода в сравнении с его содержанием в морской воде.

Вскоре после открытия Куртуа было установлено значение йода для медицины. Началось интенсивное развитие промышленности, главным образом в Северной Англии, по извлечению йода из морских водорослей. В 1846 г. в Глазго функционировало более 12 фабрик, экстрагирующих йод из морских водорослей. Однако обнаружение йода в чилийских залежах нитратов привело к упадку добычи йода из морских водорослей.

Примерно в то же время из морских водорослей извлекались значительные количества калиевых и натриевых солей. Технология этого процесса, по существу, была не разработана. Обычно проводилось простое выщелачивание водорослей водой и последующее выпаривание полученного раствора. Другой весьма распространенный метод получения солей состоял в том, что водоросли сжигались, а зола выщелачивалась водой. В результате этих примитивных процессов йод получался в виде соединений - йодидов калия либо натрия, которые при смешивании их с серной кислотой и двуокисью марганца восстанавливались до элементарного йода.

В истории использования водорослей выделяются три различных периода: а) первый - когда водоросли применялись как сырье для получения щелочи, б) второй - когда их использовали для извлечения йода и в) третий - когда из водорослей добывали поташ. Однако каждый из периодов заканчивался созданием более совершенных методов получения этих продуктов из более дешевого сырья, добываемого на суше. В настоящее время водоросли используются как сырье для получения натриевого альгината - органического соединения, применяемого в качестве желатинообразующего и эмульсиообразующего агентов при производстве продуктов питания. Крупные предприятия, перерабатывающие морские водоросли в качестве сырья для производства рассматриваемых химических соединений, размещены на побережье Южной Калифорнии. Во многих частях света, особенно на Востоке, водоросли широко используются как продукты питания. В некоторых приморских странах их применяют в качестве удобрений.

Добыча минеральных соединений при опреснении морских вод

В последние годы уделяется особое внимание проблеме опреснения морских вод. Как правило, концентрация солей в сбросных водах в этом случае во много раз превышает содержание этих солей в исходной морской воде. В ходе работ по извлечению минеральных соединений из таких рассолов получены весьма обнадеживающие результаты. Это относится к снижению расходов по перекачиванию вод, поступающих на перерабатывающий завод с относительно высокой температурой рассола и примерно в 4 раза повышенной концентрацией.

Если процесс опреснения морской воды окажется рентабельным, то количество минеральных соединений, которые можно было бы извлекать из сбросных вод, во много раз превысит ожидаемые потребности. Допустим, например, что в ближайшие несколько десятков лет население прибрежных областей достигнет примерно 100 млн. человек, которые будут ежегодно расходовать для бытовых и промышленных целей в среднем по 100 тыс. галлонов воды на душу населения. Такой темп потребления в конечном итоге может достичь величины примерно 1013 галлонов, или 10 куб. миль, воды в год. При поступлении этого объема воды из океана и эффективности извлечения пресной воды 25% через перерабатывающие опреснительные заводы будут проходить 6,4 млрд. т хлорида натрия, 240 млн. т магния, 160 млн. т серы, 800 тыс. т бора, 2 тыс. т алюминия, 400 т марганца, 560 т меди, 560 т урана, 2 тыс. т молибдена, 40 т серебра и около 1 т золота. Будем считать, что экономически выгодно добывать лишь 10% этих количеств и что население, для которого проводилось опреснение морской воды, способно потреблять эти минеральные компоненты. Тогда, основываясь на статистических данных, помещенных в табл. 3, можно сделать вывод, что темпы извлечения молибдена, бора и брома будут соответствовать их потреблению, в то время как производство других минеральных соединений будет значительно превышать потребность в этих веществах. Разумеется, нет никакой необходимости в извлечении всех солей. Целесообразно получать лишь те соли, которые пользуются сбытом. Во всяком случае, в связи с техническими трудностями маловероятно, чтобы в настоящее время проводилось промышленное извлечение какого-либо элемента, концентрация которого в морской воде ниже, чем бора. Заслуживают внимания, однако, следующие соображения. Если удалось бы извлечь из морской воды уран и торий, то использование этих элементов в реакторах бридерного типа дало бы тепловую энергию, необходимую для работы конверсионных заводов по производству пресной воды.

В настоящее время сконструированы крупные ядерные реакторы, которые могли бы обеспечить тепловой и электрической энергией конверсионные опреснительные установки (Hammond, 1962) Подсчитано, что стоимость производства пресной воды составляет примерно 0,15 долл. за 1000 галлонов, что успешно выдерживает сравнение со стоимостью воды, потребляемой в городском хозяйстве или для ирригационных целей в некоторых районах. Крупный завод с реакторной установкой может производить ежедневно около 109 галлонов пресной воды; этого количества должно хватить для удовлетворения бытовых и хозяйственных нужд города с 4-миллионным населением либо для орошения посевов площадью 500 кв. миль. Трудно ожидать, однако, чтобы такие заводы стали в ближайшие несколько десятков лет серьезными источниками снабжения пресной водой. Недостаточно аргументированным является также и предположение о будущем потреблении минеральных компонентов морской воды и о характере изменения цен и других расходов. Иными словами, статистические выкладки, помещенные в табл. 3, представляют лишь теоретическую ценность.

В любой воде содержится незначительное количество ионов золота, которые в теории можно было бы выделить и собрать в более-менее полноценный слиток. Сделать это очень сложно. Однако бактерия, которую изучают микробиологи Канады, знает один природный трюк, позволяющий ей буквально жить на кусках драгоценного металла.

Ионы золота присутствуют в морской и водопроводной, канализационной воде, в отходах горнодобывающей промышленности. Их всего-то несколько частиц на триллион. Они легко реагируют с различными химическими веществами, из-за чего их достаточно сложно перевести в стабильную форму, характерную для отливающим красивым жёлтым светом слитков.

Впрочем, бактерия Delftia acidovorans знает, как превратить отдельные ионы в самородки. Для этого микроорганизм использует делфтибактин (delftibactin ) - вещество, заставляющее золото осаждаться из раствора. Бактерии таким образом создают себе безопасные условия жизни (ионы больше не угрожают их клеткам) и приятный золотой дом, о котором многие могли бы только мечтать.

В статье , вышедшей в журнале Nature Chemical Biology, учёные из университета Макмастера (McMaster University) сообщают, что им удалось определить, какие гены отвечают за процессы производства золота и впервые выделить так называемый делфтибактин. Если исследователи получат это вещество в достаточном количестве, то им, возможно, удастся осуществить мечту многих алхимиков древности − превратить воду в золото.

Тут, правда, стоит заметить, что воды понадобится очень много. Кроме того, вещество, создаваемое бактериями, с не меньшей охотой вытягивает из воды ионы железа. А это означает, что биологи на выходе могут получить самородки железа с примесью золота.

Как бы то ни было, достижение учёных Канады можно будет использовать для очистки сточных вод, которые, как известно, содержат чуть ли не всю таблицу Менделеева, и для выделения золота из отходов горнодобывающей промышленности. Делфтибактин также может пригодиться для создания катализаторов в виде золотых частиц, которые необходимы для ускорения многих химических реакций.

Добавим, что в выделении золота из воды подозревают ещё один вид бактерий, ныне исследуемый микробиологами из университета Аделаиды (University of Adelaide). Представителей вида Cupriavidus metallidurans учёные обнаружили в биоплёнках на самородках золота, которые были найдены на расстоянии нескольких тысяч километров друг от друга. Эти микроорганизмы накапливают инертные наночастицы золота внутри своих клеток, также избавляя себя от опасного, растворённого в окружающей воде золота.