Новые технологические приемы извлечения минеральных компонентов из моря

Успешное применение ионного обмена в технологии позволило разработать совершенно особые способы извлечения элементов из морской воды. Сущность этих способов заключается в том, что в одних случаях экстракционный агрегат, состоящий из пористого контейнера, заполненного ионнообменной смолой, протаскивают сквозь воду, в других - вода может проходить через контейнер с ионнообменной смолой, поставленный на якорь в таком участке океана, где действуют океанские течения, например во Флоридском проливе. Можно также наносить покрытие из ионнообменной смолы на обшивку судов, которые будут заходить в порты, где имеются элюирующие установки, либо буксировать контейнер за движущимся в океане судном.

Морские организмы существенно загрязняют ионнообменные смолы и контейнеры, однако разработка мер защиты от их вредного воздействия представляет большие трудности. Кроме того, весьма сложной проблемой является создание ионнообменной смолы, которая характеризовалась бы высокой избирательностью по отношению к некоторым ценным элементам, например урану или серебру. При этом следует иметь в виду, что морская вода отличается значительным избытком других ионов: натрия, хлора и т. д. Однако достигнутые в последнее время успехи в изучении селективных свойств ионнообменных смол вселяют надежду, что их удастся широко применять уже в ближайшем будущем.

Для охлаждения силовых агрегатов электростанций во многих случаях используют морскую воду, потребляя ее в огромных объемах. В Северной Калифорнии планируется сооружение электростанции мощностью 300 тыс. квт и суточной потребностью в воде около 360 млн. галлонов. За год же через ее систему охлаждения пройдут такие объемы морской воды, в которых количества магния, брома, бора, алюминия, меди, урана и молибдена оцениваются в 30 млн. долл. Кроме того, в тех же объемах воды содержится на 180 млн. долл. хлористого натрия, что соответствует примерно годовому потреблению соли США. Помимо этой электростанции, на Калифорнийском побережье в настоящее время строится еще около десяти. Таким образом, широкое использование дешевых методов избирательного экстрагирования одного или нескольких элементов позволит рентабельно получать значительные количества минеральных компонентов из морской воды, расходуемой на охлаждение силовых агрегатов (стоимость электроэнергии для перекачивания морской воды в производственном процессе входит в общие расходы по эксплуатации электростанции). Кроме того, относительно высокая температура воды способствует некоторым экстракционным процессам; следует лишь исключить возможность смешения поступающих и отработанных вод.

Извлечение взвешенных веществ из морской воды

Помимо растворенных веществ, в морской воде заключены грандиозные количества веществ, находящихся во взвешенном состоянии. Около 15% марганца, присутствующего в морской воде, находится в форме тончайших частиц (Goldberg, Arrhenius, 1958). Наибольшая, почти подавляющая часть золота присутствует в морской воде либо в форме коллоидальной взвеси, либо в виде частиц, прилипших к поверхностям суспензированных глинистых минералов. Преобладающие количества карбонатов и кремнезема моря находятся в раковинах, скелетах животных и в растительных организмах, живущих в морской воде. Многими исследователями указывается, что весьма ощутимые количества таких элементов, как свинец и железо, присутствуют в морской воде в форме взвешенных частиц (Chow, Patterson, 1962; Goldberg, 1954).

С экономической точки зрения процесс отфильтровывания из морской воды таких очень тонких частиц, очевидно, является малорентабельным, особенно если учитывать расходы по перекачиванию воды через фильтрующие системы наряду с затратами на остальные процессы извлечения. Однако извлечение взвешенных веществ из отработанных вод электростанции, расположенной на побережье, либо от какого-то иного предприятия, перерабатывающего огромные объемы воды, может оказаться экономически выгодным. Главным препятствием для широкого развития рассматриваемых методов извлечения является загрязнение фильтров морскими организмами.

Многие из взвешенных в морской воде частиц несут электрический заряд. Поэтому применение особой модификации электростатического процесса, действующего в некоторой проточной системе и индифферентного в отношении растворенных ионов, позволит извлекать некоторые из этих коллоидов.

Концентрирование элементов морскими организмами

Способность морских организмов накапливать некоторые элементы в своем теле известна давно. Причем концентрация таких элементов в определенных частях организмов многократно превышает содержание данных элементов в морской воде. Например, концентрация ванадия, захватываемого студенистым веществом оболочников, в 280 тыс. раз превышает его содержание в морской воде (Goldberg et al., 1951). Ряд других морских организмов концентрируют медь и цинк примерно в миллион раз относительно морской воды. В некоторых частях скелета рыб отмечается накопление свинца в 20 млн. раз сравнительно с морской водой. В табл. 5 приводятся величины концентрации ряда элементов в морских организмах.

Несмотря на высокий коэффициент обогащения ванадия, общее содержание его даже в оболочниках все же весьма невелико - около 0,06%, чтобы рассматривать эти организмы в качестве возможной руды. Особую важность представляет знание механизма, посредством которого морские организмы концентрируют элементы. Познание этих процессов позволит имитировать природные явления и привести к созданию эффективного метода извлечения полезных компонентов из весьма разбавленных растворов. Возможны также и такие методы, как искусственное разведение в море подобных сверхконцентрирующих полезные элементы животных и растений.

^* (Содержание в сухом зольном остатке организма.)

^** (Накопление этого элемента в костях рыбы не обязательно при ее жизни.)

Однако проблемы искусственного разведения в море рыб или растений остаются пока все еще не решенными. К тому же очевидно, что эти морские организмы представляют значительно большую ценность как источники продуктов питания, чем как сырье для получения минеральных компонентов; исключение составляют, пожалуй, такие элементы, как золото или уран, конечно, при условии, что будут преодолены технологические трудности их извлечения. Крайне маловероятно, чтобы способы экстрагирования были бы практически освоены в ближайшие десятилетия. Однако в будущем, возможно, будут найдены морские организмы, накапливающие в своем теле некоторые ценные элементы до промышленных кондиций. Так, установлено, что серебро концентрируется в рыбных остатках (Arrhenius et al., 1957), а водоросли, как известно, служили в прошлом сырьем для получения калия и йода.