Жидкая руда

Пионер морской химической промышленности - соль. - Магний, калий, бром. - Опресненная морская вода. - Подводно-рудная промышленность

В жидкой руде Мирового океана содержатся миллиарды тонн магния, калия, брома, кальция, миллионы тонн золота, серебра, урана, тория и других редких элементов. Большую часть элементов, содержащихся в морской воде, извлекают пока только растительные и животные организмы. Точность и тонкость их химической работы оставляет позади самые хорошо оборудованные химические лаборатории.

Для промышленной эксплуатации человеку доступны пока лишь немногие растворенные в морской воде вещества. Это прежде всего поваренная соль.

Употребление человеком соли как пищевого продукта восходит к доисторическим временам. С течением времени соль приобрела даже обрядовое значение. По словам римского писателя Плиния, никакое жертвоприношение в древнем Риме не обходилось без соли. В Египте и других африканских странах соль служила амулетом, предохраняющим от бедствий и особенно от "сглаза". В Сенегамбии верили, что для того, чтобы отвести беду, достаточно произнести сакраментальную фразу: "Мы едим соль". В России "хлеб с солью" стал символом гостеприимства. От слова "соль" произошло старинное русское выражение "хлебосольный хозяин".

Не везде были готовые запасы соли. Человеку пришлось научиться выпаривать соль. Древние египтяне, пользуясь жарким солнцем, выпаривали соль в морских лагунах. В Китае добыча соли из морской воды насчитывает более двух тысяч лет; до сих пор на берегу моря в провинции Цзянсу тысячи ветряных мельниц перекачивают морскую воду и перемалывают соль. Добыча соли из морской воды в искусственных испарительных бассейнах издавна существовала около Кадикса в Испании, подле Опорто в Португалии, в Неаполе (Италия), на островах Сардиния и Сицилия. В Европе выпаривали соль из соляных источников. Из-за владения ими между древними германцами разгорались войны. Там, где солнце грело слабее - на севере Руси и в Шотландии - соль выпаривали с помощью дров и огня. В древней Руси широко было развито солеварение. Об этом говорят названия городов и селений - Солигалич, Соликамск. Известно, что уже в XI в. на Белом море выпаривали соль-морянку.

Соль в древние времена была дорогим продуктом. На Руси из-за повышения налога на соль вспыхивали "соляные бунты". Филологи полагают, что ставшее международным слово "солдат", английское слово "salary" и французское слово "salaire" (заработная плата) произошли от латинского слова "sal" (соль), так как римляне нередко расплачивались со своими наемниками солью. Деньги, выдававшиеся римским солдатам на соль, называли "salarium".

Одна из древнейших дорог Италии носит название Виа Салярия (дорога соли); некогда она была путем, по которому везли соль. Даже в наше время в Сахаре соль является обменным продуктом, часто заменяющим собой деньги. Значение соли для организма по опыту известно живущим в жарком климате, где человек теряет много соли из-за обильного выделения пота. Чтобы возместить потерю соли, приходится принимать с пищей некоторое дополнительное ее количество. Это предохраняет от солнечного удара и от сердечной слабости. В горячих цехах на американских заводах рабочим выдают специальные соляные таблетки. На советских заводах соль добавляют к газированным напиткам. Из-за недостатка соли у человека возникают скелетные судороги. Полностью лишить человека соли - это значит обречь его на медленную смерть.

В настоящее время соль применяется не только в пищевой, но и в других отраслях промышленности, особенно в химической. С ее помощью получают кислоты, основания и другие соли, служащие в свою очередь для выработки разнообразных минеральных и органических веществ. Соль применяется в холодильном деле. Смесь соли и толченого льда понижает температуру до -20º. Соль нужна для очистки жиров и масел, она применяется в мыловарении и даже в сельском хозяйстве. Распыление 8-10 ц соли на гектаре земли, засеянной сахарной свеклой, увеличивает на такое же количество содержание в свекле сахара.

Мировое потребление поваренной соли превышает 22 млн. т в год. Каждый человек в среднем потребляет за год около 8 кг соли. Одна треть добываемой соли выпаривается из морской воды.

В Советском Союзе очень важно организовать добычу соли из морской воды на Дальнем Востоке, так как доставка туда одной тонны соли из Одессы обходится в 20 рублей. Расчеты научно-исследовательского института галлургии (Ленинград) показывают, что при комплексной переработке морской воды на каждые 10 тыс. т поваренной соли можно получить 1730 т сырого гипса, 370 т калийных солей, 200 т магнезии-нювеля (теплоизоляционный материал) и 26 т брома. Таким образом, затраты на добычу поваренной соли из морской воды с лихвой окупятся сопутствующей продукцией.

В одном кубическом километре морской воды содержится 1,3 млн. т магния. Это количество могло бы удовлетворить промышленность всех стран в течение нескольких лет. Но магния из морской воды добывается ежегодно всего 300 тыс. т. Магний очень важный элемент в металлургической промышленности. Добавление его к алюминию, стали, чугуну уменьшает вес изделий на 30 и более процентов.

Калийных солей в 1 км³ морской воды - 700 тыс. т. Соли калия употребляются в сельском хозяйстве в качестве удобрений, в пиротехнике, в фотографии, в фармацевтической, стекольной, мыловаренной промышленности, при изготовлении красок, пороха, кож, для побелки, очистки и протравливания тканей. Начало добыче калия из морской воды было положено во время первой мировой войны, когда стасфуртские месторождения калийных солей оказались недоступными для противников Германии. Извлечение калия из морской воды растет с каждым годом, однако опубликованных количественных данных нет.

В одном кубическом километре морской воды содержится всего 65 тыс. т брома. До первой мировой войны спрос на него был ничтожен. Но когда Германия стала применять удушливые газы, в ряде стран были построены заводы для извлечения брома из морской воды. Добыча брома резко возросла. После войны она на короткое время упала, потом, начиная с 1920 г., стала непрерывно расти, так как бром начали широко применять в автотранспорте. Двубромистый этилен оказался лучшим растворителем тетраэтилового свинца, добавление которого в бензин увеличивает предел сжатия в цилиндрах мотора без опасности самовозгорания смеси, что равносильно увеличению мощности двигателя. Сейчас годовая добыча брома из морской воды перевалила за 100 тыс. т.

Опыты получения из морской воды редких элементов - золота, урана и других пока не выходят за пределы лабораторных экспериментов. Э. Бауэр из Тюрингенското университета выделил из крови осьминога "красный цианин", аккумулирующий ионы меди; он нашел и еще более устойчивое вещество, с помощью которого получил из морской воды медь и уран. Ф. Хаберу в 30-х годах удалось извлечь из морской воды золото, но стоимость работы оказалась выше стоимости самого золота. Во время плавания одного из советских исследовательских судов с помощью ионитов (вид полимера) удалось также выделить несколько крупинок золота. Американский ученый Ф. Себбе получил патент на метод извлечения из морской воды металлов. Не исключено, что с течением времени удастся извлекать редкие элементы из морской воды с помощью ионообменных смол, а может быть, путем выращивания в садках морских организмов, способных концентрировать в себе те или иные элементы. Кремация этой "живой руды" будет равносильна обогатительным процессам в горнорудной промышленности.

Говоря о развитии химической промышленности на базе морской воды, надо было в сущности прежде всего упомянуть о получении из нее обыкновенной пресной воды. Воды не хватает во многих районах земного шара. Можно полагать, что с течением времени, когда будут найдены дешевые методы опреснения морской воды, ею будут пользоваться не только прибрежные, но и удаленные от моря местности, страдающие от недостатка наземной и подземной воды. Опресненная морская вода потечет по трубам, как сейчас течет нефть или газ.

А пока опреснение воды обходится еще дорого. Решением этой задачи заняты многие страны. В США с 1952г. на разработку методов опреснения соленой воды было ассигновано более 12 млн. долларов. В СССР этой проблемой занят институт ВОДГЕО.

В настоящее время в различных странах эксплуатируются около 100 опреснительных установок. В 1962 г. их общая производительность достигла 80 тыс. м? в сутки. На Тихом океане работают три установки в Калифорнии и одна в Эквадоре; на островах Карибского моря и берегах Мексиканского залива - шесть установок; в Атлантическом океане - по одной на Багамских и Бермудских островах и одна в порту Этьен на западном берегу Африки; на средиземноморской воде работает установка в Гибралтаре; в Персидском заливе действуют четыре установки.

Самые мощные опреснители на о. Аруба - 12 500 м³/сутки, успешно и давно работают и на о. Кюрасао - 5 тыс. (в Карибском море) и в Кувейте 9100, 9 тыс. и 5 тыс. (в Персидском заливе). В СССР опреснители снабжают Красноводск и нефтепромыслы на полуострове Мангышлак. Для Мангышлака проектируется опреснитель, работающий па энергии атомного реактора.

Большинство действующих опреснительных установок работают на принципе дистилляции - испарения. Перспективным считается также метод замораживания искусственным холодом. При замораживании рассол скапливается между кристаллами льда, а при последующем медленном оттаивании стекает раньше, чем растает лед. Кроме того, разрабатываются химические методы, основанные на электродиализе, обратном осмосе и другие.

Сущность метода обратного осмоса состоит в том, что морская вода под некоторым давлением, зависящим от ее солености, просачивается через полунепроницаемые стенки, но так, что соли отделяются, а через стенку проходит только пресная вода. Оригинальное применение этого метода предложил арабский физик Гассан эль Сайд Мохаммед. Для получения нужного давления он рекомендует воспользоваться гидростатическим давлением толщи морской воды. При солености 35‰ необходимое давление, равное 19 кг/см², достигается на глубине 190 м. На эту глубину опускается сосуд с полунепроницаемыми стенками, который под давлением извне будет заполняться пресной водой. Остается только выкачать ее на поверхность. По подсчетам автора проекта, для откачки с такой глубины 3,8 м³ пресной воды нужна затрата электроэнергии всего в количестве 13 кВт-ч. Принцип очень интересный, но техническое осуществление его потребует, вероятно, еще немало труда. Каковы бы ни были методы, разрабатываемые учеными и инженерами многих стран, задача получения опресненной воды, которая была бы не дороже средней стоимости водопроводной воды, до сих пор не разрешена.

В связи с ростом населения земного шара все острее становится проблема производства продуктов питания. К 2000 г. на Земле будет жить более 6 млрд., человек. Для удовлетворения их нужд потребуется в три раза больше пищи, чем производится сейчас, и, по крайней мере, в 5 раз больше пресной воды, чем используется человечеством в настоящее время. Пресная вода, как и население, распределена на суше неравномерно. От жажды, как уже говорилось, страдают не только засушливые пустыни, но и крупные города и промышленные центры. К 2000 г. эту жажду без опреснения морской воды невозможно будет утолить. Итак, в жидкой руде океана таятся неистощимые богатства. Нужна только лампа Аладдина для того, чтобы открыть к ним доступ. Зажечь ее предстоит, очевидно, химикам-океанологам.

Но не только жидкой рудой богат океан. В пляжевых россыпях, заливаемых морской волной, добывают титан, цирконий, торий, ванадий, янтарь. В Токийском заливе за год перерабатывается 7 млн. т железосодержащих песков; такие же пески найдены в СССР на берегу Черного моря, а содержащие ванадий - на Курильских островах. Со дна материковой отмели на юго-западном берегу Африки с помощью насосов вместе с грунтом извлекают крупные алмазы. У Ньюфаундленда ведется добыча железной и медной руды; в Индонезии драгой со дна вместе с песком извлекают олово; у берегов Калифорнии найдены фосфориты, хотя и не очень высокого качества. В Мексиканском заливе, в районе штата Луизиана, на железных свайных островах со дна моря добывают серу; в 1962 г. под одним из таких островов сера загорелась, запылал пожар, расплавивший весь металлический каркас острова. С таких же искусственных островов из шахт под дном моря у берегов Японии добывают каменный уголь. Каменный уголь и олово под дном моря добываются у берегов Англии, уголь - у берегов Шпицбергена. Угольные пласты под дном моря найдены у Ванкувера (США), у берегов Чили и в районе австралийского порта Сиднея. Нефть добывается со дна моря в Мексиканском заливе, у берегов Аляски, в Персидском заливе и у нас в Каспийском море. Под дном Северного моря обнаружены большие запасы природного газа, и есть основание думать, что будет найдена нефть.

Все это лишь незначительная доля ископаемых богатств, которые содержит в себе материковая отмель, скрытая от человеческих глаз слоем воды толщиной до 200 м. Если же заглянуть в океан поглубже, на 4-6 тыс. м от поверхности, то там уже найдены богатейшие россыпи железо-марганцевых конкреций, содержащих добавки из редких ценных металлов. Кроме того, в донных отложениях промышленный интерес могут иметь фосфоритные конкреции (P, Zr), красная глубоководная глина (Cu, Al, Co, Ni), а может быть, и магнитные космические шарики (Ni, Fe). И хотя разработка глубоководных руд - дело не столь еще близкого будущего, однако и сейчас предлагаются проекты сравнительно дешевых способов подъема их со дна.

Недаром в последнее время столько внимания уделяется созданию различных подводных плавучих средств и даже подводных жилищ, которые дали бы возможность человеку вести геологические и другие исследования под водой в условиях, приближающихся к привычным наземным условиям. Нет никакого сомнения в том, что затраченные усилия и средства не будут напрасными, и человек, наряду с горнорудной промышленностью на суше, на равных правах создаст подводно-рудную промышленность на материковой отмели, а позднее - ив абиссальных глубинах океана.