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第3章

海水制盐主要有三种方法:即太阳能蒸发法(亦称盐田法)、电渗析法和冷冻法。太阳能蒸发法是很古老的制盐方法,也是目前仍沿用的普遍方法。这种方法是在岸边修建很多像稻田一样的池子,用来晒盐。制盐的过程包括纳潮,制卤、结晶、采盐、贮运等步骤。纳潮,就是把含盐量高的海水积存于修好的盐田中。制卤就是让海水的浓度逐渐加大,当水分蒸发到盐田中时,这时的盐水就是卤水,俗称“泡淹”母液。这种盐水要及时转移到下一个池子——结晶池中。卤水在结晶池中继续蒸,食盐就会渐渐地沉积在池底,形成结晶,达到一定程度就可以采集了。盐田制盐受环境影响很大,海水的盐度、地理位置、降雨量、蒸发量等等因素,都会直接影响盐的产量。这种方法占用的土地和人力资源也比较大,需要加以改进。

冷冻法制盐是地处高纬度国家采用的一种生产海盐的技术,像俄罗斯、瑞典等国家,多用此法制盐。这种方法的原理是,当海水冷却到海水冰点(-18℃)时海水就结冰。海水结成的冰里很少有盐,基本上是纯水。去掉水分,就等于晒盐法中的水分蒸发,剩下浓缩了的卤水就可以制盐了。

电渗析法是随着海水淡化工业发展而产生的一种新的制盐方法。它是充分利用海水淡化所产生的大量含盐量高的“母液”为原料来生产食盐的。与盐田法相比,电渗析法节省了大量的土地,而且不受季节影响,投资少,节省人力。日本目前是世界上惟一用电渗析法完全取代盐田法制盐的国家。电渗析法制盐的工艺流程是:海水→过滤→电渗析制浓缩咸水→咸水蒸发结晶→干燥→包装成品。其中蒸发后的卤水可以生产其他产品。相信随着科学技术的进步,人类会采用更新更高的技术制盐,制盐业会不断地跨上一个又一个新的台阶。

海水提取溴

海水提溴是从海水中提取元素溴的技术。溴及其衍生物是制药业和制取阻燃剂、钻井液等的重要原料,需求量很大。国外从1934年开始海水提溴试验和开发,目前日本、法国、阿根廷和加拿大等国家和地区已建有海水提溴工厂,年产量基本保持在36万吨的水平。中国从1966年开始海水提溴,至今仍处于小型试生产的规模。海水提溴技术有水蒸气蒸馏法、空气吹出法、溶剂萃取法、沉淀法、吸附法等,其中空气吹出法和水蒸气蒸馏法为国内外所普遍采用。空气吹出法的基本流程是酸化→氧化→吹出→吸收→蒸馏;吸收工艺普遍采用碱吸收和一氧化硫吸收,吸收剂有碱、硫、铁屑、溴化钠等。

海水提锂

海水提锂是从海水中提取元素锂的技术。元素锂与钠、镁共存,提取技术难度较大,许多国家从事海水提锂技术研究。日本、以色列等国创造海水提锂吸附法,所选用的吸附剂有氢氧化铝吸附剂、氢氧化铝-活性炭复合吸附剂、氧化锰-活性炭复合吸附剂及各种树脂吸附剂等,其中无定型氢氧化铝吸附剂的吸附能力较强,性能较优越。日本工业技术院四国工业技术试验所近年来研制成功多孔质氧化锰吸附剂,吸附能力比常规锂吸附剂高5~10倍。这种新型吸附剂采取多微孔结构,能选择性吸附海水中的锂,经稀盐酸处理3小时,能解释95%以上被吸附的锂。

海水提铀技术

海水提铀是从海水中提取原子能工业铀原料的技术。海水中铀的蕴藏量约45亿吨,是陆地上已探明的铀矿储量的2000倍,但是浓度极低。所以海水提铀成本比陆地贫铀矿提炼成本高6倍。从20世纪60年代开始,日本、美国、法国等国家从事海水提铀的研究和试验,一般采用三种方法:

(1)吸附法:使用水合氧化钛、碱式碳酸锌、方铅矿石和离子交换树脂等吸附剂吸附海水中微量的铀;(2)生物富集法:使用专门培养的海藻富集海水中微量的铀。据试验,某些海藻铀的富集能力很大,其铀含量甚至超过低品位铀矿的含铀量;(3)起泡分离法:在海水中加入一定量的铀捕集剂如氢氧化铁等,然后通气鼓泡,分离海水中的铀)。

日本是世界上第一个开发海水铀源的国家。日本是一个贫铀国,铀埋藏量仅有8000吨,因此日本把目光瞄向海洋。从1960年起,日本加快研究从海水中提取铀的方法。1971年,日本试验成功了一种新的吸附剂。除了氢氧化钛之外,这种吸附剂还包括有活性碳。日本已于1986年4月在香川县建成了年产10千克铀的海水提取厂。日本还制定了进一步建造工业规模的海水提铀工厂的计划,到2000年前年产铀达1000吨。

海洋药物学

海洋药物学是一个新兴的边缘学科,它以研究海洋药物资源分布、储量、药性、临床应用以及海洋生物活性物质作为主要任务。海洋不仅蕴藏着极为丰富的渔业资源和矿产资源,而且它的海洋生物多样性也极为丰富,生物资源包含很多具有特异生物活性的物质,从而使海洋成为药物的宝库。当前,美、日等国家拨出巨资,成立海洋药物研究机构,从事直接从海洋生物中提取和合成药物的研究,而提取医治癌症、病毒性疾病和心脏病等对人类健康危害最大的疾病的药物为当前研究的重点。

海流发电

从海流中提取电能可以采用三种方式:一是直接以电能的方式用水下电缆送到岸上;二是用洋流电能从海水中提取氢气,用管道输往陆地,或用罐子装藏氢气运往陆地;三是用洋流电能制取压缩空气。他们的设想使海流发电这项研究获得了社会各界的响应。在当时,美国科学家葛利·斯特尔曼曾发明了以水下降落伞系统,从海流中取电的具体方案。这一装置可以将低速海流的能量转换成可以利用的能源。这个装置包括两部分,一部分是安装在船上或平台上的带轴的轮子,另一部分是一根绕着轮子旋转像传送带似的环形缆。在这根缆上,装着一把把形状似降落伞一样的帆,它们都向一个方向排列。当它们绕着环形缆转动时,伞便收笼起来。这样反复不断的运动,导致旋转的轮子驱动使涡轮发电机发电。后来,美国加利福尼亚州的皮特·可沙曼组织设计了一个海流发电方案,取名“科里奥利方案”。

混合基线

一个国家的地理情况不会绝对的曲折或平直,《联合国海洋法公约》第14条承认,沿海国可以交替使用两种方法确定其领海宽度,以适应不同情况。这就是混合基线法。此外,群岛国可以划定连接群岛最外缘岛礁的直线基线。《公约》并对群岛基线的划定方法和条件作了规定。

化学海洋学

化学海洋学也可以叫海洋化学,是用化学原理和化学技术,研究海洋中物质的性质和它们的化学作用的一门科学。化学海洋学研究的范围,涉及到一个庞大而复杂的领域——世界海洋。在广泛的实践中,化学海洋学研究的内容主要有以下四个方面:一是海水化学;二是海洋沉积物化学;三是活体海洋生物化学;四是海洋界面物理化学及与界面物相互作用的化学。因此,化学海洋学相对于海洋学的其他分支学科来说,所描述的内容和范围要更多、更广泛一些。具体来讲,化学海洋学主要是研究和测定海水的同位素、元素及分子能级,或者说,它是研究海洋中有机物和无机物的组成,包括这些物质的基本特性、来源、构造模式,还有在海洋地质、生物、物理、气象等领域中的特殊作用。

河口化学

河口化学是研究各种物质在河口区的河水和海水不断交汇过程中的通量、相互作用、物质变化及其过程的学科。

较早的一条海底铁路隧道

1942年,日本在下关和门司之间修筑了一条长63千米的海底隧道。这是较早的一条海底铁路隧道。

架设海上桥梁

架设海上桥梁一般只适用于狭窄海域地带。上桥梁一般采用多桥墩支承钢架式和少桥墩拉索式两种方式。因为海洋环境恶劣,风浪海流都很大,不利于修建多个桥墩,现代的跨海大桥多采用拉索式钢铁吊桥。国外的跨海大桥都采用少桥墩拉索式钢铁吊桥。

与海上桥梁类似的构造物,如栈桥、人工堤坝,在我国早已出现。青岛栈桥就属于海上桥梁,是青岛着名的风景区。至于人工堤坝,是对侵蚀海岸防护的重要手段。架设海上桥梁,开凿海底隧道也是人类利用高新工程技术,开发利用海洋空间的伟大实践。

扩容法

人们经过长期的观察测量发现,照射到海面上的太阳能,在海面上层就被迅速吸收了,而下层水由于上层水对阳光射线的阻拦,则吸收得较少而且越往下水温越低。例如,在低纬度海域水下500米深处的水温在5℃~10℃之间,而3000米深处的水温只有1℃~2℃。如果把赤道表层水作为热源,把2000米深层的海水作冷源,上下温差达26℃,就可以用作温差发电了。在解决了热源和冷源之后,人们发现只有使海水沸腾产生蒸气时才能推动汽轮机转动发电。可是海水的“热源”只有30℃左右,如果加热使之沸腾,则要耗费大量燃料,这是很不经济而且事与愿违的事情。经过研究分析,人们根据水的物理特性,认为在一个大气压下,水温升到100℃便沸腾。同样,在水温度不变的情况下,当压力降到一定值时,水也要沸腾。这样获得蒸气的方法叫“扩容法”。

用“扩容法”得到蒸气并推动发电的人是法国科学家克劳德。1926年11月15日,克劳德与鲍切特合作,进行了一次海水温差发电的模拟实验。他们用2只容积为25升的烧杯,一只装着28℃的温水,另一只装着冰块,用导管将两只烧杯连成一个密闭系统,外接一台真空泵。系统内有喷嘴,在中央轮和发电机之间,用引线接出3只灯泡。在实验中,克劳德用真空泵将烧杯内的空气抽出,当杯内的大气压为1/25时,温水就变得沸腾起来,随即涡轮转动了,灯泡也发出耀眼的光芒。

1930年,克劳德来到古巴,在其海岸建起了一座22千瓦的海水温差电站。该电站以海边27℃的表层海水为热源,以离海岸2000米远650米深处的冷海水为冷源,以”开式循环方式”发电,发电量达22千瓦。这是世界上第一座海水温差发电站。虽然发出了电,但冷水抽水泵消耗的功率过大,以至于电站发出的全部电力还不能满足水泵的需要。最后一场大风暴把发电站摧毁了。

可抑制癌细胞的海洋生物提取物

海洋中某些动物体内含有一种抗生素。这种抗生素具有抗肿瘤作用。目前,一些制药业的研究人员正在进行从海藻和微小海洋生物提取有毒化合物的实验,以作为医治某些疾病的有效手段。初步实验表明,从某种海绵状生物中提取的有毒物质,有抑制癌细胞发展的作用。从灌肠鱼体内提取的某种物质有助于治疗糖尿病,美国一位海洋问题专家形象地说:“海洋生物犹如一个可提供有关健康问题解决办法的咨询中心。”在考虑从海洋中采药的时候,医学专家们十分重视对珊瑚的开发和利用。实验表明,从珊瑚礁中提取的有毒物质,和某种海绵状生物中提取的毒物一样,也具有抑制癌细胞发展的作用;而从珊瑚礁中提取的其他物质对关节炎和气喘病可起到减轻炎症作用。有一种产于夏威夷的珊瑚,它含有剧毒,可用于制成治疗白血病、高血压及某些癌症的特效药。中国南海一种软珊瑚的提纯物,具有降血压、抗心率失常及解痉等作用。

卤化碳氢化合物

卤化碳氢化合物制成的农药在人们的农业生产中曾产生过积极的作用,但是,它对环境的破坏是严重的。近些年来,一些国家已经禁止使用对环境有破坏作用的农药杀虫剂。但是,它们产生的危害仍然存在。例如,滴滴涕(DDT)和多氯联苯(PCB)等。人们对这些有害物质进入海洋进行了追踪性的研究。由大气进入海洋环境氟里昂,格外受人关注。研究其测定方法,研究下降流区的深层水的流动趋势,对氟里昂进行检测。近些年来,人们在痕量金属研究中又有新突破,其中对铜、锌、铅和汞等主要痕量金属进行有效检测。研制了测定海水和空气中汞的技术方法。人们对海水中汞的研究,增进了人们对甲基化过程,不同种类物质的海-气交换、还原、氧化等过程有了新认识。具有不同氧化还原作用及综合性的放射性同位素,如,铅、镭、镁、钋、钚和镅等研究,可以揭示出海水中发生的重要化学进程。

利用风力淡化海水

正当欧洲南部遭受20世纪最严重干旱的时候,欧洲科学家找到了利用风力淡化海水的新方法。淡化海水要求提供恒定的动力,因为风力中断可能遭致过滤海水的膜损坏。科学家们为了解决这一问题,把膜分解为三个部分,并且发明了一种新型软件,控制风力的输入和储存。新建成的工厂采用分解式流程,根据风力情况,分步进行工作。新工厂的风轮机的发电量超过了工厂的需要,可以储存起来供风力减弱时使用。第一座风力发电站选址于加纳利群岛,这里一直遭受到最严重的干旱。该岛70%的用水来自大海,为了淡化海水要消耗掉火力发电厂发电量的35%。这项新技术市场前景非常广阔,因为大部分饱受干旱之苦的国家常年有风。

美国开发锰结核资源的好处

美国人认为,开发锰结核资源对美国有5大好处。

(1)美国的战略金属镍、钴、锰的97%需要进口,而这些金属的生产国又往往难以保证美国的需要,开发锰结核矿产可以使美国战略金属资源得到价格合理的稳定供应;(2)可以减少美国的外汇赤字;(3)增加基础工业投资;(4)解决地区劳动力就业;(5)使美国能继续地在海洋技术方面保持领先的地位。

锰结核的形成

对于锰结核的形成,一般有三种说法:

(1)生物成因。锰结核的金属来源于沉降到海底的海洋动物遗骨。当它们被生活在结核表面的底栖微生物食用后,使金属聚集,逐渐使锰结核增长。

(2)火山成因。锰结核是由海底火山及由此产生的火山岩的缓惭蚀变,使岩石中含有金属被淋滤,经过沉淀而形成的。

(3)自生化学沉积说。认为锰结核的金属原自海水和沉积物的孔隙水,河流将大陆上的某些金属元素和沉积物带到海中,经过自生化学沉积作用而形成锰结核。这些说法各有各的道理,锰结核究竟是什么原因形成的,恐怕也只能在今后的实践中去寻找答案了。

日本深海开采锰结核的因素

日本也是对海底锰结核研究开发最积极的国家之一,先后投资8000万美元,制定了9年研究开发规划,日本人认为,影响日本深海开采锰结核工作发展的4大因素是:

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