海水自用综合利用 344

1、海水资源的开发和利用 第一节第一节 开发利用金属资源和海水资源开发利用金属资源和海水资源 海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图 低温蒸馏海水淡化具有设备的一次性投资低温蒸馏海水淡化具有设备的一次性投资低、热电消耗低、传热效率高、操作弹性大、低、热电消耗低、传热效率高、操作弹性大、产品水的纯度高、装置的安全性好等诸多优点，产品水的纯度高、装置的安全性好等诸多优点，是世界各国竞相发展的淡化技术。它利用电是世界各国竞相发展的淡化技术。它利用电厂、化工厂或石油化工厂的低品位余热或仅厂、化工厂或石油化工厂的低品位余热或仅仅利用电能，生产纯度极高的蒸馏水仅利用电能，生产纯度极高的蒸馏水 (5 (5ppm)

2、,ppm),以作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水以作为锅炉的补充用水、生产过程的工艺用水或者大规模的市政供水，适合于大中型海水淡或者大规模的市政供水，适合于大中型海水淡化使用。化使用。海水淡化海水淡化太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图： 海洋化学资源：食盐、镁、溴、淡水等海洋化学资源：食盐、镁、溴、淡水等 电解饱和食盐水反应原理 阴极：阴极： 阳极：阳极：总反应：总反应：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 电解电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH电解电解+Cl2Cl2Cl

3、H2Na+H+OH淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜 阳 极金属钛网阴 极碳钢网1、氧化、氧化 工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为为3.5左右晒盐后留下苦卤左右晒盐后留下苦卤(富含富含Br-离子离子)中置换出中置换出Br2。二、海水提溴二、海水提溴Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 2、吹出、吹出 然后用空气把然后用空气把Br2吹出，再用吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的溶液吸收，即得较浓的NaBr和和NaBrO3溶液：溶液： 3CO32- + 3Br2 = 5Br- + BrO33- + 3C

4、O2最后，用最后，用硫酸硫酸将溶液酸化，将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：即从溶液中游离出来： 5Br- + BrO33- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O 3 3、吸收、吸收 用还原剂二氧化硫使溴单质变为用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBrHBr，再用氯气将其氧化成溴产品。，再用氯气将其氧化成溴产品。Br2 + SO2+2H2O=2HBr+H2SO4Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪些离子？些离子？Cl- Na+ Mg2+ Ca2+ SO42-结合海水资源的特点，我们从海水中提结合海水资源的特

5、点，我们从海水中提取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又可能会面临怎样的困难？可能会面临怎样的困难？三、海水提镁三、海水提镁思考：思考：、如何实现、如何实现Mg2+ 的富集和分离？的富集和分离？可以加入一种试剂使可以加入一种试剂使Mg2+ 沉淀沉淀、是不是直接往海水中加沉淀剂？、是不是直接往海水中加沉淀剂？不是，因为海水中的不是，因为海水中的Mg2+ 的浓度很小，直接加沉的浓度很小，直接加沉淀剂不利于淀剂不利于Mg2+ 的沉淀，而且会增大沉淀剂的用的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂、从综合角

6、度考虑选用哪种试剂作、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？沉淀剂好？Ca(OH)2思考思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？如何由贝壳制得氢氧化钙？贝壳(CaCO3)煅烧煅烧CaOCa(OH)2、从沉淀效果看，澄清石灰水比、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠效果差得多，如何解决这氢氧化钠效果差得多，如何解决这一矛盾？一矛盾？、如何制得无水、如何制得无水MgCl2 ？、由、由MgCl2 到到Mg究竟用还原法还是电究竟用还原法还是电解法好？解法好？思考：用石灰乳代替石灰水用石灰乳代替石灰水先加盐酸反应，再浓缩得先加盐酸反应，再浓缩得MgCl26H2O晶晶体，然后再将体，然后再将MgCl26H2O晶体在晶

7、体在HCl气气氛中加热脱水即可得无水氛中加热脱水即可得无水MgCl2 由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁、请设计由、请设计由Mg(OH)2到到Mg的可能途径。的可能途径。 过滤，加盐酸过滤，加盐酸 加热加热 电解电解海水 母液 b c 煅烧 a 浓缩浓缩贝壳 石灰乳 a ； b ； c 。MgCl2溶液练习练习根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式完成工业上用海水提镁的工艺流程，完成工业上用海水提镁的工艺流程，并写出并写出a、b、c三个

8、步骤的化学方程式：三个步骤的化学方程式：CaOMg(OH)2MgCl26H2OMgCl2MggCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2通电思考：电解产生的思考：电解产生的Cl2怎么处理？怎么处理？Cl2探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐酸的试管中；酸的试管中；现象：现象： 结论或化学方程式结论或化学方程式： 镁条逐渐溶解，有大量气体产生镁条逐渐溶解，有大量气体产生 Mg+2HCl=MgCl2+H2探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；现象：现象： 结论

9、或化学方程式：结论或化学方程式： 有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红(但比钠与但比钠与水反应缓和得多）水反应缓和得多）Mg+H2O=Mg(OH)2+H2探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满CO2的的集气瓶中。的的集气瓶中。现象：现象： 结论或化学方程式：结论或化学方程式： 燃着的镁条在燃着的镁条在CO2中继续燃烧，发出耀眼的白光，中继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着2Mg + CO2=2MgO+C点燃四、四、Mg条与氮气的反应条与氮气

10、的反应 3 Mg +N2= Mg3N2点燃1、海水中含的、海水中含的MgCl2是是Mg的重要来源之一的重要来源之一,从海水中提镁，从海水中提镁，可按如下步骤进行：可按如下步骤进行：（1）将贝壳制成石灰乳）将贝壳制成石灰乳（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物淀物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将产物熔融后电解（）将产物熔融后电解关于提取镁，下列说法中不正确的是（关于提取镁，下列说法中不正确的是（ ）、此法的优点之一是原料来源丰富、此法的优点之一是原料来源丰富、进行（、进行（

11、1）、（）、（2）、（）、（3）步的目的是从海水中提取）步的目的是从海水中提取MgCl2、第四步会产生氯气、第四步会产生氯气 D、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应2、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是 （ ） A、C B、 MgO C、MgCO3 D、Mg3N2CMgBr2+NaOH=2NaBr+Mg(OH)23、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀，发生反应的化学方程式产生白色沉淀，发生反应的化学方程式为为

12、小结、海水中的化学元素的存在与利用、海水提镁的工艺流程、镁的性质、镁的用途四、从海水中提取重水四、从海水中提取重水 海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。据计算，每立方千米海水中含有3 750104 t固体物质，其中除氯化钠约3 000104 t外，镁约450104 t，钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。 中中 国国 海海 域域 镁镁在海水中含量很高，仅次于氯和钠，居第3位。 溴溴的浓度较高，平均为6710-3 mL/L，地球上99以上的溴都储存在海水里，故溴有“海洋元素”之称。 碘碘在海水中的浓度只有0.06 10-6，属于微量元素。 钾钾在海水中的总量为

13、500 1012 t以上。海水中所含钾的储量远远超过钾盐矿物储量。 铀铀海水中的总量非常可观，达45108 t，相当于陆地储量的4500倍。 一吨海水中所含重水的核聚变反应，可释放出相当于256t石油燃烧所产生的能量。 重水重水核聚变反应可释放出相当能量，海水中约有200108 t重水。 提取提取 氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢重氢”。氢二氧一化。氢二氧一化合成水，重氢

14、和氧化合成的水叫做合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水重水”。重水主要赋。重水主要赋存于海水中，总量可达存于海水中，总量可达250250亿吨。重水现在已是核反应堆运亿吨。重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。 制备重水有两种方法，制备重水有两种方法， 蒸馏法：这种方法只能得到纯度为蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%92%的重水的重水； 电解法：可得电解法：可得99.7%99.7%的重水，但消耗电能特别的重水，但消耗电能特别大。大。 化学法化学法：重水可以通过多种方法生产。然而只有两种方法已重水可以通过多种方法生产。然而只有两种方

15、法已证明具有商业意义：证明具有商业意义： 水水 - - 硫 化 氢 交 换 法 （ 和 氨硫 化 氢 交 换 法 （ 和 氨 - - 氢 交 换 法 。氢 交 换 法 。 水水- -硫化氢交换法是基于在一系列塔内（通过顶硫化氢交换法是基于在一系列塔内（通过顶部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向水中迁移，而