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“鎂”在海洋世界里暢游

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浩瀚的海洋是一個巨大的“聚寶盆”,相對其它資源而言,海水“取之不盡,用之不竭”的,它不僅是承載航運交通之水路,而且經(jīng)過淡化后能大量供給工業(yè)用水以及未來的生活用水。海水總體積約有137億立方千米,海水中含有大量的金屬元素和化合物,目前已知含有80多種元素,可供提取利用的有50多種。

浩瀚的海洋是一個巨大的“聚寶盆”,相對其它資源而言,海水“取之不盡,用之不竭”的,它不僅是承載航運交通之水路,而且經(jīng)過淡化后能大量供給工業(yè)用水以及未來的生活用水。海水總體積約有137億立方千米,海水中含有大量的金屬元素和化合物,目前已知含有80多種元素,可供提取利用的有50多種。

  海水約占地球表面積的71%,具有十分巨大的開發(fā)潛力。僅以海水資源為例,海水資源的利用和海水化學資源的利用具有非常廣闊的前景。

  海水鹽分中鎂的占有量僅次于氯和鈉,位居第三。鎂具有重量輕、強度高等特點。鎂合金是制造飛機、艦艇的重要輕型材料;鎂鋰合金的重量最輕,又最耐熱,因而在軍事工業(yè)和民用企業(yè)上具有極其重要的意義。同時它被廣泛應用于火箭、導彈、飛機制造業(yè),以及汽車、精密機器等各個領域。各國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展,不僅對鎂砂(氧化鎂)的數(shù)量要求日益增多,而且也對煉鋼所需的優(yōu)質鎂砂要求其雜質含量在2%~4%以下。這個要求用陸上天然菱鎂礦燒結后制的鎂砂是無法達到的。而且海水提取,早在20世紀60年代其純度就已達到96%~98%,目前純度又升至99.7%。如此超高純度的鎂砂,無疑最能滿足冶金工業(yè)的特殊需要。

  在第二次世界大戰(zhàn)期中,美國人為了適應鎂的生產需要,德武(Dow)化學公司曾經(jīng)發(fā)明了一種從海水中提取鎂的方法。海水提鎂,就是要把鎂離子跟其他陽離子分離開來。利用離子反應生成難溶物質,可以使某些離子從溶液中析出。那么,能不能向海水中加入一種離子,使鎂離子變成沉淀析出,而其他的陽離子仍留在海水中呢?

  在氯化鎂溶液中加入氫氧化鈉溶液或石灰水,生成白色沉淀,這種沉淀是氫氧化鎂。氯化鎂都是電解質,它們的溶液中有鎂離子,這跟在海水中存在的形式一樣。因此,向海水中加入堿溶液,鎂離子也能轉變成氫氧化鎂,從而跟其他陽離子分離。海水提鎂用的堿是廉價的石灰乳,它是利用海灘大量沉積的貝殼資源(主要成分是CaCO3)經(jīng)煅燒成生石灰再溶于水制成的。

  用海水提鎂時,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氫氧化鎂的懸濁液。待沉淀沉降后取出沉淀,經(jīng)洗滌后得到純度很高的氫氧化鎂,它沒有多大用途,必須使它變成有用的氧化鎂和金屬鎂。氫氧化鎂不穩(wěn)定,受熱后分解成氧化鎂和水。

  要使+2價的鎂離子得到電子而還原成單質鎂,是比較困難的。如果用類似煉鐵的方法冶煉鎂,需要很高的溫度。例如在2000℃下用焦炭還原氧化鎂,才能制得單質鎂。這樣得到的鎂常含有較多的雜質。

  因此,工業(yè)上常用電解法使鎂離子在陰極得到電子,還原成單質鎂。用電解的方法冶煉鎂,先要獲得含有鎂離子的熔融液。在鎂的化合物中,典型的離子化合物有氧化鎂和氯化鎂。氧化鎂的熔點太高(2800℃),而氯化鎂的熔點要低得多(714℃)。所以人們選擇氯化鎂作為電解制取鎂的原料。用鹽酸溶解氫氧化鎂(或氧化鎂),再使溶液濃縮,就得到氯化鎂。在熔融的氯化鎂中有能自由移動的鎂離子。通入直流電后,氯離子向陽極移動,在陽極上失去電子,氧化成氯原子,兩個氯原子結合成1個氯分子;鎂離子向陰極移動,在陰極上得到電子,最后還原成高純度的單質鎂。

  現(xiàn)今,世界上金屬鎂和鎂化合物很大一部分直接或間接取自海水。與發(fā)達國家相比,我國綜合提取利用技術差距較大,但是自90年代以來有很大發(fā)展,從傳統(tǒng)的苦鹵化工“老四樣”(氯化鉀、氯化鎂、硫酸鈉和溴),已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的近百個品種。今后的發(fā)展方向是量大面廣的系列鎂肥(市場有百萬噸級的潛力)和高技術含量、高附加值的其他鎂產品。

  鎂是重要的戰(zhàn)略物資,暢游海洋世界里的“鎂”在機械制造工業(yè)上,已經(jīng)有代替鋼、鋁和鋅等金屬的趨勢,在冶金工業(yè)和化學工業(yè)方面也開辟了新的廣闊的用途。未來在海洋里提取鎂將進一步拓展金屬鎂的“鎂”好未來。

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