研究海洋资源与环境问题的理论

海水中的化学资源丰富多样，海水中含有80多种元素，各种盐类约有5×1016t，海水中的化学元素资源人类既可以以盐类矿产加以开发利用，也可以专门提取其中的有用化学元素。

1.海盐资源

海盐资源利用有悠久的历史，利用的方式从古代的熬盐到现代的晒盐，以及电渗析法和冷冻法等。浅池蒸发法制盐需要在海边建设大量蒸发池和结晶池，相当于滩涂围垦造成的生态影响。电渗析法和冷冻法制盐所造成的生态影响类似于海水淡化。

2.海水中的化学元素资源

海水化学元素资源是指海水中含有的大量化学元素，其中以卤族元素含量最为丰富。目前，已被广泛利用的海水化学元素资源主要有卤族元素溴、碘，碱金属元素钾、镁，放射性元素铀和重水。各种海水化学资源在生产过程中，经常使用酸碱等大量化工产品，产生大量的废水、废气，会对环境造成影响。

(1)溴(Bromium，Br)

溴元素在海水中的浓度较高，可列第9位，平均浓度大约为0.067g/kg。海水中溴的总含量为9.5×10t，地球上99%以上的溴溶于海水中，故而把溴称为“海洋元素”。

溴是一种赤褐色的液体，具有刺激性的臭味。溴被广泛用于医药、农业、工业和国防等方面。目前世界溴的年生产水平为3×105～4×105t，海水提溴占1/3左右。我国溴的产量较低。目前，世界上的溴主要是从海水中直接提取的，基本上均采用吹出法。吹出法就是用氯气氧化海水中的溴离子(Br-)使其变成单质溴(Br2)，然后通入空气和水蒸气，将溴吹出来加以吸收。其生产过程包括氯化、吹出、吸收等步骤。

(2)碘(Iodine，元素符号为I)

在所有的天然存在的卤素中，碘最为稀缺。虽然在大气圈、水圈和岩石圈中，均发现有碘的存在和分布，但其丰度却很低，属于痕量级元素。碘是工业、农业和医药保健等方面的重要原料。在人工降雨的火箭添加剂中，也是不可缺少的要素。近些年来，由于碘作为食品添加剂、消毒剂、合成试剂和催化剂、X射线透视响应剂，在感光材料等的制备以及在尖端技术等方面的广泛用途，其需用量日益增加。目前，世界上除了日本、智利等国外，大多数国家所生产的碘均不能满足本国的需要。

(3)钾(Potassium，元素符号为K)

钾在地壳中的丰度为2.47%，属于分布很广的元素。在海洋水体中，钾平均含量约0.39g/kg，仅次于钠、镁、钙，居金属元素的第4位。钾是动、植物生命过程中不可缺少的元素，能够维持细胞内的渗透压和调节酸碱平衡，参与细胞内糖和蛋白质代谢，维持神经肌肉的兴奋性，参与静息电位的形成，在生命活动过程中起着重要作用。钾肥能增强植物的抗旱、抗寒、抗倒伏、抗病虫害等能力，并能提高产量，对农业生产具有十分重要的意义。

钾在工业、医药方面也有广泛的用途。钾可用于制造钾玻璃，亦称为硬玻璃，其特点是一般没有颜色，比钠玻璃难于熔化，不易受化学药品的腐蚀，常用于制造化学仪器和装饰品等。钾亦可以制造软皂，用于医药等方面的洗涤剂或消毒剂，也用于汽车和飞机的清洁剂。此外，钾铝矾(即明矾)可以用作净水剂和媒染剂，钾铬矾又可以用作鞣剂。

世界上钾盐的主要来源是古海洋遗留下的可溶性钾矿，目前已经探明的可溶性钾矿储量分布很不均匀，其中加拿大、俄罗斯两国几乎占世界钾盐储量的90%，德国和美国储量也较丰富。中国是钾资源缺乏的国家。钾在海水中的含量丰富，在海洋水体中钾的总蕴藏量达5.5×1014t以上，远远超过钾矿物的储量。因此，许多国家都致力于从海水中提取钾。从海水中提取钾实际上是从海水中提取氯化钾。采用的方法有蒸发结晶法、化学沉淀法和溶剂萃取法。(www.xing528.com)

(4)镁(Magnesium，元素符号为Mg)

镁是10种常用有色金属之一，其蕴藏量丰富，地壳中的含量为2.1%～2.7%，在所有元素中排第8位，是仅次于铝、铁、钙居第4位的金属元素。

镁也是动、植物生命过程中不可缺少的元素，镁可以活化各种磷酸变位酶和磷酸激酶，在光合作用和呼吸过程中具有重要意义。

镁在国防、工业上用途广泛，镁合金可用来制造飞机、快艇，可以制成照明弹、镁光灯，还可以用作火箭的燃料。日常用的压力锅及某些铝制品中也含有镁。镁还是冶炼某些珍贵的稀有金属(如铁)的还原材料。镁的化合物中需要量最大的是氧化镁，含氧化镁80%～88%的镁砖就是碱性耐火材料。

镁在海水中的含量很高，其浓度为0.129%，仅次于氯和钠，居第三位。世界上镁的来源主要就是海水镁资源，海水中含镁总量达1.8×1015t。

(5)铀(Uranium，元素符号为U)

铀元素在自然界的分布相当广泛，地壳中铀的平均含量约为2.5×10-4g/L，陆地上铀的富矿很少，富矿只有沥青铀矿和钒钾铀矿等几种，目前已探明的具有开采价值的铀工业储量仅2×106t左右，加上已知的低品位铀矿和其副产铀矿资源总量不超过4×106t。

海水中铀总量巨大，海水中含铀的平均浓度仅3.3μg/L，一般多稳定在2.7～3.4μg/L的范围内，在海洋溶存的金属元素中，其丰度占第15位，其总储量高达4.5×109t，相当于陆地总含量的1 000倍。因此，海水被称为“核燃料仓库”，从海水中提取铀将成为世人关注的目标。海洋中铀的来源可归结为降雨、河川流入、尘埃，以及大洋底部的岩石风化等几个方面。随着原子能事业的迅速发展，对核燃料——铀的需求与日俱增。陆地铀资源远远不能满足要求，从海水中提取铀是解决资源与需求矛盾的重要途径，特别是对一些贫铀及能源贫乏的沿海国家和地区，具有重要意义。从海水中提取铀的方法有吸附法、溶剂萃取法、起泡分离法和生物富集法等。

(6)锂(Lithium，Li)

锂在地壳中含量约有0.006 5%，其丰度居第17位。已知含锂的矿物有150多种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。我国的锂矿资源较为丰富。海水中锂的含量15～20mg/L，总储量达2.6×1011t。

锂是理想的电池原料，锂被誉为能源金属，同位素锂-6与氘反应合成氦，同时每摩尔锂-6放出22.4 MeV的能量，是用于制造氢弹的重要原料。锂在材料、化工、玻璃、电子、陶瓷等领域亦有广泛应用。世界对锂的需求量年增长7%～11%。美国每年从海水中生产锂1.4×104t，我国目前用卤水生产锂占其总产量的30%～40%。

(7)重水

普通的氢原子量为1，它有两种稳定性的同位素：一种为氘(2H或D)；另一种为氚(3H或T)。氘原子核有一个质子和一个中子，原子质量比氢大1倍，原子量为2，故称重氢。自然界中，只有天然氢的0.014 7%。重氢和氧的化合物就是重水(D2O)。海水中含有2×1014t的重水。由于重水和半重水的蒸气压比水低，赤道地区的表层水中有富集重水的倾向。重水可作为一种巨大的能源，可用作原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料(重氢的核聚变反应可以释放出巨大的能量)。现在较大规模地生产重水的方法，有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。