浩瀚的海洋是一个巨大的“聚宝盆”,相对其它资源而言,海水“取之不尽,用之不竭”的,它不仅是承载航运交通之水路,而且经过淡化后能大量供给工业用水以及未来的生活用水。海水总体积约有137亿立方千米,海水中含有大量的金属元素和化合物,目前已知含有80多种元素,可供提取利用的有50多种。

  海水约占地球表面积的71%,具有十分巨大的开发潜力。仅以海水资源为例,海水资源的利用和海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。

  海水盐分中镁的占有量仅次于氯和钠,位居第三。镁具有重量轻、强度高等特点。镁合金是制造飞机、舰艇的重要轻型材料;镁锂合金的重量最轻,又最耐热,因而在军事工业和民用企业上具有极其重要的意义。同时它被广泛应用于火箭、导弹、飞机制造业,以及汽车、精密机器等各个领域。各国钢铁工业的迅速发展,不仅对镁砂(氧化镁)的数量要求日益增多,而且也对炼钢所需的优质镁砂要求其杂质含量在2%~4%以下。这个要求用陆上天然菱镁矿烧结后制的镁砂是无法达到的。而且海水提取,早在20世纪60年代其纯度就已达到96%~98%,目前纯度又升至99.7%。如此超高纯度的镁砂,无疑最能满足冶金工业的特殊需要。

“镁”在海洋世界里畅游

  在第二次世界大战期中,美国人为了适应镁的生产需要,德武(Dow)化学公司曾经发明了一种从海水中提取镁的方法。海水提镁,就是要把镁离子跟其他阳离子分离开来。利用离子反应生成难溶物质,可以使某些离子从溶液中析出。那么,能不能向海水中加入一种离子,使镁离子变成沉淀析出,而其他的阳离子仍留在海水中呢?

  在氯化镁溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,生成白色沉淀,这种沉淀是氢氧化镁。氯化镁都是电解质,它们的溶液中有镁离子,这跟在海水中存在的形式一样。因此,向海水中加入碱溶液,镁离子也能转变成氢氧化镁,从而跟其他阳离子分离。海水提镁用的碱是廉价的石灰乳,它是利用海滩大量沉积的贝壳资源(主要成分是CaCO3)经煅烧成生石灰再溶于水制成的。

  用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液。待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁,它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁。氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水。

  要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的。如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度。例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁。这样得到的镁常含有较多的杂质。

  因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁。用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液。在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁。氧化镁的熔点太高(2800℃),而氯化镁的熔点要低得多(714℃)。所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料。用盐酸溶解氢氧化镁(或氧化镁),再使溶液浓缩,就得到氯化镁。在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子。通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子;镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,最后还原成高纯度的单质镁。

  现今,世界上金属镁和镁化合物很大一部分直接或间接取自海水。与发达国家相比,我国综合提取利用技术差距较大,但是自90年代以来有很大发展,从传统的苦卤化工“老四样”(氯化钾、氯化镁、硫酸钠和溴),已经发展到现在的近百个品种。今后的发展方向是量大面广的系列镁肥(市场有百万吨级的潜力)和高技术含量、高附加值的其他镁产品。

  镁是重要的战略物资,畅游海洋世界里的“镁”在机械制造工业上,已经有代替钢、铝和锌等金属的趋势,在冶金工业和化学工业方面也开辟了新的广阔的用途。未来在海洋里提取镁将进一步拓展金属镁的“镁”好未来。

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