海水的起源

距今约46亿年前，因宇宙空间群星的凝结而诞生了地球。之后因放射性物质放出的热，使地球内部热起来，诞生后经过约10亿年后，因地球内部的高温而熔化的熔石就流出地球表面，从而开始生成了地壳。这种熔岩含有水和气体，流出的时间长达35亿年之久，积蓄起来的熔岩就是现在的海和大气的基础，这就是现在对海起源的定论。

这样形成的海，其面积约3亿6000万km²，约占地球表面的70%，平均深度3.8 km，全部海水的质量据说有1.4×10¹⁸t。地球的全部质量是6000×10¹⁸t，地壳的质量是25×10¹⁸t，海的质量是约相当于地球质量的四千分之一，即约为约相当于地壳质量的6%。如果想用整个陆地填海，那么整个地球表面就变成海洋，其平均深度为2440米。因海水的成分基本上固定，故海水质量l. 4×10¹⁸t就成为计算海水中的资源之基础。

溶于海水的资源成分

海水是约含有3.5%的稀薄水溶液，海水有咸味是氯基盐类所致的，即氯气为阴离子成分的盐类。碳酸盐类被海中生物消费，虽在海水中少，但在河水中却多。在海水中的盐类完全被分解而呈现着离子状态。

100多年前，“挑战号”在海底发现了锰结块。据该船对世界各海所作的调查，虽各海的盐类浓度有差别，除靠近陆地的海域之外，世界各海域间的盐类含有率几乎是一定的。氯是海水中存在最多的，从氯浓度的测定值（Cl），经常以千分率（‰）来推定盐分浓度（S），如下式：S=0.030+1.8050 Cl，式中的S和Cl均为（‰）。对于几乎不受陆水影响的海域的海水，一般用下式：

S=1.80655 Cl。

表1是表示溶化于海水中的盐类及主要元素。另外，从海水中也检测出几乎所有微量成分的元素。

表2是表示溶化于海水中的金属量的概况。表3是表示在地壳中的金属元素。

据估计，溶于海水中的金属量同因地壳的风化而地壳中的金属成分元素被运进海水中有一定的关系。

资源之一的海水

从全球规模看，海水是继续维持人类生存环境所必须的要素。但如果单纯地从人类的生活这个小圈子看，作为资源之一的海水是被如何被利用的呢？如从海水中提取食盐、作为发电站的冷却水、各种工业用水、海水淡水化、回收锰铁，回收溴等，迄今为止，利用海水资源仍很少。

1982年，德里斯科尔（Driscoll）等人在麻省理工学院作了题为，“回收海水资源的经济价值的报告”。该报告称，即使低浓度，只要能获得高价的成分或虽然是低价格，只要能获得高浓度的，从浓度和市场价格看，要取得经济上合算的回收是有希望的。

在经济上被认为有回收价值的有：镁、溴、锶、铷以及锂。如果市场价格好，有希望回收的有：铀、碘以及钼。回收价值低的有：金、银、白金、铍、嫁、锗、绝、钴、钒、镍、铬、铜、锌、锰以及铁。

除溴和碘之外，在金属方面镁已取得回收的实际成绩，当前有回收价值的还有铀、锂、铷以及锶，镁在海水中约含有0.13%，回收的基本方法是，在海水中添加消石灰或石灰石，从而取得氢氧化镁的沉淀反应。如果最终想获得金属镁，那还要继续电解。

日本主要的是生产死烧氧化镁（magnesia clinker），其大部分作为炼钢用耐火砖使用。在这领域广泛研究的问题是，吸着镁时如何去除去或防止混入的硼或钙的不纯物质。另外，铀和锂的回收问题研究也取得了相当进展。

从海水中回收铀

铀是以三碳酸铀酰［UO₂(CO₃)₃］这种极为稳定的络离子（complex ion）的形式溶于海水中，其浓度为0.003 ppm（3 ppb），估计在全部海水中约有45亿吨。从海水中回收铀的基本过程如下图，

浓缩度（0.5~3%u）的处理以后，可采用同铀矿石处理一样，即可得重铀酸盐。一般所说的［铀浓缩］是指提高在天然铀中约含有0.7%的u²³⁵含有辛的操作，但这与这里所说的浓缩不同。在回收海水铀方面，现在开发有高效率的吸着剂成为重要课题。因为有必要从同低浓度铀共存的浓度更高的其它的溶化元素中有选择的进行回收。

60年代初，英国就开始注意到作为吸着剂的含有氢氧基的钛，随后也作了长期的研究，但最近发现以具有一种属于蝥合（chelate）基的酰胺肟（amido oxime）基吸着剂为中心的各种有机系吸着剂。

开发的另一个重要课题是，吸着剂同海水的有效接触方法。因为铀在海水中毕竟是浓度非常稀薄，但吸着剂又必须同大量的海水接触。例如一年要回收1000吨铀，即使其回收率100%，每秒要处理的海水就多达3万km³，据说这种流量相当于日本最大的河“利根川”150条河的流量。

可见，其能量消耗是惊人的，为了抑制成本，正在研讨利用自然能，即海流、潮汐流以及波等能源，在这种构想下的海洋构造物，正在考虑采用的有：着底式，半潜水式及浮体式等。

在使用水泵使海水流动的方式时，作为水泵动力用的能量也是个问题。现在研讨的问题是合算不合算，即从海水中回收铀可得的能量价值扣除为回收铀而消耗的能量的费用后究竟还剩多少？

例如使用水泵流动固定床方式时，当压损的水柱假定分别为2.2 m、5 m、10 m、15 m时，其能量增益（energy keynes）就分别为6.4、3. 5、2、1。如果使用潮汐堰堤时，其能量增益是11.7。

从海水中回收铀的成本大约是从矿石中取铀的成本的5~10倍。当然从海水中回收铀是否得妥，不是仅由能量增益或成本球可决定的，还要看全球的能量供需情况以及国际形势如何。从1975年度开始，通产省所属的资源及能源厅把回收海水中铀作为该厅的科研项目，并为此成立了研究组织。现在利用设在香川县仁尾镇的实验设备为建立其基础技术，在实验中积蓄各种实验数据。

从海水中回收锂

锂可作为合，金、反应堆材料、陶瓷、聚合催化剂，医药品等的原料。但当锂电池或核聚变反应堆对锂的需求量增加，其供应量就不足，据说2000年时在陆地上的锂资源就枯竭，这时在海水中的锂就引人注目。据说其浓度比铀高50倍，但有选择性地吸着海水中的锂就难了，因为在海水中，化学性质相似的其它碱性金属性硷及碱土金属大量存在。

近年来，日本尤其在日本“四国”工业技术试验所对从海水中同收锂的研究取得了进展、这试验所也把开发高效率吸着剂作为科研重点，进行各种试验，并指出锰氧化物系的吸着剂起了有效作用，该试验所提出了利用火力发电厂及其它工业排水手段回收锂的方程。也在研究利用离子交换法从以海水制盐而产生的盐卤中回收锂以及利用浮选法回收锂。

小结和今后的展望

开发海水资源要有海洋科学领域里的基础知识，还要同各种工业技术相结合的技术。目前，利用工业手段回收海水资源的只有食盐、锰及溴，其余的尚未达到这个地步，为此，开发有选择性地吸着超稀薄成分以及浓缩所需要的新功能的新材料，这对于回收锶和铷等金属元素也是一样，即需要开发出分子或原子水平的材料技术。

利用海洋生物的作用回收海水资源也很有兴趣。据有些报告说，铀浓聚于一些海藻类，还说有一些硫化锔矿床是因为溶化于海水中的硫酸盐通过细菌的还原作用而生成的，所以在海水中培养这一类细菌，从而使海水中的微量元素生成人工矿床。

从巨视观点看，海水资源的开发可通过原子能发电、淡水化和回收溶化于海水中资源相结合，或波力发电与回收海水中资源相结合。要使这一项巨大综合性系统能得以实现，那就要从地球环境保护等各个视野考虑，确立这种系统工程学并开发有效的综合性工程技术。

[《金属》（日），1992年1月号］