26.07.2017
Металлические несущие конструкции являются неотъемлемым составляющим в строительных работах. При воздействии огня несущие функции...


26.07.2017
Большинству людей желтый цвет дарит бодрость и хорошее настроение. Он является символом спокойствия и умиротворения, а потому...


25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


Месторождения водорода

11.01.2017

Ресурсы водорода не учитываются, так как неисчерпаемы — это главным образом вода и природные газы, из которых он добывается, но в чистом виде пока используется в относительно малых количествах. Технофильность водорода (без учета использования H2O) очень низкая. Его изотопы применяются для производства метанола, аммиака и спиртов, гидрогенизации топлива, при гидроочистке топлива и жиров в нефтехимическом синтезе, а также в микробиологической, металлургической (1H) и атомной (2H, 3H) промышленности. Незаменимым полезным ископаемым является вода, необходимая во всех сферах человеческой деятельности.
Пероксид водорода H2O2 служит для дезинфекции и стерилизации, в качестве ракетного топлива, является реагентом при производстве перекисных соединений и красителей. Обнаружена и изучена принципиальная возможность использования водорода в качестве экологически чистого горючего, что при решении некоторых технических проблем может вывести его в число наиболее широко применяемых элементов.
Еще большие перспективы появления неисчерпаемых источников экологически чистого топлива могут реализоваться, если подтвердится гипотеза В.Н. Ларина о возможности получать водород с глубины 10—20 км в рифтогенных зонах благодаря окислению силицидов Mg, Fe и металлического кремния.
В начале 80-х годов общее мировое производство водорода превысило 200 млрд м3, а в США достигло ~ 130 млрд м3. По оценкам американских экспертов, к 2000 г. в этой стране потребление водорода, даже без учета новых областей использования, может достигнуть ~ 370 млрд м3 в год.
Вода, в отличие от водорода, является самым крупным по объемам добычи, переработки и использования полезным ископаемым. Мировое потребление воды в настоящее время составляет ~3*10в12 м3/год. Такие огромные масштабы использования воды связаны с отсутствием областей жизнедеятельности и хозяйственной деятельности, где бы она не была одним из главных компонентов. К водам разного назначения предъявляются специфические требования. Особенно жесткие гигиенические нормативы ПДКв действуют для питьевых вод, вод хозяйственно-бытового назначения и рыборазведения.
Кроме токсичных металлов и радиоизотопов в питьевой H2O нормируется количество микроорганизмов (<100 в 1 мл H2O, коли индекс <3); ПДКВ включает также (мг/л): нитраты (NO3-—45), полиакриламид (2), F' (0,7—1,5 — для разных климатических зон), полифосфаты (PO4в3—3,5), сульфаты (SO4в2- — 500), хлориды (Cl-—350). Общая жесткость (CaCO3) питьевой воды должна быть не более 7—10 ммоль/л, сухой остаток 1000—1500 мг/л, pH 6,0—9,0. Это самые общие требования, которые не учитывают все большее отрицательное экологические значение различных соединений техногенного происхождения. В последних нормативах для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения учтены ПДК — 1200 вредных веществ, лимитируемых в водах по стандартнотоксикологическим, органолептическим и общесанитарным показателям.
При огромных общих мировых ресурсах природных вод на пресные воды приходится 1000 в Нью-Йорке, ≥500 в Париже, ≥260 в Лондоне, ~100 в Москве, всего до 3 жителями африканских засушливых зон.
Основное количество пресной воды (≥80%) расходуется для трригации в сельском хозяйстве (в засушливом климате на 1 т зерна расходуется — 1000 м3 H2O) и в различных отраслях промышленности (на 1 т стали ~ 120 м3 H2O). Пока все эти потребности с трудом, но покрывались имеющимися ресурсами. Однако при современных темпах увеличения поступления ядовитых сточных вод, которые загрязняют в 13 раз больший объем чистой воды, к 1995—2000 г. ожидается загрязнение и вывод из прямого потребления всех легко доступных вод земной поверхности. Положение можно исправить за счет более глубокой очистки сточных вод и использования альтернативных источников пресной воды. К таким крупным источникам могут быть отнесены опресненные морские — океанические воды. Путем испарительного опреснения на энергии АЭС ежегодно с 1968 г. получают ~100 тыс. м3/сут воды для г. Шевченко (Казахстан), ≥250 тыс. м3/сут — в Кувейте, что полностью обеспечивает потребности. В конце 80-х годов общая мировая производительность опреснительных установок составила 40 млн м3/сут, на 2000 г. предполагалось получить ~1300 млн м3/сут. Совершенствование этого способа позволило Кувейту снизить стоимость 1 т пресной H2O до 10 центов (вместо 2 дол. в 50-х годах и 36 центов в 70-х). Для сравнения: стоимость природной пресной воды в США в 70-х годах составляла 0,05 дол/м3. Разработаны и другие методы опреснения соленых вод.
Еще одним крупномасштабным источником пресной воды являются ледники. Общая масса только антарктических плавучих ледников ~ 5,2*10в14T— почти в 300 раз больше, чем количество воды во всех реках мира. Разработанный во Франции для Саудовской Аравии проект по транспортировке айсберга с последующим использованием его в качестве источника пресной воды предполагал себестоимость 1 м3 H2O 50—60 центов.
Кроме воды, особенно высокие концентрации водорода характерны для каустобиолитов, особенно для горючих газов (до 85—90% СНn, соответственно до 22,5% H2). Для нефтей содержание водорода обычно колеблется от 9,5 до 14,5% (на сырую массу; 10,9); для твердого минерального топлива оно составляет (%): горючие сланцы 6—10; древесина 6,23; торф 5—6,5 (x = 6,28); лигнин 5,24; уголь — бурый 4,5—6,5, битуминозный 5,55, каменный 3,5—6,3, антрацит 1,3—3,0 (x = 2,81); сапропель 0,75.
Подробно состав природных газов нефтяных и газовых месторождений России и зарубежных стран рассмотрен В.И. Ермаковым и др. В.И. Старосельский, использовав для классификации газов содержание одного из основных компонентов — этана, составил обобщенную классификацию. Кондиционными для переработки в качестве газохимического сырья являются A2, A3 и A4, в которых его содержание 3% и более. По соотношению метана M и его гомологов газ газовых залежей имеет индекс M1T1 (Т — тяжелые углеводороды), газоконденсатных и газонефтяных — M4T2 и M3T2, нефтяных — M3T3, M2T4, M1T4. При более полной характеристике используется и состав неуглеводородных компонентов (N2, CO2, H2). По содержанию углеводородных компонентов (в %) газы делятся на метановые (М 90—100; этана — Э до 3; T до 5); этановые (Э6—9; T10—30); пропан-бутановые (Т≥30; Э≥9) и др. Этановые и этан-бутановые типичны для газоконденсатных и нефтегазоконденсатных залежей, а пропан-бутановые — для нефтяных залежей. По химической систематике кроме углеводородных (CH4≥50%), азотных (N2≥50%), углекислых (CO2≥50%) выделяются водородные (H2≥50%) газы, которые делятся на подтипы — водородный (H2≥75%) и водородноазотный (H2≥50%).
Водород — идеальный источник энергии будущего. Теплота сгорания H2 (1,17 ГДж/кг) почти втрое выше, чем у нефти, и вчетверо, чем у каменного угля, а при сгорании выделяется только дистиллированная вода. По прогнозам первые промышленные установки по получению энергетического водорода из воды будут созданы к концу нашего столетия. Пока же он потребляется в других отраслях в количестве ≥200 млрд м3/год (80-е годы), в основном при производстве аммиака (43 млрд м3/год), метанола (17), переработки нефти (37), металлургии (14), синтетического топлива (17 млрд м3/год). В 1983 г. в США использовано 128 млрд м3 H2, прогноз на 2000 г. — 368 млрд м3.
Рассматривая водородные и водные минеральные ресурсы, необходимо кратко остановиться на проблеме морских месторождений полезных ископаемых. Конкретные сведения о месторождениях тех или иных элементов, добываемых из гидросферы, приведены в соответствующих разделах, здесь же ограничимся данными по общим ресурсам минеральных веществ гидросферы. В ранних работах отмечалась неисчерпаемость вод мирового океана для прямого получения многих химических элементов. Выдвигались проекты получения золота, урана и других ценных металлов и соединений, но опытные работы установили большие энергетические и прочие затраты и технологические трудности. Только в Японии, вероятно, удалось наладить получение урана из морской воды, но эти данные засекречены. В настоящее время непосредственно из морской воды экономически доступно получать только некоторые соли (Ca, Mo, Na, К), галогены, редкие щелочные металлы и серу, используя для этих целей в основном их природные концентрации в H2O — рапы, рассолы, термы и т. д. Вместе с тем, прежние проекты промышленного получения наиболее распространенных элементов морской воды в перспективе могут найти свое воплощение, особенно для Cl, Na, Mg, S, Ca, К, Br, С, Sr, В, Si, F.
Океаническая вода может также служить основным источником для получения свободного водорода, дейтерия и трития.
Другими минеральными ресурсами, которые образуют собственные месторождения в гидросфере, являются нефть, газы, в том числе газогидраты и различные металлы. Несмотря на короткое время изучения (по сравнению с континентальными) океанических акваторий на сегодняшний день уже открыто большое число месторождений. Например, запасы метана в виде кристаллогидратов в пределах океанического ложа оцениваются примерно в 10в6 трлн м3, в пределах материкового склона и подножья — в 103 200 трлн м3, в пределах шельфа — 3900 трлн м3. На шельфах морей и океанов уже выявлено около 2000 месторождений нефти и газа с общими запасами ~40 млрд т нефти и 20 трлн м3 газа. С 1960 по 1980 г. за рубежом добыча морской нефти возросла в 15 раз, тогда как материковой только в 2,5 раза.
На дне океанических акваторий обнаружены огромные запасы Fe-Mn конкреций, превышающие (Mn, Co, Ni, Tl, Te и др.) известные запасы на суше, а также фосфоритовые конкреции, запасы которых оценивались в 70-х годах в 3*10в11 т. Все большее значение приобретают металлоносные подводные илы (NaCl, Zn, Cu, Au, Ag, Pb, Cd и др.) морских и океанических впадин, а также рудные корки, близкие по составу к Fe-Mn конкрециям, и массивные руды Cu—Zn—Au—Ag состава, связанные с подводным вулканизмом.
Крупными запасами Zr, Ti, TR и ряда других полезных ископаемых (Sn, Au, алмазы и др.) обладают прибрежно-морские и другие россыпи; выявлены залежи строительных материалов (песок, гравий, ракушечник и т. д.), перспективна также добыча глауконита, глин, известковистых, кремнистых илов и др.
Необходимо отметить, что водород вместе с Cl и S создает восстановительную обстановку в глубинных зонах и способствует концентрации металлов платиновой группы, Au, Ag, Cu, Co, Ni, Hg, Cr и др.