海洋教育备课
八年级
莱西市经济开发区中心中学
2013.9
第一单元 发展海洋经济
第一课 海中“取”水
第一课时 海水直接利用
教学目标:
1、学习海水直接利用的知识
2、了解青岛海水直接利用的概括
一、 激情导课
同学们,有人提出海水是否可以直接利用呢? 这个想法很有道理。尽可能的直接利用海水,的确是缓解淡水不足的一个重要途径。近几十年来,许多国家水资源越来越紧张,而地球上海水有的是,没有很好利用,人们自然会想到,如何利用海水的问题。经过人类多年的研究积累,现在利用海水有两种途径,一是海水的直接利用,二是海水淡化处理。现在,海水直接利用在哪几个方面?让我们开始第一课《海中“取”水》。
二、 真实再现
日本早在上世纪30年代就开始利用海水,目前几乎沿海所有企业,如钢铁、化工、电力等部门都采用海水作为冷却水。我国青岛电厂1935年建厂时即用海水为冷凝器降温、冲灰。现在山东已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业利用海水。香港由于淡水来之不易,供水曾屡次出现危机,为此于1958年开始筹划利用海水冲洗厕所的节水途径,并取得成果。
三、探究明理
学生小组合作探究“海水直接利用在哪几个方面?
现在,海水的直接利用主要在三个方面:工业用水、生活用水和低盐度海水灌溉农作物。
1、工业用水。可以直接作为电力、化工、橡胶、纺织、机械、印染、制药、制碱及海产品加工等行业的生产用水,从总的情况来看,工业冷却用水占海水总利用量的90%。 日本工业用水量的80%是直接利用海水,主要是用作冷却水。1995年,仅日本电力工业使用海水就超过1200亿吨。美国工业用水的三分之一是海水。我国大连、天津、青岛的电厂用海水做冷却水,目前用水量还不很大,但从发展看,我国沿海工业城市海水直接利用的潜力是很大的。
2、生活用水。是指除饮用、沐浴、洗衣服以外的生活用水,例如冲厕、消防用水等。城市生活使用海水必须在现有供排水系统之外另建海水系统。现代舰船上都有两套供排水系统。从外观上看,淡水系统管道阀门漆成浅灰色,海水系统漆成深绿色,非常醒目。 在香港,另有一个完全独立的海水供应系统,为市区和新市镇供应冲厕用水。现在已有76%的人口采用海水冲厕,因而节约了大量淡水。海水冲厕系统由供水站(泵房)、配水管、调蓄水池等组成。供水站就近取海水并作适当处理后供用户使用。海水处理从进水口开始按以下工序依次进行:
(1)筛分离。海水先经过设于进水口处的格栅,通过 12mm2的网孔截留并去除大颗粒杂质。
(2)曝气。在海水缺乏溶解氧的情况下,可能会产生异臭怪味,因此可在供水站加设曝气装臵,进行曝气充氧,但也有不用的。
(3)加氯处理。为避免供水系统中因细菌繁殖对水质造成不良的影响,因此采用加氯消毒处理。
3、海水灌溉。国外用海水大面积灌溉农作物已取得较好的成果。如美国的研究人员发现一种天然植物适于用海水灌溉,其果实富含蛋白质和植物油。这一发现为进一步发展海水灌溉农业,提供了新途径。前苏联利用波罗的海的芬兰湾低盐度海水灌溉沙质土地上的大麦、小麦、甜菜、西红柿、西瓜等都取得了成功。我国海水灌溉的试验也取得初步效果,进行过西红柿、豇豆和水稻等的耐盐试验。 四、拓展延伸
新闻链接
《我国年海水直接利用量近500亿立方米 有望成为战略性海洋新兴产业》
新华社天津6月3日电(记者周润健)我国目前年海水直接利用量近500亿立方米,有望成为战略性海洋新兴产业的一个重要领域。
国家海洋局副局长陈连增3日出席在天津举行的中国农工民主党中央“加快海水利用业发展”专题座谈会上说,面对国际海水利用业的快速发展,我国海水利用事业也有较快发展,特别是经过“九五”“十五”“十一五”的发展,目前全国海水淡化产水能力已从10年前的不足3万吨/日提升到42.5万吨/日,年海水直接利用量近500亿立方米。
陈连增介绍说,2005年8月,为促进沿海地区水资源的可持续利用,引导海水利用健康快速发展,国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合出台了我国首部《海水利用专项规划》。在该规划指导下,最近几年,我国海水利用业发展速度进一步加快,总产值年均增长速度在15%左右。天津北疆电厂、天津大港新泉、唐山曹妃甸工业区阿科凌、青岛百发等多个万吨级和10万吨级海水淡化工程相继投产运营或立项开工建设。
与此同时,在专项规划的指导下,天津、浙江、青岛、大连等9个沿海省市也都发布了适合本地方实际的海水利用规划。这些规划计划的出台大大推动了我国海水利用业的合理布局和科学发展。
五、教师小结
我们青岛开发使用海水较早,青岛电厂1935年建厂时即用海水做冷凝器降温、冲灰用,日利用量达70万立方米。山东省已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业使用海水,年利用量从80年代的3.5亿立方米增至90年代的12亿立方米,其中仅青岛市年利用量即达7.7亿立方米。可见海水利用的前景十分可观,海水还有哪些利用呢,请同学们在网上搜集一下,下节课我们一起分享。
第二课时 海水淡化
教学目标:
1、学习海水淡化的知识
2、了解青岛海水淡化的概括
一、 激情导课
同学们,全球淡水告急!世纪之交的各种传媒,整天谈论缺水问题。的确,在人类面临的资源危机中,除能源危机之外,最为人担忧的是淡水危机。我们常说我们的地球是个水球,到处都是水。但是,供人类生存、发展使用的淡水却少得可怜。全球水量中,97%是又苦又咸,不能饮用、不能灌溉、不能烧锅炉、不能洗涤的海水。3%的淡水的绝大部分又冻结在极地、高山的冰雪中。深埋在地下、悬浮于空气中的淡水也无法直接利用。其结果是,大约只有0.007%的存在于江、河、湖泊、水库和浅地层中的淡水是人类可以利用的。由于淡水分布的不均匀,地球陆地本来就有60%的地方是缺水地区和根本无水的沙漠。目前,全世界大约三分之一的人口生活在缺水状态中。据预测,到2025年,全世界三分之二的人口将生活在缺水状态中。现在,世界上已经有些地区,如中东地区,正在为争水而打仗。有一份权威性的研究报告说:“除非我们改进淡水供给政策,否则我们将可能因缺水而引起大规模冲突,发生大灾难。淡水危机闹到如此严重的程度是不奇怪的。3000年前的铜器时代,全球人口不过2-3千万,现在已经突破60亿。中国人口在清朝以前,长期保持在5-9千万之间,现在已经突破12亿。为满足最低需要,一个人一天要喝2-2.5升水。为保证一人一天之需,古代人一两担(50升)水就足够了。现代城市居民,一天每人没有300升水,就不能保持生活的舒适。现代农业、工业都消耗大量淡水,没有水,工农业便不能发展。淡水缺乏如此急迫,向海洋索取淡水成为刻不容缓的任务。让我们继续第一课《海中“取”水》之海水淡化。
二、 真实再现
海水淡化是人类追求了几百年的梦想。早在世界大航海时代,英国王室曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。但是,至今尚无人得到这一赏格。因为到目前为止,海水淡化的方法虽然有了320多种,但是,还没有一种达到该赏格规定的“物美价廉”的标准。“物美价廉”、“经济合算”也是相对而言的。以石油为能源,从海水生产出来的淡水,可能比油还贵。但是,在特定情况下,还是值得的。大航海时代就已经有蒸馏器供远航帆船应急之用。轮船时代,几乎所有远洋商船和作战舰艇上都安装了应急的海水淡化设备。尽管这些海水谈化设备除了例行“试车”,几乎从来没有投入使用过,按照海上安全航行制度规定,一切有关舰船在设计的时候,都不能缺少应急海水淡化设备。一些小型海岛,在国防、科学研究、资源开发方面地位十分重要。为保证驻岛人员的生活,除从大陆运送淡水外,安装代价昂贵的海水谈化装臵也是必要的。如我国西沙群岛、南沙群岛驻军单位和海洋观测站上都有海水淡化装臵,并经常投入使用。盛产石油、经济富有的中东国家,大多是干旱的沙漠地区。在这样的地区,水比油贵并不认为是不合算的。他们花费一些石油和金钱,大规模淡化海水,供应人们的生活,浇灌树木花草,美化环境。他们觉得这是很值得的。正因为如此,20世纪50年代以后,海水谈化,作为一门现实的应用技术,发展很快。在已经开发的20几种淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业规模的生产应用。
三、探究明理
学生小组合作探究“海水淡化有哪几种常用的方法?
电渗析淡化法是使用一种特别制造的薄膜实现的。在电力作用下,海水中盐类的正离子穿过阳膜跑向阴极方向,不能穿过阴膜而留下来;负离子穿过阴膜跑向阳极方向,不能穿过阳膜而留下来。这样,盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水,而盐类离子留下来的
管道里的海水就成了被浓缩了的卤水。
反渗透淡化法更加绝妙。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只让淡水通过,不让盐分通过。如果不施加压力,用这种膜隔开咸水和淡水,淡水就自动地住咸水那边渗透。我们通过高压泵,对海水施加压力,海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了,因此叫做反渗透,或逆渗透。
蒸馏法的原理很简单,就是我们在实验室里制备蒸馏水的原理。把海水烧到沸腾,淡水蒸发为蒸汽,盐留在锅底,蒸汽冷凝为蒸馏水,即是淡水。
蒸馏法这种古老的海水淡化方法,消耗大量能源,产生大量锅垢,很难大量生产淡水。现代多级闪急蒸馏淡化使古老的蒸馏法焕发了青春。水在常规气压下,加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水,进入真空或接近真空的蒸馏室,便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理,做成多级闪急蒸馏海水淡化装臵。此种淡化装臵可以造得比较大,真空蒸发室可以造得比较多,连接起来,成为大型海水淡化工厂。这种淡化工厂,可以与热电厂建在一起,利用热电厂的余热加热海水。水电联产,可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂,大多采用此法。如果太阳能蒸发淡化法能够投入实用,古老的蒸馏淡化技术又上一个节能的新台阶。
四、拓展延伸
同学们,你知道我国海水和苦咸水淡化发展概况吗?让我们一起用班班通设备来搜集一下资料。
我国海水淡化起步时采用电渗析法技术,以后逐步过渡到蒸馏法和反渗透法,到目前为止,反渗透法、多级闪蒸法、多效蒸发法等已在实践中应用,效果稳定可靠。经过20多年的持续攻关,我国的海水淡化技术已初步具备了向产业化发展的条件。
目前,我国海水淡化已建成具有自主知识产权的千吨级和万吨级示范工程,是完全独立掌握海水淡化技术的少数国家之一。近年来,天津、河北、浙江、青岛、大连等多个万吨级和10万吨级海水淡化工程相继投产运营,市场已经形成。目前全国的海水淡化产水能力已从10年前的不足3万吨/日提升到42.5万吨/日。
现在海水淡化生产的淡水,基本上是就地消化。天津新泉海水淡化厂每日产15万吨淡水主要为天津石化供水;辽宁红沿河核电站海水淡化系统,每天可供约10080吨淡水,满足红沿河核电站一期工程的生产和生活用水需要。
天津“海得润滋”是全国第一家把海水淡化生产的淡水卖给老百姓的企业。在天津市南开区有一家经营“海得润滋”的水站,一桶水卖15元,与普通矿泉水价格差不多。
2005年,国家发改委、国家海洋局和财政部联合出台了我国首部《海水利用专项规划》。天津、浙江、青岛、大连等9个沿海省市也发布了适合本地方实际的海水利用规划。但是,海水淡化也面临着进入市政管网难和价格体系瓶颈、自主创新技术不多、相关法规和体制机制不完善等难题。
苦咸水也是含盐量较大的自然水,与海水类似。在我国,苦咸水主要分布在西北干旱内陆地区以及北方和东部沿海地区。苦咸水是由于地表水流经盐碱地以及海水倒灌等原因形成。其主要是指含盐量在1000 ~ 5000mg/L的湖水、河水及地下水。
苦咸水淡化采用的技术与海水淡化类同,采用反渗透法处理较多。我国苦咸水淡化后所得净水目前主要用于农村居民用水和农业灌溉用水。现在我国农村饮用苦咸水的人口多达4000多万人,这是必须尽快解决的民生问题。
据报道,2012年2月,国务院办公厅下发“关于加快发展海水淡化产业的意见”,“意见”提出推动海水淡化产业又好又快发展,为保障我国水资源安全作出贡献。允许海水淡化水依法进入市政供水系统。
“意见”就海水淡化产业提出七项重点工作:
(1) 加强关键技术和装备研发;
(2) 提高工程技术水平;
(3) 培育海水淡化产业基地;
(4) 组建海水淡化产业联盟;
(5) 实施海水淡化示范工程;
(6) 建设海水淡化示范城市;
(7) 推动使用海水淡化水。
“意见”提出了加快发展海水淡化产业发展目标,即到2015年,我国海水淡化能力达到220万~260万立方米/日,对海岛新增供水量的贡献率达到50%以上,对沿海缺水地区新增工业供水量的贡献率达到15%以上;海水淡化原材料、装备制造自主创新率达到70%以上;建立较为完善的海水淡化产业链,关键技术、装备、材料的研发和制造能力达到国际先进水平。
五、教师小结 目前,全球海水淡化日产量约3500万立方米,其中80%用于饮用水,解决了1亿多人的供水问题。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视。你们知道青岛地区的海水淡化情况吗?请同学们在网上搜集一下,下节课我们一起分享。
六、作业 结合今天的学习内容,请你们在家里自己动手,做一个把盐水变成淡水的小实验。下节课我们分享一下你的制作过程。
第二课 海中掘“金”
第一课时 认识食盐
教学目标:
1、认识食盐
2、了解食盐的功能等相关知识
一、 激情导课
同学们,人类生存营养中不可缺少盐。人类以盐作调料的历史不可考,中国“煮海为盐”的历史则可追溯到4000余年前的夏代。进入封建社会,盐、铁成为国家两项重大的官营商品。盐、铁管卖,一方面可以保证供应,另一方面,可以作为国家财政的重要来源和调节阀门。让我们开始学习第二课《海中掘“金”》之认识食盐。
二、 真实再现
食盐,又称餐桌盐,是对人类生存最重要的物质之一,也是烹饪中最常用的调味料。盐的主要化学成份氯化钠(化学式NaCl)在食盐中含量为99%,部份地区所出品的食盐加入氯化钾以降低氯化钠的含量以降低高血压发生率。同时世界大部分地区的食盐都通过添加碘来预防碘缺乏病,添加了碘的食盐叫做碘盐。
三、探究明理
(一)学生小组合作探究“食盐有哪些生理作用?” 食盐是人们生活中所不可缺少的。成人体内所含钠离子的总量约为60 g,其中 80%存在于细胞外液,即在血浆和细胞间液中。氯离子也主要存在于细胞外液。钠离子和氯离子的生理功能主要有下列几点:
1.维持细胞外液的渗透压
Na和Cl是维持细胞外液渗透压的主要离子;K和HPO4是维持细胞内液渗透压的主要离子。在细胞外液的阳离子总量中,Na占90%以上,在阴离子总量中,Cl占70%左右。所以,食盐在维持渗透压方面起着重要作用,影响着人体内水的动向。
2.参与体内酸碱平衡的调节
由Na和HCO3形成的碳酸氢钠,在血液中有缓冲作用。Cl与HCO3在血浆和血红细胞之间也有一种平衡,当HCO3从血红细胞渗透出来的时候,血红细胞中阴离子减少,Cl就进入血红细胞中,以维持电性的平衡。反之,也是这样。
3.氯离子在体内参与胃酸的生成
胃液呈强酸性,pH约为0.9~1.5,它的主要成分有胃蛋白酶、盐酸和粘液。胃体腺中的壁细胞能够分泌盐酸。壁细胞把HCO3输入血液,而分泌出H输入胃液。这时Cl从血液中经壁细胞进入胃液,以保持电性平衡。这样强的盐酸在胃里为什么能够不侵蚀胃壁呢?因为胃体腺里有一种粘液细胞,分泌出来的粘液在胃粘膜表面形成一层约l mm~1.5 mm厚的粘液层,这粘液层常被称为胃粘膜的屏障,在酸的侵袭下,胃粘膜不致被消化酶所消化而形成溃疡。但饮酒会削弱胃粘膜的屏障作用,往往增大引起胃溃疡的可能性。
此外,食盐在维持神经和肌肉的正常兴奋性上也有作用。 当细胞外液大量损失(如流血过多、出汗过多)或食物里缺乏食盐时,体内钠离子的含量减少,钾离子从细胞进入血液,会发生血液变浓、尿少、皮肤变黄等病症。 人体对食盐的需要量一般为每人每天3 g~5 g。
由于生活习惯和口味不同,实际食盐的摄入量因人因地有较大差别,我国一般人每天约进食食盐10 g~15 g。
(二)学生小组合作探究“食盐的实用须知?”
1、少买及时吃
少量购买,吃完再买,目的是防止碘的挥发。因碘酸钾在热、光、风、湿条件下都会分解挥发。
2、忌高温
在炒菜做汤时忌高温时放碘盐。炒菜爆锅时放碘盐,碘的食用率仅为10%,中间放碘盐食用率为60%;出锅时放碘盐食用率为90%;凉拌菜时放碘盐食用率就可以达到100%。
3、忌在容器内敞口长期存放
碘盐如长时间与阳光、空气接触,碘容易挥发。最好是放在有色的玻璃瓶内,用完后将盖盖严,密封保存。
4、忌加醋
碘跟酸性物质结合后会被破坏。据测试,炒菜时如果同时加醋,碘的食用率即下降40%~60%。另外,碘盐遇酸性菜(比如酸菜),食用率也会下降。
四、拓展延伸
1、宜食
食盐适宜急性胃肠炎者、呕吐腹泻者,炎夏中暑多汗烦渴者、咽喉肿痛、口腔发炎、齿龈出血者以及胃酸缺乏引起消化不良、大便干结和习惯性便秘者食用。
2、忌食
咳嗽消渴、水肿病人不宜食用;而高血压、肾脏病、心血管疾病患者应限制摄入量,最好用代盐(氯化钾)或无盐酱油代替食盐以促进食欲。
3、知识链接
过量食盐可致白内障〃
食盐(8张)
澳大利亚研究人员研究发现,如果食物中盐分含量过高,患白内障的可能性就会增加。白内障指眼晶状体变白,如果不加治疗就可能会导致失明。
悉尼大学的罗伯特G卡明博士及其同事研究发现,钠摄入量最高者比钠摄入量最低者患后囊下内障的可能性高出2倍,这是一种对视力损伤最大的白内障。他们的这份研究报告发表在最近出版的《美国流行病学》杂志上。
研究人员对约3000名49岁至97岁成年人的眼睛进行了检查,并要求实验对象填写了一份关于饮食频率的问卷。160人患了后囊下内障,970人患了另两种与钠摄入无关的白内障中的一种。
研究还发现盐摄入量高的人也可能患其它容易导致白内障的疾病,如糖尿病或高血压,并可能服用过皮质甾类抗炎药。
4、盐与辐射
2011年3月,国内多个地方超市出现的食盐抢购现象,据了解,市民抢购食盐,主要有两个原因。一是我国目前的食盐全部是加碘盐,其中的碘正是碘片的主要成分碘化钾。不少市民可能觉得多吃食盐,关键时刻可防辐射。另外一个就是广东一些沿海城市的居民,担心海水被日本核辐射污染不能用,食盐一旦库存不足会引起涨价。
对于第一种担心,广东省疾病控制中心一名专家表示,食盐里碘的含量是很低的,市民就算吃很多盐,也起不到多大的防辐射效果。过量吃碘盐对人体有害,这个是卫生部门负责人说的。
对于第二种担心,盐业总公司相关负责人称,国家有关部门已作出回应,称日本核辐射对我国未造成任何影响,“这种无影响是全方位的,包括海域。且广东供应市场的除海盐外,还有矿盐。”该负责人说,矿盐都是从地下3米处提取的,没有任何污染。对食盐的质量,市民不用恐慌。
五、教师小结
同学们,从生理角度看,盐对维持人体健康有着重要意义: 盐能协助人体消化食物。盐的咸味,能刺激人的味觉,增加口腔唾液分泌,从而增进食欲和提高食物消化率。 盐能参加体液代谢。盐是体液的重要成分,高温作业的人,出汗过多,需要补充含食饮料;吐泻过多的人,要输入生理盐水;大失血的人也要急饮温盐水等,这些都是因为盐能起到维持人体渗透压及酸碱平衡的作用。
过去愚昧的认为盐是人类生存所必须的食物。 现代科学给了我们响亮的耳光,食盐是影响人类健康杀手之一。过量食用食盐会使人类患上很多种疾病。在中国人食盐普遍食用过多。通过全国营养调查,从南方到北方食盐用量从12克到15克不等,按照世界卫生组织规定的6克,我们超了一倍还要多。而且盐吃多了对身体伤害是有直接性影响,所以我们必须对食盐控量食用,清淡为主,科学饮食。
第二课时 海水晒盐
教学目标:
1、认识海水晒盐
2、了解海水晒盐的方法
一、 激情导课
同学们,我国是海水晒盐产量最多的国家,也是盐田面积最大的国家。我国有盐田37.6万公顷,年产海盐1500万吨左右,约占全国原盐产量的70%。我国著名的盐场,从北往南,有辽宁的复州湾盐场,河北、天津的长芦盐场,山东莱州湾盐场,江苏淮盐盐场,以及浙江、福建、广东、广西、海南的南方盐场。每年生产的海盐,供应全国一半人口的食用盐和80%的工业用盐。还有100万吨原盐出口。我国海盐业对国家的贡献是很大的。上节课我们学习了食盐的用途,知道了食盐的重要性,那么海水是怎么晒出盐的呢?这节课我们要学习第二课《海中掘“金”》之海水晒盐。
二、 真实再现
盐的历史记载
盐在中国的源起。“盐”字本意是“在器皿中煮
卤”。《说文》中记述:天生者称卤,煮成者叫盐。传说
黄帝时有个叫夙沙的诸侯,以海水煮卤,煎成盐,颜色
有青、黄、白、黑、紫五样。现在推断中国人大约在神
农氏(炎帝)与黄帝之间的时期开始煮盐。中国古时的
盐是用海水煮出来。20世纪50年代福建有文物出土,
其中有煎盐器具,证明了仰韶时期(公元前5000年~前
3000年)古人已学会煎煮海盐。根据以上资料和实物佐
证,在中国,盐起源的时间远在五千年前的炎黄时代,
发明人夙沙氏是海水制盐用火煎煮之鼻祖,后世尊崇其为“盐宗”。在宋朝以前,在河东解州安邑县东南十里,就修建了专为祭祀“盐宗”的庙宇。清同治年间,盐运使乔松年在泰州修建“盐宗庙”,庙中供奉在主位的即是煮海为盐的夙沙氏,商周之际运输卤盐的胶鬲、春秋时在齐国实行“盐政官营”的管仲,臵于陪祭的地位。
三、探究明理
早期海盐,是支起大锅用柴火煮熬出来的。汉、魏以前的历史书上多有“煮海为盐”的记载。开辟盐田,利用太阳和风力的蒸发作用,晒海水制盐的工艺,比起煮海为盐,是很大的进步。那么现在采用什么技术晒盐呢?
学生小组合作探究“海水晒盐的方法是什么?” 目前,从海水中提取食盐的方法主要是“盐田法”这是一种古老的而至今仍广泛沿用的方法。使用该法。
需要在气候温和,光照充足的地区选择大片平坦的海边滩涂,构建盐田。
盐田一般分成两部分:蒸发池和结晶池。先将海水引入蒸发池,经日晒蒸发水分到一定程度时,再倒入结晶池,继续日晒,海水就会成为食盐的饱和溶液,再晒就会逐渐析出食盐来。这是得到的晶体就是我们常见的粗盐。剩余的液体称为母液,可从中提取多重化工原料。
海水→蒸发池→结晶池→粗盐和母液
古代我国沿海居民利用海水制食盐,把海水引入盐田,利用日光和风力蒸发浓缩海水,使其达到饱和,进一步使食盐结晶出来。这种方法在化学上成为蒸发结晶。
盐田通常分为两部分:蒸发池和结晶池。先将海水(或海水地下卤水)引入蒸发池,经日晒蒸发水分到一定程度时,在导入结晶池,继续日晒,海水就会成为食盐的饱和溶液,再晒就会逐渐析出食盐来。这时得到的晶体就是我们常见的“粗盐”。剩余的液体称为母液(也称“苦卤”),可从中提取多重化工原料。
海水晒盐的加强蒸发方法
海水晒盐的加强蒸发方法与液体蒸发技术有关。以往的海水蒸发晒盐,均采用平面蒸发的方法,盐水与流动着的水汽未饱和的空气的接触面积限于盐田的平面面积,而该发明以盐水在一定高度上洒下,或盐水在一定压力下且在一定高度上喷洒的办法,立体式地扩大了盐水溶液与流动着的水汽未饱和的空气的接触面积,加大了蒸发面积,加强蒸发,缩短蒸发周期而提高盐水的蒸发效率。
四、拓展延伸
海水的化学资源利用
海水——蒸发结晶——析出苦卤水(含有镁离子、溴离子、碘离子等)和粗盐(含钠离子、氯离子、镁离子、硫酸根离子等)——依次加入氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠。去除杂质——过滤——得到沉淀和滤液——加入稀盐酸溶液——蒸发结晶——得到纯净盐(氯化钠)
海水中还可以提取镁单质、碘单质、溴单质等
海水滤液→食盐
→(风吹日晒)→粗盐→(溶解)→盐水→(过滤)固体杂质
青岛的晒盐历史
胶州湾开滩晒盐始于德国占领后的二十世纪初,在此之前,沿海小规模的土法制盐仅能满足周边小范围的需求。1908年,顺和洋行投资的哥伦比亚有限公司,在胶州湾海岸购买了大片滩涂,围造盐田,并从这些盐田中制出的粗盐中,成功地提炼出了食用盐。1909年,德国胶澳总督府在阴岛设巡捕局,兼管盐田滩场并征收捐税。1911年3月12日,总督发布盐田规则,由殖民政府专门管辖采盐权,每5000平方米的盐田年征滩税4元;外运出口100斤纳费3分,以取得采盐、输盐自由。根据德国总督府的统计数据,到1912年9月,胶州湾租借地沿岸开发的盐田已达十几万亩,年产盐35000余吨。
1914年11月,日本攻占青岛,由于战火涂炭,胶州湾沿岸盐田废弃过半,盐业生产陷于停顿,附近居民食盐也受到了严重影响,仅能靠购买郊区私盐维持生计。1917年,胶州湾的盐田的生产开始恢复,但由于第一次世界大战,日本国内工业用盐猛增,1917-1919年,从青岛出口至日本的原盐每年达到了150万担,但是由于制盐费用日涨,捐税日重,卖盐收入又不能全部兑现,最终导致了盐商亏本。1918年10月7日,日本青岛守备军司令部制定《青岛盐业管理规则》,宣布所有青岛盐务均由日本青岛守备军司令部兼管,开辟盐田、使用均需经过守备军司令部许可,并制发盐田许可证,由滩户收存,用以证明对滩田拥有晒制权。
此外,日本当局还规定输往日本的盐税低于中国内销盐税,除了利用这种政策低价掠夺青岛的原盐,也为日商在青岛大量开辟盐滩,增开精盐工厂提供了有利的条件。
1922年12月,北洋政府收回青岛后,根据《解决山东悬案条约》及有关协定,北洋政府以600余万元的价格赎回胶州湾沿岸日本人所占的盐田及盐业公司,而实际上,日本人经营的这些盐场、盐滩仅价值205万元。1923年永裕盐业公司以国币300万元获得了胶州湾盐田经营权,承包费用分15年偿还,在未结清之前,所有盐田仍属官有财产。
1923年底,胶澳商埠政府成立了盐务稽核支所、运副公署和盐务缉私警长办事处,用于管理胶州湾的盐政、产销和缉私护税工作。1932年8月,南京国民政府财政部将这些盐务行政机关统归于青岛盐务稽核支所管理。1937年4月,南京国民政府收回盐税主权,并改组了国家和各地盐务机关。在青岛盐区成立了胶澳、金口两个盐场,隶属于山东省盐务管理局。青岛盐务的产销税管理开始步入正轨。
1938年1月,日本再次占领青岛,并在湖南路15号组成了直属于伪华北政务委员会财务总署的青岛盐务管理局。产盐实行民制官收,销售实行统制,指定专商设店承销官盐。 抗战胜利后,1945年12月,南京国民政府在青岛组建了山东盐务管理局,废除了盐专卖(官收、官运、官销)政策,取消专商引岸制度,推行自由贸易政策。1946年2月成立了青岛盐务管理分局,专管胶澳盐场产、销、运输业务。1947年6月,裁撤青岛盐务管理分局,成立胶澳盐场公署。解放后,1949年2月17日,山东省盐务局发文,撤销了胶澳盐场公署。1953年之后,胶州湾地区的盐务由青岛市盐务局管理。
五、教师小结
同学们,现代海水晒盐的工艺得到了非常的变革和改进。原始的或者说古老的海水晒盐的办法,节约燃料。但是,受天气限制,占用大量平坦土地,劳动条件十分艰苦,生产效率低。在工业化的现代,原为先进的工艺,变成了落后的工艺。目前世界上,只有中国、印度和少数气候条件特别适宜的国家大规模海水晒盐。在澳大利亚和墨西哥一些非常干旱的海岸地区,使用自动化机械进行海水晒盐,生产效率极高,一个盐场工人年产原盐7000吨。这样既节约能源又有高效率的海水晒盐工艺是很先进的工艺。我国的许多盐场,也逐步实现了机械化生产,效率大为提高。机械化、自动化生产,为我国海水晒盐业开辟了广阔前景。
六、作业
结合今天的学习内容,请你们在家里自己动手,做一个从盐水里提炼出食盐晶体的小实验。下节课我们分享一下你的制作过程。
第三课时 海底矿产资源的开发
教学目标:
1、认识海底矿产资源
2、了解海海底矿产资源开发的重要性
一、 激情导课
同学们,海洋是“聚宝盆”,有取之不尽用之不竭的巨大财富。就矿产资源来说,海洋蕴藏种类之多,含量之巨,堪称聚宝盆。已发现的百余种元素中,海洋存在有80余种,可提取的有60余种。它们以三种形式存在于海洋中:液体矿床;海底富集的固体矿床;从海底内部滚滚而来的油气资源。据估计,海水中含黄金达550万吨,银5500万吨,钡27亿吨,铀40亿吨, 锌70亿吨,钼137亿吨,锂2470亿吨,钙560万亿吨,镁1767万亿吨等等。这么多的资源,应该怎样合理地利用和开发呢?这节课我们要学习第二课《海中掘“金”》之海底矿产资源的开发。
二、 真实再现
1.浅海矿产资源
浅海海底的矿产资源是指大陆架和部分大陆斜坡处的矿产资源,是海水动力作用的。主要有石油、天然气、各类滨海砂矿和天然气水合物。
(1)大陆架油气
中国大陆架都属陆缘的现代拗陷区。因受太平洋板块和欧亚板块挤压的影响, 在中、新生代发育了形成的一系列北东和东西向的断裂,造就了许多沉积盆地。陆上许多河流(如古黄河、古长江等)挟带大量有机质泥沙流注入海,使这些盆地形成几千米厚的沉积物。构造运动使盆地岩石变形,形成断块和背斜。伴随构造运动而发生岩浆活动,产生大量热能,加速有机物质转化为石油,并在圈闭中聚集和保存,成为现今的陆架油田。中国海自北向南有渤海、北黄海、南黄海、东海、冲绳、台西、 台西南、珠江口、琼东南、莺歌海、北部湾、管事滩北、中建岛西、巴拉望西北、 礼乐太平、曾母暗沙—沙巴等16个以新生代沉积物为主的中、新生代沉积盆地,总面积达130多万平方公里。有人说,中国沿海的石油、天然气最终可与北海及东南亚争一高低;中国海底石油储量与伊朗相比有过之而无不及;中国海、陆石油储量,几乎等于沙特阿拉伯的储量。
(2)滨海砂矿
滨海砂矿是指在滨海水动力的分选作用下富集而成的有用砂矿,该类砂矿床规模大、品位高、埋藏浅,沉积疏松、易采易选。所谓滨海砂矿的范畴,由于地质历史上的海平面变动,它包涵着滨海和部分浅海的砂矿。滨海砂矿主要包括建筑砂砾、工业用砂和矿物砂矿。工业砂据其质地而用于不同的方面,铸造用砂和玻璃用砂等。 滨海矿物砂矿有金刚石、金、铂、锡石、铬铁矿、铁砂矿、锆 石、钛铁矿、金红石、独居石等。滨海砂矿多属海积型砂矿,少部分属冲积型和残积型砂矿。世界上现已开采利用30余种滨海砂矿,世界金红石总钛金属资源量约9435万吨,其中砂矿占98 %;钛铁矿总钛金属资源量2.46亿吨,砂矿占50 %;锆石已探明的资源量 3175.2万吨,96 %为滨海砂矿。滨海砂矿的开采量在世界同类矿产总产量中所占的百分比为:钛铁矿30 %,独居石80 %,金红石98 %,锆石90 %,锡石70 %以上,金 5-10 %,金刚石5.1 %,铂3 %等。 滨海砂矿在浅海矿产资源中,其价值仅次于石油、天然气,居第二位。
(3)天然气水合物
天然气水合物是在一定的温压条件下,由天然气与水分子结合形成的外观似冰的白色或浅灰色固态结晶物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故又称之为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。因其成分的80%—99.9%为甲烷,又被称为“甲烷天然气水合物”。 作为一
种新型的烃类资源,天然气水合物具有能量密度高、分布广、规模大、 埋藏浅、成藏物化条件好、清洁环保等特点,被喻为未来石油的替代资源。“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160-180立方米的天然气。据估计,地球海底天然可燃冰的蕴藏量约为500万亿立方米,相当于全球传统化石能源(煤、石 油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上,是目前世界年能源消费量的200倍。全球的天然气水合物储量可供人类使用1000年。
2.深海矿产资源
深海一般是指大陆架或大陆边缘以外的海域。深海占海洋面积的 92.4 %和地球 面积的65.4 %,尽管它蕴藏着极为丰富的海底资源,但由于开发难度大,目前基本上还没有得到开发。深海矿产资源主要有多金属结核矿、富钴结壳矿、深海磷钙土和海底多金属硫化物矿等。
(1)多金属结核矿
多金属结核矿是一种富含铁、锰、铜、钴、镍和钼等金属的大洋海底自生沉积物,呈结核状,主要分布在水深4000—6000米的平坦洋底,是棕黑色的,像马铃薯、姜块一样的坚硬物质。个体大小不等,直径从几毫米到几十厘米,一般为3—6 厘米,少数可达1米以上;重量从几克到几百、几千克,甚至几百千克;这种结核含有多达70余种的元素,如铜、钴、镍、锰、 铁等,其中Ni、Co、Cu、Mn的平均含量分别为1.30%,0.22%,1.00%和 25.00 ,总储量分别高出陆地相应储量的几十倍到几千倍,铁品位可达30%左右,铍、铈、锗、铌、铀、镭和钍的含量比海水要高出几千、几万乃至百万倍。
深海勘测表明,多金属结核在太平洋、大西洋、印度洋均有分布,唯太平洋分布最广,储量最大,并呈带状分布,拥有东北太平洋海盆, 中太平洋海盆、南太平洋、东南太平洋海盆等4个分区,其中位于东北太平洋海盆内克拉里昂、克里帕顿断裂之间的CC区是多金属结核经济价值最高的区域。在东北太平洋克利顿断裂带与克拉里昂断裂带之间的地区(简称CC区)是最有远景的多金属结核富集区。世界深海多金属结核资源极为丰富,远景储量约3万亿吨,仅太平洋的蕴藏量就达1. 5万亿吨。我国科学家以结核丰度10千克/平方米和铜镍钴平均品位2.5%为边界条件,估计太平洋海域可采区面积约425万平方公里,资源总量为425亿吨。其中,含金属锰86亿吨,铜3亿吨,钴0.6亿吨,镍3.9亿吨。多金属结核矿每年还以1000—1500万吨的速度不断增加。 现在世界上已有七个国家或集团获得联合国的批准(印度、俄罗斯、法国、日 本、中国、国际海洋金属联合组织、韩国),拥有合法的Pioneer Area,除印度外的其他先驱投资国所申请的矿区均在太平洋CC区。 中国是联合国批准的世界上第五个深海采矿先驱投资者,在太平洋CC区内申请到30万平方公里区域开展勘查工作, 经过
(2)富钴结壳矿
富钴结壳矿是生长在海底岩石或岩屑表面的一种结壳状自生沉积物,主要由铁锰氧化物组成,富含锰、铜、铅、锌、镍、钴、铂及稀土元素,平均含钴达0.8%~1.0%,是大洋锰结核中钴含量的4倍。金属壳厚1—6厘米,平均2厘米,最厚20厘米。结壳主要分布在水深800—3000米的海山、海台及海岭的顶部或上部斜坡上。
自20世纪以来,富钴结壳已引起世界各国的关注,德、 美、日、俄等国纷纷投入巨资开展富钴结壳资源的勘查研究。目前工作比较多的地 区是太平洋区的中太平洋山群、夏威夷海岭、莱恩海岭、天皇海岭、马绍尔海岭、 马克萨斯海台以及南极海岭等。据估计,在太平洋地区专属经济区内,富钴结壳的潜在资源总量不少于10亿吨,钴资源量就有600—800万吨,镍400多万吨。在太平洋地区国际海域内,经俄罗斯对麦哲伦海山区开展调查,亦发
现了富钴结壳矿床,资源量亦已达数亿吨,还有近2亿吨优质磷块岩矿床的共生。 在我国南海也发现有富钴结壳。所发现的富钴结壳钴含量一般比大洋锰结核高出三倍左右,而镍是锰结核的1/3,铜含量比较低,而铂的含量很富,变化于0.3ppm至2ppm之间,最高可达
4.5ppm ,稀土元素含量很高,稀土总量可达数千ppm,以轻稀土为主。 近年来,我国大洋协会又开始在太平洋深水海域进行了面积近10万平方公里的富钴结壳靶区的调查评价。
(3)海底多金属硫化物矿床
海底多金属硫化物矿床是指海底热液作用下形成的富含铜、锰、锌等金属的火山沉积矿床。按产状可分为两类:一类是呈土状产出的松散含金属沉积物,如红海的含金属沉积物(金属软泥);另一类是固结的坚硬块状硫化物, 与洋脊“黑烟筒”热液喷溢沉积作用有关,如东太平洋洋脊的块状硫化物。按化学成分可分为四类:第一类富含镉、铜和银,产于东太平洋加拉帕戈斯海岭;第二类富含银和锌,产于胡安德富卡海岭和瓜亚马斯海盆;第三类是富含铜和锌;第四类富含锌和金,与第三类同时产出。多金属硫化物也见于中国东海冲绳海槽轴部。海底多金属硫化物矿床与大洋锰结核或富钴结壳相比,具有水深较浅(从几百米到2000m 左右)、矿体富集度大、矿化过程快,易于开采和冶炼等特点。海底多金属硫化物主要产于海底扩张中心地带,即大洋中脊、弧后盆地和岛弧地区。如东太平洋海隆、大西洋中脊、印度洋中脊、红海、北裴济海、马利亚纳海盆等地都有不同类型的热液多金属硫化物分布。富含金属的高温热水从海底喷出,在喷口四周沉淀下多金属氧化物和硫化物,堆砌成平台、小丘或烟囱状沉积 柱。世界已有70多处发现有热液多金属硫化物产出,在东海冲绳海槽地区已发现7 处热液多金属硫化物喷出场所。
(4)磷钙土矿
磷钙土是由磷灰石组成的海底自生沉积物,按产地可分为大陆边缘磷钙土和大洋磷钙土。它们呈层状、板状、贝壳状、团块状、结核状和碎砾状产出。大陆边缘磷钙土主要分布在水深十几米到数百米的大陆架外侧或大陆坡上的浅海区,主要产地有非洲西南沿岸、秘鲁和智利西岸;大洋磷钙土主要产于太平洋海山区,往往和富钴结壳伴生。磷钙土生长年代为晚白垩世到全新世,太平洋海区磷钙土含有15%— 20%的P2O5,是磷的重要来源之一。另外,磷钙土常伴有高含量的铀和稀土金属铈、镧等。据推算,海区磷钙土资源量有3000亿吨。
三、探究明理
学生小组合作探究“我国海洋矿产资源开发利用现状及存在问题”
海洋矿产资源开发利用现状
(1)滨海砂矿的开发起步早,但规模有限
我国滨海砂矿种类较多,已发现60多种矿种,估计地质储量达1.6万亿吨。目前开采规模有限,规模较大的主要有钛铁矿、锆石、金红石、钛铁矿、铬铁矿、磷钇矿、砂金矿、石英砂、型砂、建筑用砂等10余种。
(2)海洋油气开发已成重点,但主要局限在浅水区
自60年代开始,我国已在近海发现了7个大型含油气盆地,估计石油资源总量约260亿吨,天然气资源量约14万亿立方米。 海洋油气的开发价值主要由开发成本和油价等因素决定。海上油田的建设成本约为陆上的3—5倍,但由于海上油田储量一般比较大,单位成本并不算高。
(3)天然气水合物的开发正处于初期研究阶段
天然气水合物开采是柄“双刃剑”。有学者认为,在导致全球气候变暖方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。而天然气水合物矿藏哪怕受到最小的破坏,甚至是自然的破坏,都足以导致甲烷气的大量散失,从而增加温室效应,使地球升温更快;由于迄今尚没有非常稳妥而成熟的勘探和开发的技术方法, 一旦出了井喷事故,就会造成海水汽化,导致海啸
船翻。天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度,进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。 目前,包括我国在内的世界许多国家正在积极研究天然气水合物资源开发利用技术。迄今天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开采的最大难点是保证井底稳定,使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这些问题,日本提出了“分子控制”的开采方案。天然气水合物气藏的最终确定必须通过钻探,其难度比常规海上油气钻探要大得多,一方面是水太深,另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解,极易造成井喷。日益增多的成果表明,由自然或人为因素所引起的温压变化,均可使水合物分解,造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。可以预言,天然气水合物的正式开发,可能至少要推迟到本世纪的二十年代以后。 四、拓展延伸
我国海洋矿产资源开发利用面临哪些主要问题?
(1)公民资源意识淡薄,资源开发使用不当,使资源浪费,环境遭到破坏
80年代以来,河砂的短缺使得人们非法从海岸线挖砂。据有人测算,近15年来从我国海岸挖砂约为4.5亿吨,平均每公里海岸线取砂2.5万吨。有些地方的企业还做起了海砂的生意,利用海砂出口,并形成了巨大的产业。绝大部分海砂资源未经研究就直接将其当作普通建筑材料砂使用或买卖,不仅是高价值资源低价出售的问题,而且造成了资源的浪费。大量开采海砂还会破坏海岸环境,带来海水入侵海岸侵蚀等严重后果。
(2)技术落后,生产效率低
世界上发达国家在滨海砂矿开发和选矿技术上基本实现了机械化和自动化,且水上水下均可以进行开采,如日本多用抓斗式和吸扬式挖泥船,功率大,效率高, 砂矿回收率高,而我国滨海砂矿仍限于露天开采,水下采矿尚少,且大多为集体和个体民采用土法采选为主,机械化甚至半机械化生产还没有普及。采用浮选磁选和电选等方法进行精选,总回收率可达40%到50%,但总的看来,我国采矿和选矿技术较落后,生产效率不高,有用矿物回收能力差,综合利用程度低,缺乏深水作业的人才与经验。多年来我国只能在渤海、东海等内海部分海域进行了油气开发,在南海的开发也只是集中在浅水区,对南海主体的深水区,只进行了路线概查和局部地区的地球物理普查。我国在开发南海油气资源方面进展十分缓慢,占中国领海面积3/4的南海地区,油气开发几乎空白,不多的几口油井都集中在离陆地和海南岛不远的区域。
(3)周边国家抢采油气,引发与我国海域之争
海洋石油产业为经济发展提供了血液石油,大大增强了国民经济发展的实力;海洋油气业的日益发展,带动了其他相关产业的发展;海洋油气产业的发展需要引进国外先进技术和经营管理经验, 起到了对外全方位开放的窗口作用;海洋油气资源不同于陆地资源,特别是在有争议的海洋区域,如果本国不对其进行开发就会被其他国家抢先开发。目前,南海周边多个国家与我国有严重的海洋争端,出现了我国海洋岛屿被侵占、海洋区域被分割、 海洋资源被掠夺的严重局面,仅争议海域面积就达到150余万平方公里,占我海域辖区的一半以上。如越南曾经几次在本国报纸上声明,南沙海域是中国的。自从这一海域发现石油后,该国侵占我南沙海域岛礁的情况比任何周边国家都严重,而且还无理阻扰我国在这一海域勘探开发作业。目前,南海周边菲律宾、越南、 马来西亚、文莱、印度尼西亚等,先后对南海提出
主权要求,并纷纷前往抢夺资源,焦点多集中在我国南沙群岛80多万平方公里的海域上。如今在我国南沙海域, 外国的油井已超过1000口,每年开采石油超过5000万吨。南海西缘,特别是南缘的大陆架及相邻的上陆坡,已经被一些邻国例如菲律宾、越南、马来西亚、文莱等四国抢占。
(4)国际海底资源研究尚处于初创阶段
我国海底资源研究开发活动尚处于初创阶段,主要表现为单一的资源研究而且技术开发薄弱。 而西方国家则早在1950年代末便开始投资这一领域,早已占有了最具商业远景的多金属结核富矿区,并基本完成了多金属结核矿商业开发前的技术准备。1990年代以来,西方国家在深海富钴结壳、海底热液多金属硫化物、天然气水合物等方面的开发投资力度不断加大,并继续保持着在深海领域的高新技术领先地位。
五、教师小结
同学们,为了实现对海洋资源的可持续开发利用,为了我们人类的繁衍和发展。对海洋资源的合理开发、绿色保护刻不容缓,达到开发与保护的平衡,人类与自然的共存。对海洋资源的开发和保护同等重要。开发是我们的初衷,保护是前提,二者缺一不可,不能过度“偏爱”,“偏爱”的后果往往得不偿失。我们倡导合理开发,绿色保护,开发和保护并举,打造绿色生态海洋,实现我们对海洋资源开发“取之不尽用之不竭”的美愿!
海洋教育备课
八年级
莱西市经济开发区中心中学
2013.9
第一单元 发展海洋经济
第一课 海中“取”水
第一课时 海水直接利用
教学目标:
1、学习海水直接利用的知识
2、了解青岛海水直接利用的概括
一、 激情导课
同学们,有人提出海水是否可以直接利用呢? 这个想法很有道理。尽可能的直接利用海水,的确是缓解淡水不足的一个重要途径。近几十年来,许多国家水资源越来越紧张,而地球上海水有的是,没有很好利用,人们自然会想到,如何利用海水的问题。经过人类多年的研究积累,现在利用海水有两种途径,一是海水的直接利用,二是海水淡化处理。现在,海水直接利用在哪几个方面?让我们开始第一课《海中“取”水》。
二、 真实再现
日本早在上世纪30年代就开始利用海水,目前几乎沿海所有企业,如钢铁、化工、电力等部门都采用海水作为冷却水。我国青岛电厂1935年建厂时即用海水为冷凝器降温、冲灰。现在山东已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业利用海水。香港由于淡水来之不易,供水曾屡次出现危机,为此于1958年开始筹划利用海水冲洗厕所的节水途径,并取得成果。
三、探究明理
学生小组合作探究“海水直接利用在哪几个方面?
现在,海水的直接利用主要在三个方面:工业用水、生活用水和低盐度海水灌溉农作物。
1、工业用水。可以直接作为电力、化工、橡胶、纺织、机械、印染、制药、制碱及海产品加工等行业的生产用水,从总的情况来看,工业冷却用水占海水总利用量的90%。 日本工业用水量的80%是直接利用海水,主要是用作冷却水。1995年,仅日本电力工业使用海水就超过1200亿吨。美国工业用水的三分之一是海水。我国大连、天津、青岛的电厂用海水做冷却水,目前用水量还不很大,但从发展看,我国沿海工业城市海水直接利用的潜力是很大的。
2、生活用水。是指除饮用、沐浴、洗衣服以外的生活用水,例如冲厕、消防用水等。城市生活使用海水必须在现有供排水系统之外另建海水系统。现代舰船上都有两套供排水系统。从外观上看,淡水系统管道阀门漆成浅灰色,海水系统漆成深绿色,非常醒目。 在香港,另有一个完全独立的海水供应系统,为市区和新市镇供应冲厕用水。现在已有76%的人口采用海水冲厕,因而节约了大量淡水。海水冲厕系统由供水站(泵房)、配水管、调蓄水池等组成。供水站就近取海水并作适当处理后供用户使用。海水处理从进水口开始按以下工序依次进行:
(1)筛分离。海水先经过设于进水口处的格栅,通过 12mm2的网孔截留并去除大颗粒杂质。
(2)曝气。在海水缺乏溶解氧的情况下,可能会产生异臭怪味,因此可在供水站加设曝气装臵,进行曝气充氧,但也有不用的。
(3)加氯处理。为避免供水系统中因细菌繁殖对水质造成不良的影响,因此采用加氯消毒处理。
3、海水灌溉。国外用海水大面积灌溉农作物已取得较好的成果。如美国的研究人员发现一种天然植物适于用海水灌溉,其果实富含蛋白质和植物油。这一发现为进一步发展海水灌溉农业,提供了新途径。前苏联利用波罗的海的芬兰湾低盐度海水灌溉沙质土地上的大麦、小麦、甜菜、西红柿、西瓜等都取得了成功。我国海水灌溉的试验也取得初步效果,进行过西红柿、豇豆和水稻等的耐盐试验。 四、拓展延伸
新闻链接
《我国年海水直接利用量近500亿立方米 有望成为战略性海洋新兴产业》
新华社天津6月3日电(记者周润健)我国目前年海水直接利用量近500亿立方米,有望成为战略性海洋新兴产业的一个重要领域。
国家海洋局副局长陈连增3日出席在天津举行的中国农工民主党中央“加快海水利用业发展”专题座谈会上说,面对国际海水利用业的快速发展,我国海水利用事业也有较快发展,特别是经过“九五”“十五”“十一五”的发展,目前全国海水淡化产水能力已从10年前的不足3万吨/日提升到42.5万吨/日,年海水直接利用量近500亿立方米。
陈连增介绍说,2005年8月,为促进沿海地区水资源的可持续利用,引导海水利用健康快速发展,国家发展改革委、国家海洋局和财政部联合出台了我国首部《海水利用专项规划》。在该规划指导下,最近几年,我国海水利用业发展速度进一步加快,总产值年均增长速度在15%左右。天津北疆电厂、天津大港新泉、唐山曹妃甸工业区阿科凌、青岛百发等多个万吨级和10万吨级海水淡化工程相继投产运营或立项开工建设。
与此同时,在专项规划的指导下,天津、浙江、青岛、大连等9个沿海省市也都发布了适合本地方实际的海水利用规划。这些规划计划的出台大大推动了我国海水利用业的合理布局和科学发展。
五、教师小结
我们青岛开发使用海水较早,青岛电厂1935年建厂时即用海水做冷凝器降温、冲灰用,日利用量达70万立方米。山东省已有电力、化工、橡胶、纺织、机械、塑料、食品等行业使用海水,年利用量从80年代的3.5亿立方米增至90年代的12亿立方米,其中仅青岛市年利用量即达7.7亿立方米。可见海水利用的前景十分可观,海水还有哪些利用呢,请同学们在网上搜集一下,下节课我们一起分享。
第二课时 海水淡化
教学目标:
1、学习海水淡化的知识
2、了解青岛海水淡化的概括
一、 激情导课
同学们,全球淡水告急!世纪之交的各种传媒,整天谈论缺水问题。的确,在人类面临的资源危机中,除能源危机之外,最为人担忧的是淡水危机。我们常说我们的地球是个水球,到处都是水。但是,供人类生存、发展使用的淡水却少得可怜。全球水量中,97%是又苦又咸,不能饮用、不能灌溉、不能烧锅炉、不能洗涤的海水。3%的淡水的绝大部分又冻结在极地、高山的冰雪中。深埋在地下、悬浮于空气中的淡水也无法直接利用。其结果是,大约只有0.007%的存在于江、河、湖泊、水库和浅地层中的淡水是人类可以利用的。由于淡水分布的不均匀,地球陆地本来就有60%的地方是缺水地区和根本无水的沙漠。目前,全世界大约三分之一的人口生活在缺水状态中。据预测,到2025年,全世界三分之二的人口将生活在缺水状态中。现在,世界上已经有些地区,如中东地区,正在为争水而打仗。有一份权威性的研究报告说:“除非我们改进淡水供给政策,否则我们将可能因缺水而引起大规模冲突,发生大灾难。淡水危机闹到如此严重的程度是不奇怪的。3000年前的铜器时代,全球人口不过2-3千万,现在已经突破60亿。中国人口在清朝以前,长期保持在5-9千万之间,现在已经突破12亿。为满足最低需要,一个人一天要喝2-2.5升水。为保证一人一天之需,古代人一两担(50升)水就足够了。现代城市居民,一天每人没有300升水,就不能保持生活的舒适。现代农业、工业都消耗大量淡水,没有水,工农业便不能发展。淡水缺乏如此急迫,向海洋索取淡水成为刻不容缓的任务。让我们继续第一课《海中“取”水》之海水淡化。
二、 真实再现
海水淡化是人类追求了几百年的梦想。早在世界大航海时代,英国王室曾悬赏征求经济合算的海水淡化方法。但是,至今尚无人得到这一赏格。因为到目前为止,海水淡化的方法虽然有了320多种,但是,还没有一种达到该赏格规定的“物美价廉”的标准。“物美价廉”、“经济合算”也是相对而言的。以石油为能源,从海水生产出来的淡水,可能比油还贵。但是,在特定情况下,还是值得的。大航海时代就已经有蒸馏器供远航帆船应急之用。轮船时代,几乎所有远洋商船和作战舰艇上都安装了应急的海水淡化设备。尽管这些海水谈化设备除了例行“试车”,几乎从来没有投入使用过,按照海上安全航行制度规定,一切有关舰船在设计的时候,都不能缺少应急海水淡化设备。一些小型海岛,在国防、科学研究、资源开发方面地位十分重要。为保证驻岛人员的生活,除从大陆运送淡水外,安装代价昂贵的海水谈化装臵也是必要的。如我国西沙群岛、南沙群岛驻军单位和海洋观测站上都有海水淡化装臵,并经常投入使用。盛产石油、经济富有的中东国家,大多是干旱的沙漠地区。在这样的地区,水比油贵并不认为是不合算的。他们花费一些石油和金钱,大规模淡化海水,供应人们的生活,浇灌树木花草,美化环境。他们觉得这是很值得的。正因为如此,20世纪50年代以后,海水谈化,作为一门现实的应用技术,发展很快。在已经开发的20几种淡化技术中,蒸馏法、电渗析法、反渗透法达到了工业规模的生产应用。
三、探究明理
学生小组合作探究“海水淡化有哪几种常用的方法?
电渗析淡化法是使用一种特别制造的薄膜实现的。在电力作用下,海水中盐类的正离子穿过阳膜跑向阴极方向,不能穿过阴膜而留下来;负离子穿过阴膜跑向阳极方向,不能穿过阳膜而留下来。这样,盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水,而盐类离子留下来的
管道里的海水就成了被浓缩了的卤水。
反渗透淡化法更加绝妙。它使用的薄膜叫“半透膜”。半透膜的性能是只让淡水通过,不让盐分通过。如果不施加压力,用这种膜隔开咸水和淡水,淡水就自动地住咸水那边渗透。我们通过高压泵,对海水施加压力,海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了,因此叫做反渗透,或逆渗透。
蒸馏法的原理很简单,就是我们在实验室里制备蒸馏水的原理。把海水烧到沸腾,淡水蒸发为蒸汽,盐留在锅底,蒸汽冷凝为蒸馏水,即是淡水。
蒸馏法这种古老的海水淡化方法,消耗大量能源,产生大量锅垢,很难大量生产淡水。现代多级闪急蒸馏淡化使古老的蒸馏法焕发了青春。水在常规气压下,加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水,进入真空或接近真空的蒸馏室,便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理,做成多级闪急蒸馏海水淡化装臵。此种淡化装臵可以造得比较大,真空蒸发室可以造得比较多,连接起来,成为大型海水淡化工厂。这种淡化工厂,可以与热电厂建在一起,利用热电厂的余热加热海水。水电联产,可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂,大多采用此法。如果太阳能蒸发淡化法能够投入实用,古老的蒸馏淡化技术又上一个节能的新台阶。
四、拓展延伸
同学们,你知道我国海水和苦咸水淡化发展概况吗?让我们一起用班班通设备来搜集一下资料。
我国海水淡化起步时采用电渗析法技术,以后逐步过渡到蒸馏法和反渗透法,到目前为止,反渗透法、多级闪蒸法、多效蒸发法等已在实践中应用,效果稳定可靠。经过20多年的持续攻关,我国的海水淡化技术已初步具备了向产业化发展的条件。
目前,我国海水淡化已建成具有自主知识产权的千吨级和万吨级示范工程,是完全独立掌握海水淡化技术的少数国家之一。近年来,天津、河北、浙江、青岛、大连等多个万吨级和10万吨级海水淡化工程相继投产运营,市场已经形成。目前全国的海水淡化产水能力已从10年前的不足3万吨/日提升到42.5万吨/日。
现在海水淡化生产的淡水,基本上是就地消化。天津新泉海水淡化厂每日产15万吨淡水主要为天津石化供水;辽宁红沿河核电站海水淡化系统,每天可供约10080吨淡水,满足红沿河核电站一期工程的生产和生活用水需要。
天津“海得润滋”是全国第一家把海水淡化生产的淡水卖给老百姓的企业。在天津市南开区有一家经营“海得润滋”的水站,一桶水卖15元,与普通矿泉水价格差不多。
2005年,国家发改委、国家海洋局和财政部联合出台了我国首部《海水利用专项规划》。天津、浙江、青岛、大连等9个沿海省市也发布了适合本地方实际的海水利用规划。但是,海水淡化也面临着进入市政管网难和价格体系瓶颈、自主创新技术不多、相关法规和体制机制不完善等难题。
苦咸水也是含盐量较大的自然水,与海水类似。在我国,苦咸水主要分布在西北干旱内陆地区以及北方和东部沿海地区。苦咸水是由于地表水流经盐碱地以及海水倒灌等原因形成。其主要是指含盐量在1000 ~ 5000mg/L的湖水、河水及地下水。
苦咸水淡化采用的技术与海水淡化类同,采用反渗透法处理较多。我国苦咸水淡化后所得净水目前主要用于农村居民用水和农业灌溉用水。现在我国农村饮用苦咸水的人口多达4000多万人,这是必须尽快解决的民生问题。
据报道,2012年2月,国务院办公厅下发“关于加快发展海水淡化产业的意见”,“意见”提出推动海水淡化产业又好又快发展,为保障我国水资源安全作出贡献。允许海水淡化水依法进入市政供水系统。
“意见”就海水淡化产业提出七项重点工作:
(1) 加强关键技术和装备研发;
(2) 提高工程技术水平;
(3) 培育海水淡化产业基地;
(4) 组建海水淡化产业联盟;
(5) 实施海水淡化示范工程;
(6) 建设海水淡化示范城市;
(7) 推动使用海水淡化水。
“意见”提出了加快发展海水淡化产业发展目标,即到2015年,我国海水淡化能力达到220万~260万立方米/日,对海岛新增供水量的贡献率达到50%以上,对沿海缺水地区新增工业供水量的贡献率达到15%以上;海水淡化原材料、装备制造自主创新率达到70%以上;建立较为完善的海水淡化产业链,关键技术、装备、材料的研发和制造能力达到国际先进水平。
五、教师小结 目前,全球海水淡化日产量约3500万立方米,其中80%用于饮用水,解决了1亿多人的供水问题。海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术,愈来愈受到世界上许多沿海国家的重视。你们知道青岛地区的海水淡化情况吗?请同学们在网上搜集一下,下节课我们一起分享。
六、作业 结合今天的学习内容,请你们在家里自己动手,做一个把盐水变成淡水的小实验。下节课我们分享一下你的制作过程。
第二课 海中掘“金”
第一课时 认识食盐
教学目标:
1、认识食盐
2、了解食盐的功能等相关知识
一、 激情导课
同学们,人类生存营养中不可缺少盐。人类以盐作调料的历史不可考,中国“煮海为盐”的历史则可追溯到4000余年前的夏代。进入封建社会,盐、铁成为国家两项重大的官营商品。盐、铁管卖,一方面可以保证供应,另一方面,可以作为国家财政的重要来源和调节阀门。让我们开始学习第二课《海中掘“金”》之认识食盐。
二、 真实再现
食盐,又称餐桌盐,是对人类生存最重要的物质之一,也是烹饪中最常用的调味料。盐的主要化学成份氯化钠(化学式NaCl)在食盐中含量为99%,部份地区所出品的食盐加入氯化钾以降低氯化钠的含量以降低高血压发生率。同时世界大部分地区的食盐都通过添加碘来预防碘缺乏病,添加了碘的食盐叫做碘盐。
三、探究明理
(一)学生小组合作探究“食盐有哪些生理作用?” 食盐是人们生活中所不可缺少的。成人体内所含钠离子的总量约为60 g,其中 80%存在于细胞外液,即在血浆和细胞间液中。氯离子也主要存在于细胞外液。钠离子和氯离子的生理功能主要有下列几点:
1.维持细胞外液的渗透压
Na和Cl是维持细胞外液渗透压的主要离子;K和HPO4是维持细胞内液渗透压的主要离子。在细胞外液的阳离子总量中,Na占90%以上,在阴离子总量中,Cl占70%左右。所以,食盐在维持渗透压方面起着重要作用,影响着人体内水的动向。
2.参与体内酸碱平衡的调节
由Na和HCO3形成的碳酸氢钠,在血液中有缓冲作用。Cl与HCO3在血浆和血红细胞之间也有一种平衡,当HCO3从血红细胞渗透出来的时候,血红细胞中阴离子减少,Cl就进入血红细胞中,以维持电性的平衡。反之,也是这样。
3.氯离子在体内参与胃酸的生成
胃液呈强酸性,pH约为0.9~1.5,它的主要成分有胃蛋白酶、盐酸和粘液。胃体腺中的壁细胞能够分泌盐酸。壁细胞把HCO3输入血液,而分泌出H输入胃液。这时Cl从血液中经壁细胞进入胃液,以保持电性平衡。这样强的盐酸在胃里为什么能够不侵蚀胃壁呢?因为胃体腺里有一种粘液细胞,分泌出来的粘液在胃粘膜表面形成一层约l mm~1.5 mm厚的粘液层,这粘液层常被称为胃粘膜的屏障,在酸的侵袭下,胃粘膜不致被消化酶所消化而形成溃疡。但饮酒会削弱胃粘膜的屏障作用,往往增大引起胃溃疡的可能性。
此外,食盐在维持神经和肌肉的正常兴奋性上也有作用。 当细胞外液大量损失(如流血过多、出汗过多)或食物里缺乏食盐时,体内钠离子的含量减少,钾离子从细胞进入血液,会发生血液变浓、尿少、皮肤变黄等病症。 人体对食盐的需要量一般为每人每天3 g~5 g。
由于生活习惯和口味不同,实际食盐的摄入量因人因地有较大差别,我国一般人每天约进食食盐10 g~15 g。
(二)学生小组合作探究“食盐的实用须知?”
1、少买及时吃
少量购买,吃完再买,目的是防止碘的挥发。因碘酸钾在热、光、风、湿条件下都会分解挥发。
2、忌高温
在炒菜做汤时忌高温时放碘盐。炒菜爆锅时放碘盐,碘的食用率仅为10%,中间放碘盐食用率为60%;出锅时放碘盐食用率为90%;凉拌菜时放碘盐食用率就可以达到100%。
3、忌在容器内敞口长期存放
碘盐如长时间与阳光、空气接触,碘容易挥发。最好是放在有色的玻璃瓶内,用完后将盖盖严,密封保存。
4、忌加醋
碘跟酸性物质结合后会被破坏。据测试,炒菜时如果同时加醋,碘的食用率即下降40%~60%。另外,碘盐遇酸性菜(比如酸菜),食用率也会下降。
四、拓展延伸
1、宜食
食盐适宜急性胃肠炎者、呕吐腹泻者,炎夏中暑多汗烦渴者、咽喉肿痛、口腔发炎、齿龈出血者以及胃酸缺乏引起消化不良、大便干结和习惯性便秘者食用。
2、忌食
咳嗽消渴、水肿病人不宜食用;而高血压、肾脏病、心血管疾病患者应限制摄入量,最好用代盐(氯化钾)或无盐酱油代替食盐以促进食欲。
3、知识链接
过量食盐可致白内障〃
食盐(8张)
澳大利亚研究人员研究发现,如果食物中盐分含量过高,患白内障的可能性就会增加。白内障指眼晶状体变白,如果不加治疗就可能会导致失明。
悉尼大学的罗伯特G卡明博士及其同事研究发现,钠摄入量最高者比钠摄入量最低者患后囊下内障的可能性高出2倍,这是一种对视力损伤最大的白内障。他们的这份研究报告发表在最近出版的《美国流行病学》杂志上。
研究人员对约3000名49岁至97岁成年人的眼睛进行了检查,并要求实验对象填写了一份关于饮食频率的问卷。160人患了后囊下内障,970人患了另两种与钠摄入无关的白内障中的一种。
研究还发现盐摄入量高的人也可能患其它容易导致白内障的疾病,如糖尿病或高血压,并可能服用过皮质甾类抗炎药。
4、盐与辐射
2011年3月,国内多个地方超市出现的食盐抢购现象,据了解,市民抢购食盐,主要有两个原因。一是我国目前的食盐全部是加碘盐,其中的碘正是碘片的主要成分碘化钾。不少市民可能觉得多吃食盐,关键时刻可防辐射。另外一个就是广东一些沿海城市的居民,担心海水被日本核辐射污染不能用,食盐一旦库存不足会引起涨价。
对于第一种担心,广东省疾病控制中心一名专家表示,食盐里碘的含量是很低的,市民就算吃很多盐,也起不到多大的防辐射效果。过量吃碘盐对人体有害,这个是卫生部门负责人说的。
对于第二种担心,盐业总公司相关负责人称,国家有关部门已作出回应,称日本核辐射对我国未造成任何影响,“这种无影响是全方位的,包括海域。且广东供应市场的除海盐外,还有矿盐。”该负责人说,矿盐都是从地下3米处提取的,没有任何污染。对食盐的质量,市民不用恐慌。
五、教师小结
同学们,从生理角度看,盐对维持人体健康有着重要意义: 盐能协助人体消化食物。盐的咸味,能刺激人的味觉,增加口腔唾液分泌,从而增进食欲和提高食物消化率。 盐能参加体液代谢。盐是体液的重要成分,高温作业的人,出汗过多,需要补充含食饮料;吐泻过多的人,要输入生理盐水;大失血的人也要急饮温盐水等,这些都是因为盐能起到维持人体渗透压及酸碱平衡的作用。
过去愚昧的认为盐是人类生存所必须的食物。 现代科学给了我们响亮的耳光,食盐是影响人类健康杀手之一。过量食用食盐会使人类患上很多种疾病。在中国人食盐普遍食用过多。通过全国营养调查,从南方到北方食盐用量从12克到15克不等,按照世界卫生组织规定的6克,我们超了一倍还要多。而且盐吃多了对身体伤害是有直接性影响,所以我们必须对食盐控量食用,清淡为主,科学饮食。
第二课时 海水晒盐
教学目标:
1、认识海水晒盐
2、了解海水晒盐的方法
一、 激情导课
同学们,我国是海水晒盐产量最多的国家,也是盐田面积最大的国家。我国有盐田37.6万公顷,年产海盐1500万吨左右,约占全国原盐产量的70%。我国著名的盐场,从北往南,有辽宁的复州湾盐场,河北、天津的长芦盐场,山东莱州湾盐场,江苏淮盐盐场,以及浙江、福建、广东、广西、海南的南方盐场。每年生产的海盐,供应全国一半人口的食用盐和80%的工业用盐。还有100万吨原盐出口。我国海盐业对国家的贡献是很大的。上节课我们学习了食盐的用途,知道了食盐的重要性,那么海水是怎么晒出盐的呢?这节课我们要学习第二课《海中掘“金”》之海水晒盐。
二、 真实再现
盐的历史记载
盐在中国的源起。“盐”字本意是“在器皿中煮
卤”。《说文》中记述:天生者称卤,煮成者叫盐。传说
黄帝时有个叫夙沙的诸侯,以海水煮卤,煎成盐,颜色
有青、黄、白、黑、紫五样。现在推断中国人大约在神
农氏(炎帝)与黄帝之间的时期开始煮盐。中国古时的
盐是用海水煮出来。20世纪50年代福建有文物出土,
其中有煎盐器具,证明了仰韶时期(公元前5000年~前
3000年)古人已学会煎煮海盐。根据以上资料和实物佐
证,在中国,盐起源的时间远在五千年前的炎黄时代,
发明人夙沙氏是海水制盐用火煎煮之鼻祖,后世尊崇其为“盐宗”。在宋朝以前,在河东解州安邑县东南十里,就修建了专为祭祀“盐宗”的庙宇。清同治年间,盐运使乔松年在泰州修建“盐宗庙”,庙中供奉在主位的即是煮海为盐的夙沙氏,商周之际运输卤盐的胶鬲、春秋时在齐国实行“盐政官营”的管仲,臵于陪祭的地位。
三、探究明理
早期海盐,是支起大锅用柴火煮熬出来的。汉、魏以前的历史书上多有“煮海为盐”的记载。开辟盐田,利用太阳和风力的蒸发作用,晒海水制盐的工艺,比起煮海为盐,是很大的进步。那么现在采用什么技术晒盐呢?
学生小组合作探究“海水晒盐的方法是什么?” 目前,从海水中提取食盐的方法主要是“盐田法”这是一种古老的而至今仍广泛沿用的方法。使用该法。
需要在气候温和,光照充足的地区选择大片平坦的海边滩涂,构建盐田。
盐田一般分成两部分:蒸发池和结晶池。先将海水引入蒸发池,经日晒蒸发水分到一定程度时,再倒入结晶池,继续日晒,海水就会成为食盐的饱和溶液,再晒就会逐渐析出食盐来。这是得到的晶体就是我们常见的粗盐。剩余的液体称为母液,可从中提取多重化工原料。
海水→蒸发池→结晶池→粗盐和母液
古代我国沿海居民利用海水制食盐,把海水引入盐田,利用日光和风力蒸发浓缩海水,使其达到饱和,进一步使食盐结晶出来。这种方法在化学上成为蒸发结晶。
盐田通常分为两部分:蒸发池和结晶池。先将海水(或海水地下卤水)引入蒸发池,经日晒蒸发水分到一定程度时,在导入结晶池,继续日晒,海水就会成为食盐的饱和溶液,再晒就会逐渐析出食盐来。这时得到的晶体就是我们常见的“粗盐”。剩余的液体称为母液(也称“苦卤”),可从中提取多重化工原料。
海水晒盐的加强蒸发方法
海水晒盐的加强蒸发方法与液体蒸发技术有关。以往的海水蒸发晒盐,均采用平面蒸发的方法,盐水与流动着的水汽未饱和的空气的接触面积限于盐田的平面面积,而该发明以盐水在一定高度上洒下,或盐水在一定压力下且在一定高度上喷洒的办法,立体式地扩大了盐水溶液与流动着的水汽未饱和的空气的接触面积,加大了蒸发面积,加强蒸发,缩短蒸发周期而提高盐水的蒸发效率。
四、拓展延伸
海水的化学资源利用
海水——蒸发结晶——析出苦卤水(含有镁离子、溴离子、碘离子等)和粗盐(含钠离子、氯离子、镁离子、硫酸根离子等)——依次加入氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠。去除杂质——过滤——得到沉淀和滤液——加入稀盐酸溶液——蒸发结晶——得到纯净盐(氯化钠)
海水中还可以提取镁单质、碘单质、溴单质等
海水滤液→食盐
→(风吹日晒)→粗盐→(溶解)→盐水→(过滤)固体杂质
青岛的晒盐历史
胶州湾开滩晒盐始于德国占领后的二十世纪初,在此之前,沿海小规模的土法制盐仅能满足周边小范围的需求。1908年,顺和洋行投资的哥伦比亚有限公司,在胶州湾海岸购买了大片滩涂,围造盐田,并从这些盐田中制出的粗盐中,成功地提炼出了食用盐。1909年,德国胶澳总督府在阴岛设巡捕局,兼管盐田滩场并征收捐税。1911年3月12日,总督发布盐田规则,由殖民政府专门管辖采盐权,每5000平方米的盐田年征滩税4元;外运出口100斤纳费3分,以取得采盐、输盐自由。根据德国总督府的统计数据,到1912年9月,胶州湾租借地沿岸开发的盐田已达十几万亩,年产盐35000余吨。
1914年11月,日本攻占青岛,由于战火涂炭,胶州湾沿岸盐田废弃过半,盐业生产陷于停顿,附近居民食盐也受到了严重影响,仅能靠购买郊区私盐维持生计。1917年,胶州湾的盐田的生产开始恢复,但由于第一次世界大战,日本国内工业用盐猛增,1917-1919年,从青岛出口至日本的原盐每年达到了150万担,但是由于制盐费用日涨,捐税日重,卖盐收入又不能全部兑现,最终导致了盐商亏本。1918年10月7日,日本青岛守备军司令部制定《青岛盐业管理规则》,宣布所有青岛盐务均由日本青岛守备军司令部兼管,开辟盐田、使用均需经过守备军司令部许可,并制发盐田许可证,由滩户收存,用以证明对滩田拥有晒制权。
此外,日本当局还规定输往日本的盐税低于中国内销盐税,除了利用这种政策低价掠夺青岛的原盐,也为日商在青岛大量开辟盐滩,增开精盐工厂提供了有利的条件。
1922年12月,北洋政府收回青岛后,根据《解决山东悬案条约》及有关协定,北洋政府以600余万元的价格赎回胶州湾沿岸日本人所占的盐田及盐业公司,而实际上,日本人经营的这些盐场、盐滩仅价值205万元。1923年永裕盐业公司以国币300万元获得了胶州湾盐田经营权,承包费用分15年偿还,在未结清之前,所有盐田仍属官有财产。
1923年底,胶澳商埠政府成立了盐务稽核支所、运副公署和盐务缉私警长办事处,用于管理胶州湾的盐政、产销和缉私护税工作。1932年8月,南京国民政府财政部将这些盐务行政机关统归于青岛盐务稽核支所管理。1937年4月,南京国民政府收回盐税主权,并改组了国家和各地盐务机关。在青岛盐区成立了胶澳、金口两个盐场,隶属于山东省盐务管理局。青岛盐务的产销税管理开始步入正轨。
1938年1月,日本再次占领青岛,并在湖南路15号组成了直属于伪华北政务委员会财务总署的青岛盐务管理局。产盐实行民制官收,销售实行统制,指定专商设店承销官盐。 抗战胜利后,1945年12月,南京国民政府在青岛组建了山东盐务管理局,废除了盐专卖(官收、官运、官销)政策,取消专商引岸制度,推行自由贸易政策。1946年2月成立了青岛盐务管理分局,专管胶澳盐场产、销、运输业务。1947年6月,裁撤青岛盐务管理分局,成立胶澳盐场公署。解放后,1949年2月17日,山东省盐务局发文,撤销了胶澳盐场公署。1953年之后,胶州湾地区的盐务由青岛市盐务局管理。
五、教师小结
同学们,现代海水晒盐的工艺得到了非常的变革和改进。原始的或者说古老的海水晒盐的办法,节约燃料。但是,受天气限制,占用大量平坦土地,劳动条件十分艰苦,生产效率低。在工业化的现代,原为先进的工艺,变成了落后的工艺。目前世界上,只有中国、印度和少数气候条件特别适宜的国家大规模海水晒盐。在澳大利亚和墨西哥一些非常干旱的海岸地区,使用自动化机械进行海水晒盐,生产效率极高,一个盐场工人年产原盐7000吨。这样既节约能源又有高效率的海水晒盐工艺是很先进的工艺。我国的许多盐场,也逐步实现了机械化生产,效率大为提高。机械化、自动化生产,为我国海水晒盐业开辟了广阔前景。
六、作业
结合今天的学习内容,请你们在家里自己动手,做一个从盐水里提炼出食盐晶体的小实验。下节课我们分享一下你的制作过程。
第三课时 海底矿产资源的开发
教学目标:
1、认识海底矿产资源
2、了解海海底矿产资源开发的重要性
一、 激情导课
同学们,海洋是“聚宝盆”,有取之不尽用之不竭的巨大财富。就矿产资源来说,海洋蕴藏种类之多,含量之巨,堪称聚宝盆。已发现的百余种元素中,海洋存在有80余种,可提取的有60余种。它们以三种形式存在于海洋中:液体矿床;海底富集的固体矿床;从海底内部滚滚而来的油气资源。据估计,海水中含黄金达550万吨,银5500万吨,钡27亿吨,铀40亿吨, 锌70亿吨,钼137亿吨,锂2470亿吨,钙560万亿吨,镁1767万亿吨等等。这么多的资源,应该怎样合理地利用和开发呢?这节课我们要学习第二课《海中掘“金”》之海底矿产资源的开发。
二、 真实再现
1.浅海矿产资源
浅海海底的矿产资源是指大陆架和部分大陆斜坡处的矿产资源,是海水动力作用的。主要有石油、天然气、各类滨海砂矿和天然气水合物。
(1)大陆架油气
中国大陆架都属陆缘的现代拗陷区。因受太平洋板块和欧亚板块挤压的影响, 在中、新生代发育了形成的一系列北东和东西向的断裂,造就了许多沉积盆地。陆上许多河流(如古黄河、古长江等)挟带大量有机质泥沙流注入海,使这些盆地形成几千米厚的沉积物。构造运动使盆地岩石变形,形成断块和背斜。伴随构造运动而发生岩浆活动,产生大量热能,加速有机物质转化为石油,并在圈闭中聚集和保存,成为现今的陆架油田。中国海自北向南有渤海、北黄海、南黄海、东海、冲绳、台西、 台西南、珠江口、琼东南、莺歌海、北部湾、管事滩北、中建岛西、巴拉望西北、 礼乐太平、曾母暗沙—沙巴等16个以新生代沉积物为主的中、新生代沉积盆地,总面积达130多万平方公里。有人说,中国沿海的石油、天然气最终可与北海及东南亚争一高低;中国海底石油储量与伊朗相比有过之而无不及;中国海、陆石油储量,几乎等于沙特阿拉伯的储量。
(2)滨海砂矿
滨海砂矿是指在滨海水动力的分选作用下富集而成的有用砂矿,该类砂矿床规模大、品位高、埋藏浅,沉积疏松、易采易选。所谓滨海砂矿的范畴,由于地质历史上的海平面变动,它包涵着滨海和部分浅海的砂矿。滨海砂矿主要包括建筑砂砾、工业用砂和矿物砂矿。工业砂据其质地而用于不同的方面,铸造用砂和玻璃用砂等。 滨海矿物砂矿有金刚石、金、铂、锡石、铬铁矿、铁砂矿、锆 石、钛铁矿、金红石、独居石等。滨海砂矿多属海积型砂矿,少部分属冲积型和残积型砂矿。世界上现已开采利用30余种滨海砂矿,世界金红石总钛金属资源量约9435万吨,其中砂矿占98 %;钛铁矿总钛金属资源量2.46亿吨,砂矿占50 %;锆石已探明的资源量 3175.2万吨,96 %为滨海砂矿。滨海砂矿的开采量在世界同类矿产总产量中所占的百分比为:钛铁矿30 %,独居石80 %,金红石98 %,锆石90 %,锡石70 %以上,金 5-10 %,金刚石5.1 %,铂3 %等。 滨海砂矿在浅海矿产资源中,其价值仅次于石油、天然气,居第二位。
(3)天然气水合物
天然气水合物是在一定的温压条件下,由天然气与水分子结合形成的外观似冰的白色或浅灰色固态结晶物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故又称之为“可燃冰”、“气冰”、“固体瓦斯”。因其成分的80%—99.9%为甲烷,又被称为“甲烷天然气水合物”。 作为一
种新型的烃类资源,天然气水合物具有能量密度高、分布广、规模大、 埋藏浅、成藏物化条件好、清洁环保等特点,被喻为未来石油的替代资源。“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160-180立方米的天然气。据估计,地球海底天然可燃冰的蕴藏量约为500万亿立方米,相当于全球传统化石能源(煤、石 油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上,是目前世界年能源消费量的200倍。全球的天然气水合物储量可供人类使用1000年。
2.深海矿产资源
深海一般是指大陆架或大陆边缘以外的海域。深海占海洋面积的 92.4 %和地球 面积的65.4 %,尽管它蕴藏着极为丰富的海底资源,但由于开发难度大,目前基本上还没有得到开发。深海矿产资源主要有多金属结核矿、富钴结壳矿、深海磷钙土和海底多金属硫化物矿等。
(1)多金属结核矿
多金属结核矿是一种富含铁、锰、铜、钴、镍和钼等金属的大洋海底自生沉积物,呈结核状,主要分布在水深4000—6000米的平坦洋底,是棕黑色的,像马铃薯、姜块一样的坚硬物质。个体大小不等,直径从几毫米到几十厘米,一般为3—6 厘米,少数可达1米以上;重量从几克到几百、几千克,甚至几百千克;这种结核含有多达70余种的元素,如铜、钴、镍、锰、 铁等,其中Ni、Co、Cu、Mn的平均含量分别为1.30%,0.22%,1.00%和 25.00 ,总储量分别高出陆地相应储量的几十倍到几千倍,铁品位可达30%左右,铍、铈、锗、铌、铀、镭和钍的含量比海水要高出几千、几万乃至百万倍。
深海勘测表明,多金属结核在太平洋、大西洋、印度洋均有分布,唯太平洋分布最广,储量最大,并呈带状分布,拥有东北太平洋海盆, 中太平洋海盆、南太平洋、东南太平洋海盆等4个分区,其中位于东北太平洋海盆内克拉里昂、克里帕顿断裂之间的CC区是多金属结核经济价值最高的区域。在东北太平洋克利顿断裂带与克拉里昂断裂带之间的地区(简称CC区)是最有远景的多金属结核富集区。世界深海多金属结核资源极为丰富,远景储量约3万亿吨,仅太平洋的蕴藏量就达1. 5万亿吨。我国科学家以结核丰度10千克/平方米和铜镍钴平均品位2.5%为边界条件,估计太平洋海域可采区面积约425万平方公里,资源总量为425亿吨。其中,含金属锰86亿吨,铜3亿吨,钴0.6亿吨,镍3.9亿吨。多金属结核矿每年还以1000—1500万吨的速度不断增加。 现在世界上已有七个国家或集团获得联合国的批准(印度、俄罗斯、法国、日 本、中国、国际海洋金属联合组织、韩国),拥有合法的Pioneer Area,除印度外的其他先驱投资国所申请的矿区均在太平洋CC区。 中国是联合国批准的世界上第五个深海采矿先驱投资者,在太平洋CC区内申请到30万平方公里区域开展勘查工作, 经过
(2)富钴结壳矿
富钴结壳矿是生长在海底岩石或岩屑表面的一种结壳状自生沉积物,主要由铁锰氧化物组成,富含锰、铜、铅、锌、镍、钴、铂及稀土元素,平均含钴达0.8%~1.0%,是大洋锰结核中钴含量的4倍。金属壳厚1—6厘米,平均2厘米,最厚20厘米。结壳主要分布在水深800—3000米的海山、海台及海岭的顶部或上部斜坡上。
自20世纪以来,富钴结壳已引起世界各国的关注,德、 美、日、俄等国纷纷投入巨资开展富钴结壳资源的勘查研究。目前工作比较多的地 区是太平洋区的中太平洋山群、夏威夷海岭、莱恩海岭、天皇海岭、马绍尔海岭、 马克萨斯海台以及南极海岭等。据估计,在太平洋地区专属经济区内,富钴结壳的潜在资源总量不少于10亿吨,钴资源量就有600—800万吨,镍400多万吨。在太平洋地区国际海域内,经俄罗斯对麦哲伦海山区开展调查,亦发
现了富钴结壳矿床,资源量亦已达数亿吨,还有近2亿吨优质磷块岩矿床的共生。 在我国南海也发现有富钴结壳。所发现的富钴结壳钴含量一般比大洋锰结核高出三倍左右,而镍是锰结核的1/3,铜含量比较低,而铂的含量很富,变化于0.3ppm至2ppm之间,最高可达
4.5ppm ,稀土元素含量很高,稀土总量可达数千ppm,以轻稀土为主。 近年来,我国大洋协会又开始在太平洋深水海域进行了面积近10万平方公里的富钴结壳靶区的调查评价。
(3)海底多金属硫化物矿床
海底多金属硫化物矿床是指海底热液作用下形成的富含铜、锰、锌等金属的火山沉积矿床。按产状可分为两类:一类是呈土状产出的松散含金属沉积物,如红海的含金属沉积物(金属软泥);另一类是固结的坚硬块状硫化物, 与洋脊“黑烟筒”热液喷溢沉积作用有关,如东太平洋洋脊的块状硫化物。按化学成分可分为四类:第一类富含镉、铜和银,产于东太平洋加拉帕戈斯海岭;第二类富含银和锌,产于胡安德富卡海岭和瓜亚马斯海盆;第三类是富含铜和锌;第四类富含锌和金,与第三类同时产出。多金属硫化物也见于中国东海冲绳海槽轴部。海底多金属硫化物矿床与大洋锰结核或富钴结壳相比,具有水深较浅(从几百米到2000m 左右)、矿体富集度大、矿化过程快,易于开采和冶炼等特点。海底多金属硫化物主要产于海底扩张中心地带,即大洋中脊、弧后盆地和岛弧地区。如东太平洋海隆、大西洋中脊、印度洋中脊、红海、北裴济海、马利亚纳海盆等地都有不同类型的热液多金属硫化物分布。富含金属的高温热水从海底喷出,在喷口四周沉淀下多金属氧化物和硫化物,堆砌成平台、小丘或烟囱状沉积 柱。世界已有70多处发现有热液多金属硫化物产出,在东海冲绳海槽地区已发现7 处热液多金属硫化物喷出场所。
(4)磷钙土矿
磷钙土是由磷灰石组成的海底自生沉积物,按产地可分为大陆边缘磷钙土和大洋磷钙土。它们呈层状、板状、贝壳状、团块状、结核状和碎砾状产出。大陆边缘磷钙土主要分布在水深十几米到数百米的大陆架外侧或大陆坡上的浅海区,主要产地有非洲西南沿岸、秘鲁和智利西岸;大洋磷钙土主要产于太平洋海山区,往往和富钴结壳伴生。磷钙土生长年代为晚白垩世到全新世,太平洋海区磷钙土含有15%— 20%的P2O5,是磷的重要来源之一。另外,磷钙土常伴有高含量的铀和稀土金属铈、镧等。据推算,海区磷钙土资源量有3000亿吨。
三、探究明理
学生小组合作探究“我国海洋矿产资源开发利用现状及存在问题”
海洋矿产资源开发利用现状
(1)滨海砂矿的开发起步早,但规模有限
我国滨海砂矿种类较多,已发现60多种矿种,估计地质储量达1.6万亿吨。目前开采规模有限,规模较大的主要有钛铁矿、锆石、金红石、钛铁矿、铬铁矿、磷钇矿、砂金矿、石英砂、型砂、建筑用砂等10余种。
(2)海洋油气开发已成重点,但主要局限在浅水区
自60年代开始,我国已在近海发现了7个大型含油气盆地,估计石油资源总量约260亿吨,天然气资源量约14万亿立方米。 海洋油气的开发价值主要由开发成本和油价等因素决定。海上油田的建设成本约为陆上的3—5倍,但由于海上油田储量一般比较大,单位成本并不算高。
(3)天然气水合物的开发正处于初期研究阶段
天然气水合物开采是柄“双刃剑”。有学者认为,在导致全球气候变暖方面,甲烷所起的作用比二氧化碳要大10—20倍。如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。而天然气水合物矿藏哪怕受到最小的破坏,甚至是自然的破坏,都足以导致甲烷气的大量散失,从而增加温室效应,使地球升温更快;由于迄今尚没有非常稳妥而成熟的勘探和开发的技术方法, 一旦出了井喷事故,就会造成海水汽化,导致海啸
船翻。天然气水合物也可能是引起地质灾害的主要因素之一。由于天然气水合物经常作为沉积物的胶结物存在,它对沉积物的强度起着关键的作用。天然气水合物的形成和分解能够影响沉积物的强度,进而诱发海底滑坡等地质灾害的发生。 目前,包括我国在内的世界许多国家正在积极研究天然气水合物资源开发利用技术。迄今天然气水合物的开采方法主要有热激化法、减压法和注入剂法三种。开采的最大难点是保证井底稳定,使甲烷气不泄漏、不引发温室效应。针对这些问题,日本提出了“分子控制”的开采方案。天然气水合物气藏的最终确定必须通过钻探,其难度比常规海上油气钻探要大得多,一方面是水太深,另一方面由于天然气水合物遇减压会迅速分解,极易造成井喷。日益增多的成果表明,由自然或人为因素所引起的温压变化,均可使水合物分解,造成海底滑坡、生物灭亡和气候变暖等环境灾害。可以预言,天然气水合物的正式开发,可能至少要推迟到本世纪的二十年代以后。 四、拓展延伸
我国海洋矿产资源开发利用面临哪些主要问题?
(1)公民资源意识淡薄,资源开发使用不当,使资源浪费,环境遭到破坏
80年代以来,河砂的短缺使得人们非法从海岸线挖砂。据有人测算,近15年来从我国海岸挖砂约为4.5亿吨,平均每公里海岸线取砂2.5万吨。有些地方的企业还做起了海砂的生意,利用海砂出口,并形成了巨大的产业。绝大部分海砂资源未经研究就直接将其当作普通建筑材料砂使用或买卖,不仅是高价值资源低价出售的问题,而且造成了资源的浪费。大量开采海砂还会破坏海岸环境,带来海水入侵海岸侵蚀等严重后果。
(2)技术落后,生产效率低
世界上发达国家在滨海砂矿开发和选矿技术上基本实现了机械化和自动化,且水上水下均可以进行开采,如日本多用抓斗式和吸扬式挖泥船,功率大,效率高, 砂矿回收率高,而我国滨海砂矿仍限于露天开采,水下采矿尚少,且大多为集体和个体民采用土法采选为主,机械化甚至半机械化生产还没有普及。采用浮选磁选和电选等方法进行精选,总回收率可达40%到50%,但总的看来,我国采矿和选矿技术较落后,生产效率不高,有用矿物回收能力差,综合利用程度低,缺乏深水作业的人才与经验。多年来我国只能在渤海、东海等内海部分海域进行了油气开发,在南海的开发也只是集中在浅水区,对南海主体的深水区,只进行了路线概查和局部地区的地球物理普查。我国在开发南海油气资源方面进展十分缓慢,占中国领海面积3/4的南海地区,油气开发几乎空白,不多的几口油井都集中在离陆地和海南岛不远的区域。
(3)周边国家抢采油气,引发与我国海域之争
海洋石油产业为经济发展提供了血液石油,大大增强了国民经济发展的实力;海洋油气业的日益发展,带动了其他相关产业的发展;海洋油气产业的发展需要引进国外先进技术和经营管理经验, 起到了对外全方位开放的窗口作用;海洋油气资源不同于陆地资源,特别是在有争议的海洋区域,如果本国不对其进行开发就会被其他国家抢先开发。目前,南海周边多个国家与我国有严重的海洋争端,出现了我国海洋岛屿被侵占、海洋区域被分割、 海洋资源被掠夺的严重局面,仅争议海域面积就达到150余万平方公里,占我海域辖区的一半以上。如越南曾经几次在本国报纸上声明,南沙海域是中国的。自从这一海域发现石油后,该国侵占我南沙海域岛礁的情况比任何周边国家都严重,而且还无理阻扰我国在这一海域勘探开发作业。目前,南海周边菲律宾、越南、 马来西亚、文莱、印度尼西亚等,先后对南海提出
主权要求,并纷纷前往抢夺资源,焦点多集中在我国南沙群岛80多万平方公里的海域上。如今在我国南沙海域, 外国的油井已超过1000口,每年开采石油超过5000万吨。南海西缘,特别是南缘的大陆架及相邻的上陆坡,已经被一些邻国例如菲律宾、越南、马来西亚、文莱等四国抢占。
(4)国际海底资源研究尚处于初创阶段
我国海底资源研究开发活动尚处于初创阶段,主要表现为单一的资源研究而且技术开发薄弱。 而西方国家则早在1950年代末便开始投资这一领域,早已占有了最具商业远景的多金属结核富矿区,并基本完成了多金属结核矿商业开发前的技术准备。1990年代以来,西方国家在深海富钴结壳、海底热液多金属硫化物、天然气水合物等方面的开发投资力度不断加大,并继续保持着在深海领域的高新技术领先地位。
五、教师小结
同学们,为了实现对海洋资源的可持续开发利用,为了我们人类的繁衍和发展。对海洋资源的合理开发、绿色保护刻不容缓,达到开发与保护的平衡,人类与自然的共存。对海洋资源的开发和保护同等重要。开发是我们的初衷,保护是前提,二者缺一不可,不能过度“偏爱”,“偏爱”的后果往往得不偿失。我们倡导合理开发,绿色保护,开发和保护并举,打造绿色生态海洋,实现我们对海洋资源开发“取之不尽用之不竭”的美愿!