中国海洋大学：《海洋化学》课程教学资源（教案讲义）第三章 海洋中常量元素

第 3 章 海洋中常量元素和海水综合利用初论 本章讲述了海水中含有的 13 种常量元素，主要所包括形成的碳酸盐和硅酸盐体系、溶 度积以及在海水中的分布情况。初步讨论了海水的综合利用，从海水中提取盐和钾、镁、 溴等元素。 3.1 海水中常量元素和 Marcet-Dittmar 恒比定律 海水中的常量元素包括 A 和 B 两类。从元素而言，则是 Na、Mg、Cl；B、C、O、F、 Si、S、K、Ca、Br、Sr 共 13 个元素，按海水中溶解成分（常量离子）而言，如表 3.1 所示。 Marcet—Dittmar 恒比规律是 1819 年 Marcet 报告了经北冰洋、大西洋、地中海、黑海， 波罗的海和中国近海等 14 个水样的观测结果，发现“全世界一切海水水样，都含有相同种 类的成分，这些成分之间具有非常接近恒定的比例关系。而这些水样之间只有盐含量总值不 同的区别。”1884 年 Dittmar 分析了英国 H.M.S Challenger(挑战者)号调查船从世界主要大洋 和海区 77 个海水样品结果证实，海水中主要溶解成分的恒比关系，即“尽管各大洋各海区 海水的含盐量可能不同，但海水主要溶解成分（见表 3.1）的含量间有恒定的比值”，这就是 海洋化学上著名的 Marcet—Dittmar 恒比定律。 3.2 海洋的盐度结构 海水盐度是海水含盐量的一个标度，是海洋化学的基本参数，全球表面海水最引人注目 的特点是赤道附近盐度最低，在纬度 20°N 和 20°S 附近盐度最高。在这两个海域带，高 温度和强风造成高蒸发速率因而有高表面盐度。赤道带盐度低是由于大量降雨和风速减弱之 故。而在高纬度区则因降水量超过蒸发量，而使盐度下降。 3.3 海洋中的沉淀-溶解作用 一般认为海洋中正离子是因大陆风化作用，通过水循环，经河川而带入海洋。在这 个过程中发生的相变，是由沉淀—溶解作用控制的，这也是本章海盐工业的理论基 础。 3.3.1 沉淀—溶解平衡——溶解度、溶度积及它们的介质效应 3.3.2 各种矿物的溶解度

第 3 章 海洋中常量元素和海水综合利用初论 本章讲述了海水中含有的 13 种常量元素，主要所包括形成的碳酸盐和硅酸盐体系、溶 度积以及在海水中的分布情况。初步讨论了海水的综合利用，从海水中提取盐和钾、镁、 溴等元素。 3.1 海水中常量元素和 Marcet-Dittmar 恒比定律 海水中的常量元素包括 A 和 B 两类。从元素而言，则是 Na、Mg、Cl；B、C、O、F、 Si、S、K、Ca、Br、Sr 共 13 个元素，按海水中溶解成分（常量离子）而言，如表 3.1 所示。 Marcet—Dittmar 恒比规律是 1819 年 Marcet 报告了经北冰洋、大西洋、地中海、黑海， 波罗的海和中国近海等 14 个水样的观测结果，发现“全世界一切海水水样，都含有相同种 类的成分，这些成分之间具有非常接近恒定的比例关系。而这些水样之间只有盐含量总值不 同的区别。”1884 年 Dittmar 分析了英国 H.M.S Challenger(挑战者)号调查船从世界主要大洋 和海区 77 个海水样品结果证实，海水中主要溶解成分的恒比关系，即“尽管各大洋各海区 海水的含盐量可能不同，但海水主要溶解成分（见表 3.1）的含量间有恒定的比值”，这就是 海洋化学上著名的 Marcet—Dittmar 恒比定律。 3.2 海洋的盐度结构 海水盐度是海水含盐量的一个标度，是海洋化学的基本参数，全球表面海水最引人注目 的特点是赤道附近盐度最低，在纬度 20°N 和 20°S 附近盐度最高。在这两个海域带，高 温度和强风造成高蒸发速率因而有高表面盐度。赤道带盐度低是由于大量降雨和风速减弱之 故。而在高纬度区则因降水量超过蒸发量，而使盐度下降。 3.3 海洋中的沉淀-溶解作用 一般认为海洋中正离子是因大陆风化作用，通过水循环，经河川而带入海洋。在这 个过程中发生的相变，是由沉淀—溶解作用控制的，这也是本章海盐工业的理论基 础。 3.3.1 沉淀—溶解平衡——溶解度、溶度积及它们的介质效应 3.3.2 各种矿物的溶解度

溶于海水中元素的量是与岩石风化及其沉淀—溶解性质有关。它们包括了常见的氯 化物、硫酸盐、磷酸盐、硫化物、硅酸盐以及铝硅酸盐等 62 种矿物的 88 种沉淀— 溶解平衡。在文献[3]中，关于固体溶解度的组成效应及上述各种矿物溶解度的具 体计算已有详述。供有兴趣的读者参考。 3.4 海洋碳酸盐体系 海洋中的碳酸盐主要包括方解石和文石，其它的碳酸盐有对羟基磷灰石和氟磷灰石碳酸 盐。大多数金属碳酸盐在天然海水中是不饱和的，不饱和程度与逗留时间有一定的关系。 3.4.1 方解石和文石的溶度积 3.4.2 其他碳酸盐的溶度积 3.4.3 海洋中钙、方解石和文石的分布 3.5 海洋中硅酸盐矿物 海洋中形成的硅酸盐矿物及其能否控制海水的化学组分和海水的 pH，是海洋化学的研 究热门。在我国的东海和黄河口地区，伊利石是主要成分。见表 3.10、图 3.9 和图 3.10。 3.6 海水综合利用初论-海水制盐 3.6.1 海盐工业——海水制盐 海水制盐一般采用蒸发法和电渗析法，见图 3.12 和图 3.13、3.14

溶于海水中元素的量是与岩石风化及其沉淀—溶解性质有关。它们包括了常见的氯 化物、硫酸盐、磷酸盐、硫化物、硅酸盐以及铝硅酸盐等 62 种矿物的 88 种沉淀— 溶解平衡。在文献[3]中，关于固体溶解度的组成效应及上述各种矿物溶解度的具 体计算已有详述。供有兴趣的读者参考。 3.4 海洋碳酸盐体系 海洋中的碳酸盐主要包括方解石和文石，其它的碳酸盐有对羟基磷灰石和氟磷灰石碳酸 盐。大多数金属碳酸盐在天然海水中是不饱和的，不饱和程度与逗留时间有一定的关系。 3.4.1 方解石和文石的溶度积 3.4.2 其他碳酸盐的溶度积 3.4.3 海洋中钙、方解石和文石的分布 3.5 海洋中硅酸盐矿物 海洋中形成的硅酸盐矿物及其能否控制海水的化学组分和海水的 pH，是海洋化学的研 究热门。在我国的东海和黄河口地区，伊利石是主要成分。见表 3.10、图 3.9 和图 3.10。 3.6 海水综合利用初论-海水制盐 3.6.1 海盐工业——海水制盐 海水制盐一般采用蒸发法和电渗析法，见图 3.12 和图 3.13、3.14

3.6.2 海水提钾 3.6.3 海水提镁 3.6.4 海水提溴

3.6.2 海水提钾 3.6.3 海水提镁 3.6.4 海水提溴