Иод (йод) в природе. Инновационная разработка извлечения йода в промышленных масштабах Как делают йодированную соль

Йод, подобно другим ценным элементам, добывают в промышленных масштабах. Уровень мировой добычи йода приближается к уровню добычи серебра и ртути. Следует отметить, что в виде простого вещества йод практически не встречается, в основном его добывают из химических соединений. Существуют следующие способы добычи йода:

1. Переработка природных накопителей йода - морских водорослей и получение йода из их золы.

В тонне высушенной морской капусты (ламинарии) содержится до 5 кг йода, в то время как в тонне морской воды его всего лишь 20-30 мг. До 60-х годов XIX столетия водоросли были единственным источником промышленного получения йода. В России вплоть до 1915 года своего йода не было, его завозили из-за границы. Первый йодный завод был построен именно в 1915 году в Екатеринославе (сейчас Днепропетровск). Получали йод из черноморской водоросли филлофоры. За годы Первой мировой войны на этом заводе быль добыто около 200 кг йода.

2. Получение йода из отходов селитряного производства - маточных растворов чилийской (натриевой) селитры, содержащей до 0,4 % йода в виде йодата и йодида натрия.

Этот способ начал применяться с 1868 года и в силу дешевизны сырья и простоты получения микроэлемента получил широкое распространение в мире.

3. Получение йода из природных йодсодержащих растворов, например воды некоторых соленых озер или попутных (буровых) нефтяных вод, содержащих обычно 20-40 мг/л йода в виде йодидов (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100 мг йода).

В нашей стране уже в годы советской власти йод стали получать из подземных и нефтяных вод Кубани, где он был обнаружен русским химиком А. Л. Потылицыным еще в 1882 году. Позже подобные воды были открыты в Туркмении и Азербайджане. В настоящее время нефтяные буровые воды служат основным сырьем для промышленного получения йода в России.

Но йода в подземных водах и попутных водах нефтедобычи очень мало. В этом и заключалась основная трудность при создании экономически оправданных промышленных способов его получения. Нужно было найти "химическую приманку", которая бы образовывала с йодом довольно прочное соединение и накапливала его. Первоначально такой "приманкой" оказался крахмал, потом соли меди и серебра, которые связывали йод в нерастворимые соединения. Затем использовали керосин - йод хорошо растворяется в нем. Но все эти способы оказались дорогостоящими, а порой и огнеопасными.

В 1930 году советский инженер В. П. Денисович разработал угольный метод извлечения йода из нефтяных вод, и этот метод довольно долго был основой советского йодного производства. В 1 кг угля за месяц накапливалось до 40 г йода.

4. Ионитный способ, основанный на избирательном поглощении йода особыми химическими соединениями - высокомолекулярными ионообменными смолами.

Страница 1

В промышленности применение Йода пока незначительно по объему, но весьма перспективно. Так, на термическом разложении Йодидов основано получение высокочистых металлов.

Сравнительно недавно Йод стали использовать в производстве ламп накаливания, работающих по Йодо – вольфрамовому циклу. Йод соединяется с частичками вольфрама, испарившегося со спирали лампы, образует соединение WI2, которое, попав на нагретую спираль, разлагается. Вольфрам при этом вновь возвращается на спираль, а Йод опять соединяется с испарившемся вольфрамом. Йод как бы заботится о сохранении вольфрамовой спирали и тем самым значительно увеличивает время работы лампы.

Так же 0,6% Йода, добавленного к углеводородным маслам, во много раз снижает трение в подшипниках из нержавеющей стали и титана. Это позволяет увеличить нагрузку на трущиеся детали белее, чем в 50 раз.

Йод применяют для изготовления специального поляроидного стекла. В стекло вводят кристаллы солей Йода, которые распределяются строго закономерно. Колебания светового луча не могут проходить через них во всех направлениях. Получается своеобразный фильтр, называемый поляроидом, который отводит встречный слепящий поток света. Такое стекло используют в автомобилях. Комбинируя несколько поляроидов или вращая поляроидные стёкла, можно достигнуть исключительно красочных эффектов – это явление используют в кинотехники и в театре. Так же Йод применяется в фотоделе. Современный способ фотографирования был изобретён англичанином У.Толботом. В основе его способа фотографии лежит фотохимическая реакция разложения галогенидов серебра под действием света:

Ag (Галл) + hγ = Ag + (Галл),

Где hγ – квант света.

В современном фотографическом процессе для получения негативов используется слой фотографической эмульсии – смеси мельчайших кристалликов Йодистого или бромистого серебра с желатиной (белковым веществом, «животным клеем»), - нанесённый на прозрачную подложку из стекла или полимерной плёнки. Под действием света в этой эмульсии образуется лишь ничтожное количество металлического серебра. При последующем проявлении, т.е. при обработке фоточувствительного материала водным раствором органического восстановителя, реакция восстановления ускоряется под действием первичных частиц металлического серебра, она идёт преимущественно в тех местах, куда падал свет. Затем с помощью тиосульфта натрия (Na2S2O3 * 5H2O

), образующего водорастворимую комплексную соль с галогенидом серебра, фотографии удаляют невосстановленный избыток галогенида. Эта стадия называется закреплением или фиксацией изображения. Промывка, сушка – и негатив готов.

В аналитической химии и органическом синтезе йод и его соединения используются в лабораторной практике для анализа и в хемотронных приборах, действие которых основано на окислительно-восстановительных реакциях йода. Как катализатор (ускоритель реакций) йод используется в производстве всех видов искусственных каучуков. Подобно другим галогенам йод образует многочисленные йодоорганические соединения, которые входят в состав некоторых синтетических красителей.

Йод был открыт в 1811 г. парижским фабрикантом селитры, по имени Куртуа в соде, приготовленной из золы прибрежных растений. В 1813 г. Гей-Люссак исследовал новое вещество и дал ему название по фиолетовой окраске паров - иод. Оно произведено от греческого слова - темно-синий, фиалковый. Затем, когда было установлено его сходство с хлором, Дэви предложил именовать элемент иодином (аналогичное хлорином); это название принято в Англии и США до сих пор.

Получение:

Главным источником получения иода в СССР служат подземные буровые воды, которые содержат до 10 - 50 мг/л иода. Соединения иода также имеются в морской воде, но в столь малых количествах, что непосредственное выделение их из воды очень затруднительно. Однако существуют некоторые водоросли, которые накапливают иод в своих тканях. Зола этих водорослей служит сырьем для получения иода. Иод встречается также в виде солей калия - иодата КIO 3 и периодата КIO 4 , сопутствующих залежам нитрата натрия (селитры) в Чили и Боливии.
Йод может быть получен аналогично хлору окислением HI различными окислителями. В промышленности его обычно получают из иодидов, действуя на их растворы хлором. Таким образом, получение иода основано на окислении его ионов, причем в качестве окислителя применяется хлор.

Физические свойства:

Иод при комнатной температуре представляет собой темно-фиолетовые кристаллы со слабым блеском. При нагревании под атмосферным давлением он сублимируется (возгоняется), превращаясь в пар фиолетового цвета; при охлаждении пары иода кристаллизуются, минуя жидкое состояние. Этим пользуются на практике для очистки иода от нелетучих примесей. Мало растворим в воде, хорошо во многих органических растворителях.

Химические свойства:

Свободный йод проявляет чрезвычайно высокую химическую активность. Он вступает во взаимодействие почти со всеми простыми веществами. Особенно быстро и с выделением большого количества теплоты протекают реакции соединения йода с металлами.
С водородом реагирует только при достаточно сильном нагревании и не полностью, так как начинает идти обратная реакция - разложение иодоводорода:
H 2 + I 2 = 2HI - 53,1 кДж
Растворяется в растворах иодидов, образуя неустойчивые комплексы. Со щелочами диспропорционирует, образуя иодиды и гипоиодиты. Азотной кислотой окисляется до иодной кислоты.
Если к желтоватому водному раствора йода добавить сероводородной воды (водный раствор H 2 S), то жидкость обесцвечивается и становится мутной от выделившейся серы:
H 2 S + I 2 = S + 2HI

В соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +5, +7.

Важнейшие соединения:

Йодоводород, газ, очень похож по своим свойствам на хлороводород, но отличается более выраженными восстановительными свойствами. Очень хорошо растворим в воде (425:1), концентрированный раствор йодоводорода дымит вследствие выделения HI, образующего с водяными парами туман.
В водном растворе принадлежит к числу наиболее сильных кислот.
Иодоводород уже при комнатной температуре постепенно окисляется кислородом воздуха, причем под действием света реакция сильно ускоряется:
4HI + O 2 = 2I 2 + 2H 2 O
Восстановительные свойства иодоводорода заметно проявляются при взаимодействии с концентрированной серной кислотой, которая при этом восстанавливается до свободной серы или даже до H 2 S. Поэтому HI невозможно получить действием серной кислоты на иодиды. Обычно иодоводород получают действием воды на соединения иода с фосфором - РI 3 . Последний подвергается при этом полному гидролизу, образуя фосфористую кислоту и йодоводород:
РI 3 + ЗН 2 О = Н 3 РО 3 + 3HI
Раствор иодоводорода (вплоть до 50%-ной концентрации) можно также получить, пропуская H 2 S в водную суспензию иода.
Иодиды , соли иодоводородной кислоты. Иодид калия применяют в медицине - в частности, при заболеваниях эндокринной системы, фотореактивы.
Иодноватистая кислота - HOI является амфотерным соединением, у которого основные свойства несколько преобладают над кислотными. Может быть получена в растворе взаимодействием йода с водой
I 2 + Н 2 О = НI + НОI
Иодноватая кислота - НIO 3 может быть получена окислением йодной воды хлором:
I 2 + 5Cl 2 + 6H 2 O = 2HIO 3 + 10HCl
Бесцветные кристаллы, вполне устойчивые при комнатной температуре. Сильная кислота, энергичный окислитель. Соли - иодаты, сильные окислители в кислой среде.
Оксид йода(V) , иодноватый ангидрид, может быть получен при осторожном нагревании НIO 3 до 200°С, порошок. При нагревании выше 300°С распадается на иод и кислород, проявляет окислительные свойства, в частности используется для поглощения CO в анализе:
5СО + I 2 O 5 = I 2 + 5CO 2
Иодная кислота - HIO 4 и ее соли (периодаты) хорошо изучены. Сама кислота может быть получена действием НСlO 4 на иод: 2НСIО 4 + I 2 =2НIO 4 + Сl 2
или электролизом раствора НIO 3: НIO 3 +Н 2 О = Н 2 (катод) + НIO 4 (анод)
Из раствора иодная кислота выделяется в виде бесцветных кристаллов, имеющих состав НIO 4 ·2Н 2 О. Этот гидрат следует рассматривать как пятиосновную кислоту H 5 IO 6 (ортоиодную), так как в нем все пять атомов водорода могут замещаться металлами с образованием солей (например, Ag 5 IO 6). Иодная кислота - слабая, но более сильный окислитель, чем НСlO 4 .
Оксид иода (VII) I 2 О 7 не получен.
Фториды йода, IF 5 , IF 7 - жидкости, гидролизуются водой, фторирующие агенты.
Хлориды йода, ICl, ICl 3 - крист. вещества, в растворах хлоридов растворяются с образованием комплексов - и - , иодирующие агенты.

Применение:

Иод широко применяются в химической промышленности (иодидное рафинирование Zr и Ti), для синтеза полуповодниковых материалов.
Иод и его соединения используются в аналитической химии (иодометрия) В медицине в виде так называемой йодной тинктуры (10% раствор иода в этиловом спирте), антисептического и кровоостанавливающего средства. Соединения иода для профилактики (иодирование продуктов) и лечения заболеваний щитовидной железы, там же используются радиоактивные изотопы 125 I, 131 I, 132 I .
Мировое производство (без СССР) - около 10 тыс. т/год (1976).
ПДК около 1 мг/м 3 .

См. также:
П.А. Кошель. Вездесущий йод. "Химия" (прил. к газ. "1-е Сентября"), №20, 2005 г.

Горизонт улучшается. В воздухе соль и йод .

Откуда взяться в воздухе йоду?

Йод – элемент довольно редкий: в земной коре его очень мало – всего 0,00005%, это вчетверо меньше, чем мышьяка , в пять раз меньше, чем брома . Йод относится к галогенам (по-гречески hals – соль, genos – происхождение). Действительно, в природе все галогены встречаются исключительно в виде солей. Но если минералы фтора и хлора весьма распространены, то собственные минералы иода (лаутарит Ca(IO 3) 2 , иодаргирит AgI) – чрезвычайная редкость. Обычно йод встречается среди других солей в виде примеси. Примером может служить природный нитрат натрия – чилийская селитра, в которой есть примесь иодата натрия NaIO 3 . Залежи чилийской селитры начали разрабатывать еще в начале 19 века. После растворения породы в горячей воде раствор фильтровали и охлаждали. При этом в осадок выпадал чистый нитрат натрия, который шел на продажу в виде удобрения. Из оставшегося после кристаллизации раствора добывали йод. В 19 веке Чили стало главным поставщиком этого редкого элемента.

Иодат натрия неплохо растворим в воде: 9,5 г на 100 г воды при 25 о С. Значительно лучше растворяется иодид натрия NaI: 184 г на 100 г воды! Йод в породах находится чаще всего именно в виде легкорастворимых неорганических солей и потому может выщелачиваться из них подземными водами. И далее попадает в реки, моря и океаны, где накапливается некоторыми организмами, в том числе водорослями. Например, в 1 кг высушенной морской капусты (ламинарии) содержится 5 г йода, тогда как в 1 кг морской воды – всего лишь 0,025 мг, то есть в 200 тысяч раз меньше! Недаром в некоторых странах из ламинарии до сих пор добывают йод, а у морского воздуха (его-то и имел в виду Бродский) – особый запах; в морской соли тоже всегда есть немного йода. Ветры, переносящие воздушные массы с океана на материк, переносят и йод. В приморских областях количество йода в 1 куб. м воздуха может достигать 50 мкг, тогда как в континентальных и горных – всего 1 или даже 0,2 мкг.

Сейчас йод добывают в основном из вод нефтяных и газовых месторождений, и потребность в нем довольно велика. Во всем мире ежегодно добывают более 15 000 тонн йода.

Открытие и свойства йода.

Впервые йод получил из золы морских водорослей французский химик Бернар Куртуа в 1811. Вот как он описал свойства открытого им элемента: «Новое вещество осаждается в виде черного порошка, превращающегося при нагревании в пары великолепного фиолетового цвета. Эти пары конденсируются в форме блестящих кристаллических пластинок, имеющих блеск... Удивительная окраска паров нового вещества позволяет отличить его от всех доныне известных веществ...». По окраске паров йод и получил свое название: по-гречески «иодес» – фиолетовый.

Куртуа наблюдал еще одно необычное явление: твердый йод при нагревании не плавился, а сразу превращался в пар; такой процесс называется возгонкой. Д.И.Менделеев в своем учебнике химии так описывает этот процесс: «Чтобы очистить йод, его возгоняют... йод прямо из паров переходит в кристаллическое состояние и садится в охлаждаемых частях аппарата в виде пластинчатых кристаллов, имеющих черновато-серый цвет и металлический блеск». Но если кристаллы йода нагревать в пробирке быстро (или не давать парам йода выходить наружу), то при температуре 113 о С йод расплавится, превратившись в черно-фиолетовая жидкость. Объясняется это тем, что при температуре плавления давление паров йода высоко – около 100 мм ртутного столба (1,3Ч 10 4 Па). И если над нагретым твердым йодом не будет достаточно его паров, то он испарится быстрее, чем расплавится.

В чистом виде йод – черно-серые тяжелые (плотность 4,94 г/см 3) кристаллы с фиолетовым металлическим блеском. Почему же йодная настойка не фиолетовая? Оказывается, в разных растворителях йод имеет разный цвет: в воде он желтый, в бензине, тетрахлориде углерода CCl 4 , многих других так называемых «инертных» растворителях имеет фиолетовый цвет – точно такой же, как у паров йода. Раствор йода в бензоле, спирте и ряде других растворителей имеет буро-коричневый цвет (как у иодной настойки); в водном растворе поливинилового спирта (–СН 2 –СН(ОН)–) n йод имеет ярко-синий цвет (это раствор применяется в медицине в качестве дезинфицирующего средства под названием «иодинол», им полощут горло, промывают раны). И вот что любопытно: реакционная способность йода в «разноцветных» раствора неодинакова! Так, в коричневых растворах йод намного активнее, чем в фиолетовых. Если порошок меди или листочек тонкой медной фольги внести в 1%-ный коричневый раствор, он обесцветится за 1–2 минуты в результате реакции 2Cu + I 2 ® 2CuI. Фиолетовый раствор останется в этих условиях без изменений в течение нескольких десятков минут. Каломель (Hg 2 Cl 2) обесцвечивает коричневый раствор за несколько секунд, а фиолетовый – только за две минуты. Эти опыты объясняются тем, что молекулы йода могут взаимодействовать с молекулами растворителя, образуя комплексы, в которых йод более активен.

Синяя окраска появляется и при взаимодействии йода с крахмалом. В этом можно убедиться, капнув иодной настойкой на ломтик картофеля или на кусочек белого хлеба. Реакция эта настолько чувствительна, что с помощью йода легко обнаружить крахмал на свежем срезе картофелины или в муке. Еще в 19 в. эту реакцию использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, добавляющих в сметану «для густоты» пшеничной муки. Если на образец такой сметаны капнуть иодной настойкой, синее окрашивание сразу выявит обман.

Чтобы вывести пятно от иодной настойки, надо использовать раствор тиосульфата натрия, который применяется в фотографии и продается в магазинах фототоваров (его называют также «фиксажем» и «гипосульфитом»). Тиосульфат мгновенно реагирует с йодом, полностью его обесцвечивая: I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 ® 2NaI + Na 2 S 4 O 6 . Достаточно протереть запачканную йодом кожу или ткань водным раствором тиосульфата, как желто-коричневое пятно тут же исчезнет.

Йод в аптечке.

В сознании обычного человека (не химика) слово «йод» ассоциируется с пузырьком, который стоит в аптечке. На самом деле в пузырьке находится не йод, а иодная настойка – 5%-ный раствор йода в смеси спирта и воды (в настойку добавляют также иодид калия; он нужен для того, чтобы йод лучше растворялся). Раньше в медицине широко применялся также иодоформ (трииодметан CHI 3) – дезинфицирующее средство с неприятным запахом. Препараты, содержащие йод, обладают антибактериальными и противогрибковыми свойствами, они оказывают также противовоспалительное действие; их применяют наружно для обеззараживания ран, при подготовке операций.

Иод ядовит. Даже такая привычная иодная настойка при вдыхании ее паров поражает верхние дыхательные пути, а при попадании внутрь вызывает тяжелые ожоги пищеварительного тракта. Длительное введение йода в организм, а также повышенная чувствительность к нему может вызвать насморк, крапивницу, слюно- и слезотечение, угревидную сыпь.

Йод в организме.

Вот строки другого поэта – Беллы Ахмадулиной:

...То ль сильный дух велел искать исхода,

То ль слабость щитовидной железы

выпрашивала горьких лакомств иода?

Зачем же нужно щитовидной железе это «лакомство»?

Как правило, в биохимических процессах участвуют только «легкие» элементы, находящиеся в первой трети периодической таблице. Чуть ли не единственным исключением из этого правила является йод. В человеке содержится около от 20 до 50 мг йода, значительная часть которого сконцентрирована в щитовидной железе (остальной йод находится в плазме крови и мышцах).

Щитовидная железа была уже известна врачам глубокой древности, которые заслуженно приписывали ей важную роль в организме. По форме она похожа на галстук-бабочку, т.е. состоит из двух долей, соединенных перешейком. Щитовидная железа выделяет в кровь гормоны, оказывающие очень разностороннее влияние на организм. Два из них содержат йод – это тироксин (Т4) и трииодтиронин (Т3). Щитовидная железа регулирует развитие и рост как отдельных органов, так и всего организма в целом, настраивает скорости обменных процессов.

В пищевых продуктах и в питьевой воде йод содержится в виде солей иодоводородной кислоты – иодидов, из которых он легко всасывается в передних отделах тонкого кишечника. Из кишечника йод переходит в плазму крови, откуда жадно поглощается щитовидной железой. Там он и превращается в ней в важнейшие для организма тиреоидные гормоны (от греческого thyreoeides – щитовидный). Процесс этот сложный. Сначала ионы I – ферментативно окисляются до I + . Эти катионы реагируют с белком тиреоглобулином, в котором много остатков аминокислоты тирозина. Под действием фермента иодиназы происходит иодирование бензольных колец тирозина с последующим образованием тиреоидных гормонов. В настоящее время их получают синтетически, причем по строению и действию они ничем не отличаются от природного.

Если синтез тиреоидных гормонов замедляется, человек заболевает зобом . Болезнь вызывается недостатком йода в почве, воде и, следовательно, в растениях, животных и производимых в этой местности пищевых продуктах. Такой зоб называется эндемическим, т.е. свойственным данной местности (от греч. endemos – местный). Районы с недостатком йода встречаются довольно часто. Как правило, это местности, удаленные от океана или отгороженные от морских ветров горами. Таким образом, значительная часть почвы земного шара бедна йодом, соответственно, бедны йодом пищевые продукты. В России дефицит йода встречается в горных районах; крайне выраженная иодная недостаточность выявлена в Республике Тува, а также в Забайкалье. Мало его на Урале, Верхней Волге, Дальнем Востоке, Марийской и Чувашской республиках. Не все благополучно в йодом в ряде центральных районов – Тульской, Брянской, Калужской, Орловской, других областях. В питьевой воде, растениях и животных в этих районах содержание йода понижено. Щитовидная железа, как бы компенсируя недостаточное поступление йода, разрастается – иногда до таких размеров, что деформируется шея, сдавливаются кровеносные сосуды, нервы и даже бронхи и пищевод. Эндемический зоб легко предотвратить, если восполнять дефицит йода в организме.

При нехватке йода во время беременности у матери, а также в первый период жизни ребенка у него замедляется рост, снижается умственная деятельность, могут развиться кретинизм, глухонемота и другие тяжелейшие отклонения в развитии. Своевременная диагностика помогает избежать этих несчастий путем простого введения тироксина.

Нехватка йода у взрослых приводит к снижению частоты сердечных сокращений и температуры тела – больные зябнут даже в жаркую погоду. У них снижается иммунитет , выпадают волосы, замедляются движение и даже речь, отекают лицо и конечности, отмечается слабость, быстрая утомляемость, сонливость, ухудшение памяти, безучастность к окружающему миру. Заболевание также лечат препаратами Т3 и Т4. При этом все перечисленные симптомы исчезают.

Где взять йод.

Для профилактики эндемического зоба йод вводится в продукты питания. Самый распространенный метод – иодирование поваренной соли. Обычно в нее вводят иодид калия – примерно 25 мг на 1 кг. Однако KI во влажном теплом воздухе легко окисляется до иода, который улетучивается. Именно этим объясняется малый срок хранения такой соли – всего 6 месяцев. Поэтому в последнее время иодид калия заменяют иодатом KIO 3 . Помимо поваренной соли, йод добавляют в ряд витаминных смесей.

Иодированные продукты не нужны тем, кто потребляет достаточно иода с пищей и водой. Потребность в йоде для взрослого человека мало зависит от пола и возраста и составляет примерно 150 мкг в сутки (однако она возрастает при беременности, усиленном росте, охлаждении). В большинстве пищевых продуктах йода очень мало. Например, в хлебе и макаронных изделиях его обычно меньше 5 мкг; в овощах и фруктах – от 1–2 мкг в яблоках, грушах и черной смородине до 5 мкг в картофеле и до 7–8 мкг в редисе и винограде; в курах и говядине – до 7 мкг. И это в расчете на 100 г сухого продукта, т.е. золы! Причем при длительном хранении или тепловой обработке теряется от 20 до 60% йода. А вот рыба, особенно морская, богата йодом: в сельди и горбуше его 40–50 мкг, в треске, минтае и хеке – до 140–160 (также в расчете на 100 г сухого продукта). Намного больше йода в печени трески – до 800 мкг, но особенно много его в бурых морских водорослях – «морской капусте» (она же ламинария) – в ней может быть до 500 000 мкг йода! В нашей стране ламинария растет в Белом, Баренцевом, Японском и Охотском морях.

Еще в Древнем Китае морскими водорослями успешно лечили заболевания щитовидной железы. В прибрежных районах Китая существовала традиция – после родов женщинам давали морскую капусту. При этом материнское молоко было полноценным, а ребенок рос здоровым. В 13 в. там даже был издан указ, обязывающий всех граждан есть морские водоросли для укрепления здоровья. Восточные врачеватели утверждают, что после 40 лет продукты из морской капусты обязательно должны присутствовать в рационе даже здоровых людей. Употреблением в пищу ламинарии некоторые объясняют долголетие японцев, а также тот факт, что после ядерных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки количество погибших в результате загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами было сравнительно небольшим.

Йод и радиация.

В природе йод представлен единственным стабильным изотопом 127 I.

Искусственные радиоактивные изотопы йода – 125 I, 131 I, 132 I и другие широко используются в биологии и, особенно, в медицине для определения функционального состояния щитовидной железы и лечения ряда её заболеваний. Применение радиоактивного йода в диагностике связано со способностью йода избирательно накапливаться в щитовидной железе; использование в лечебных целях основано на способности излучения радиоизотопов йода разрушать больные клетки железы.

При загрязнении окружающей среды продуктами ядерного деления радиоактивные изотопы йода быстро включаются в биологический круговорот, попадая, в конечном счете, в молоко и, следовательно, в организм человека. Так, многие жители районов, подвергнутых влиянию ядерного взрыва в Чернобыле, получили изрядную дозу радиоактивного йода-131 (период полураспада 8 суток) и повредили щитовидную железу. Больше всего больных было в областях, где естественного йода мало и жители не были защищены «обычным йодом». Особенно опасен «радиоиод» для детей, щитовидная железа которых в 10 раз меньше, чем у взрослых и обладает большей радиочувствительностью, что может привести к раку щитовидной железы.

Для защиты щитовидной железы от радиоактивного йода рекомендуется применять препараты обычного йода (по 100–200 мг на прием), который «блокирует» щитовидную железу от попадания в нее радиоиода. Не поглощенный щитовидной железой радиоактивный йод почти полностью и сравнительно быстро выделяется с мочой. К счастью, радиоактивный йод живет недолго, и через 2–3 месяца практически полностью распадается.

Йод в технике.

Значительные количества добываемого йода используются для получения металлов высокой степени чистоты. Этот метод очистки основан на так называемом галогенном цикле, открытом в 1915 американским физикохимиком Ирвингом Ленгмюром (1881–1957). Сущность галогенного цикла можно пояснить на примере современного способа получения металлического титана высокой чистоты. При нагревании порошка титана в вакууме в присутствии йода до температуры выше 400 о C образуется газообразный иодид титана (IV). Его пропускают над титановой проволокой, нагреваемой током до 1100–1400 о C. При такой высокой температуре TiI 4 существовать не может и распадается на металлический титан и йод; чистый титан конденсируется на проволоке в виде красивых кристаллов, а выделившийся йод снова может реагировать с титановым порошком, превращая его в летучий иодид. Иодидный метод можно использовать для очистки различных металлов – меди, никеля, железа, хрома, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала и др.

Этот же цикл осуществляется и в галогенных лампах. В обычных лампах коэффициент полезного действия крайне низок: в горящей лампочке почти вся электроэнергия превращается не в свет, а в теплоту. Чтобы увеличить светоотдачу лампы, необходимо как можно сильнее повысить температуру ее спирали. Но при этом существенно уменьшается срок жизни лампы: спираль в ней быстро перегорает. Если же ввести в колбу лампы очень небольшое количество йода (или брома), то в результате галогенного цикла вольфрам, испарившийся со спирали и осевший на внутренней поверхности стеклянной колбы, снова переносится на спираль. В такой лампе можно значительно – на сотни градусов – повысить температуру спирали, доведя ее до 3000 о C, что увеличивает светоотдачу вдвое. Мощная галогенная лампа выглядит лилипутом по сравнению с обычной лампой такой же мощности. Например, галогенная лампа мощностью 300 ватт имеет диаметр меньше 1,5 см.

Повышение температуры спирали неизбежно приводит и к более сильному разогреву колб в галогенных лампах. Простое стекло такие температуры не выдерживает, поэтому приходится помещать спираль в трубку из кварцевого стекла. Первые патенты на галогенные лампы были выданы лишь в 1949, а их промышленный выпуск был налажен еще позже. Техническая разработка кварцевых ламп с самовосстанавливающейся вольфрамовой нитью была осуществлена в 1959 фирмой «Дженерал электрик». В таких лампах баллон может раскаляться до 1200 о С! Галогенные лампы имеют отличные световые характеристики, поэтому эти лампы, несмотря на их высокую стоимость, широко используются везде, где нужен мощный и компактный источник света, – в кинопроекторах, автомобильных фарах и т.д.

Соединения йода применяются и для того, чтобы вызвать дождь. Дождь, как и снег, начинается с образования в облаках мельчайших кристалликов льда из паров воды. Далее эти кристаллики-зародыши быстро растут, становятся тяжелыми и выпадают в виде осадков, превращаясь, в зависимости от погодных условий, в снег, дождь или град. Если воздух абсолютно чистый, зародыши льда могут образоваться только при очень низкой температуре (ниже –30 o С). В присутствии же некоторых веществ зародыши льда образуются при значительно более высокой температуре. Так можно вызвать искусственный снегопад (или дождь).

Одна из лучших затравок – иодид серебра; в его присутствии кристаллы льда начинают расти уже при –9 o С. Существенно, что «работать» могут уже мельчайшие частицы иодида серебра размером всего 10 нм (1 нм = 10 –9 м). Для сравнения: радиусы ионов серебра и йода составляют соответственно 0,15 и 0,22 нм. Теоретически из кубического кристалла AgI размером всего 1 см можно получить 10 21 таких мельчайших частиц, и не покажется удивительным, что для выпадения искусственного дождя требуется очень мало иодида серебра. Как подсчитали американские метеорологи, всего 50 кг AgI достаточно для «затравки» всей атмосферы над поверхностью США (а это 9 млн. квадратных километров)! При этом в 1 куб. м образуется свыше 3,5 млн. центров кристаллизации льда. А чтобы поддерживать образование ледяных зародышей, достаточно расходовать всего 0,5 кг AgI в час. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую стоимость солей серебра, применение AgI с целью вызвать искусственный дождь оказывается практически выгодным.

Иногда требуется выполнить прямо противоположное задание: «разогнать» тучи, не дать пролиться дождю при проведении какого-либо важного мероприятия (например, Олимпийских игр). В этом случае иодид серебра нужно распылять в облаках заблаговременно, за десятки километров от места проведения торжества. Тогда дождь прольется на леса и поля, а в городе будет солнечная сухая погода.

Илья Леенсон

УДК 556.3:553.04 Н. А. Виноград

Вестник СПбГУ. Сер. 7, 2003, вып. 3 (№23)

СОВРЕМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЙОДА ИЗ ГИДРОМИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В СТРАНАХ СНГ

Йод -один из компонентов, традиционно получаемый из гидроминерального сырья, в том числе из подземных вод. Он находит широкое применение в медицине и пищевой промышленности, при изготовлении различных химреагентов. Его потребление и спрос на него в мире постоянно возрастают. Мировые запасы йода оцениваются примерно в 15 млн т. Дефицит потребления йода, по разным данным, составляет 900-1500 т в год. Цены на йод на мировом рынке в зависимости от его чистоты и характеристики колеблются от 16,0 до 30,0 долл. США за 1 кг .

Россия обладает огромными запасами попутных и пластовых вод с промышленными концентрациями ценных компонентов, в которых отечественная промышленность ощущает острую потребность. Как правило, эффективность предприятий гидроминералыюго производства достаточно высока, особенно с учетом возможностей их организации на базе разрабатываемых и действующих нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Все это обусловливает необходимость освоения новых гидроминеральных ресурсов и разработки новых технологий получения промышленно ценных компонентов, в частности йода, из гидроминерального сырья.

Важность создания новых мощностей по производству йода связана с его острым дефицитом в России. В настоящее время единственным в стране производителем этого элемента является Троицкий йодный завод в Краснодарском крае, который выпускает менее 100 т продукции в год при потребности страны 1000 т и более. Остальной йод импортируется, главным образом из Израиля.

Администрация Республики Коми рассматривает возможность организации производства йода из попутных нефтяных вод. Инвестиционный проект «Разработка технологии извлечения йода и брома из вод нефтедобычи Усинского района» выполнен во ВНИИХТе в 2002 г. Исходным сырьем для получения йода, согласно проекту, служат промысловые воды нефтедобычи Усинского района с содержанием йода не менее 20-30 мг/л. Срок окупаемости - 2 года после пуска комплекса. Расчетная рентабельность проекта - более 50%. Проектная мощность -30 т в год. Ориентировочная стоимость проекта-20 млн руб..

В 2002 г. руководством ОАО «Газпром» были приняты два документа, предусматривающие создание объектов гидроминерального производства на некоторых наиболее перспективных для этой цели нефтегазовых месторождениях: программа «Комплексное использование гидроминер алы г ых ресурсов и создание производств по извлечению ценных компонентов на месторождениях ОАО “Газпром” на 2000-2005 годы» и «Перечень приоритетных и&учно-технических проблем ОАО “Газпром» на 2002-2006 годы». Среди приоритетных названы Астраханское, Северо-Ставропольское, Оренбургское, Медвежье, Вуктыльское и Уренгойское месторождения. Из них в качестве первоочередных для строительства выделены Астраханский йодный завод производительностью 200 т йода в год, завод по производству 200 т йода и 13 т рубидия на базе сепоманских вод месторождения Медвежье (Надымский район Ямало-Ненецкого автономного округа), а также завод по производству йода и брома на Изобильнен-ском участке Северо-Ставропольского месторождения.

Разработками в этой области занимается в России, в частности, ООО «Научно-производ-ствеиный центр Подзем гидроминерал». Основным направлением его деятельности является комплекс научно-исследовательских и проектных работ по использованию подземных промышленных вод как гидроминерального сырья для создания производств по извлечению ценных компонентов на нефтегазовых месторождениях ОАО «Газпром». В настоящее время активно проводятся работы по оценке запасов подземных промышленных вод и применению

их в качестве гидроминерального сырья в районах Астраханской обл. (на стадии проекта разработки и строительства опытно-промышленного предприятия мощностью 200 т йода в год). Ведутся исследования перспективных источников гидроминерального сырья соляных куполов Астраханского газоконденсатного месторождения с целью расширения объемов эксплуатационных запасов подземных йодосодержащих вод и повышения их категорийности. В НПЦ разрабатываются технико-экономические обоснования проведения опытно-гидрогеологических исследований для подсчета эксплуатационных запасов промышленных вод Северо-Ставропольского месторождения. Производятся работы по технико-экономическому обоснованию разработки подземных вод Оренбургского газоконденсатного месторождения с целью использования их в качестве гидроминерального сырья. Подготовлены технико-экономическое обоснование кондиций и предварительный подсчет эксплуатационных запасов подземных вод сеноманского комплекса месторождения Медвежье.

Эффективность создания объектов гидроминерального производства подтверждается тех-пико-экономическими показателями, полученными для различных месторождений. Например, капитальные вложения для ввода в эксплуатацию Астраханского йодного завода составляют 215 млн руб. Годовая выручка - 114 млн руб., дисконтированный срок окупаемости -5,5 лет, внутренняя норма доходности - 23 %.

ООО «НПЦ Подземгидроминерал» уделяет особое внимание работам, направленным на создание производств по извлечению ценных компонентов на месторождениях, вступивших в стадию падающей добычи углеводородов. Это важнейшее направление исследований способствует организации на таких месторождениях предприятий гидроминерального производства с использованием существующего фонда скважин, производственных мощностей, развитой инфраструктуры и квалифицированных кадров, что позволит при незначительных затратах продлить сроки эксплуатации месторождений и получить существенную прибыль .

Компания «СИБУР» приобрела контрольный пакет акций АО «Тобби», Тобольского йодо-бромного предприятия, и выступила гарантом по привлечению кредита для завершения строительства завода, который станет вторым крупным производителем после Троицкого йодного завода этого остродефицитного продукта. Йодобромный завод - один из четырех инвестпроектов «СИБУРа», учтенных в соглашении холдинга и Тюменской обл. Проект предусматривает строительство на площадке Тобольского нефтехимического комбината завода по переработке минерализованных вод нижнемелового водоносного комплекса (К\ ^-Ьт, минерализация - 70 г/л, содержание йода -25 мг/л, брома - 70-80 мг/л ) с выпуском 45 т йода, 238 т брома и 30 000 т йодированной пищевой соли в год. Стоимость проекта - более 1 млн руб., срок окупаемости - около трех лет .

Международная академия минеральных ресурсов участвует в разработке проектов добычи йода из гидроминерального сырья в перспективных регионах России (Восточная Сибирь, Предкавказье). Планируется начать освоение Вятского месторождения йодо-бромных вод .

Российские организации принимают участие и в освоении гидроминерального сырья стран СНГ. Так, Российский научно-технический центр «Прикладная химия», наряду с институтом «БелНИПИнефть», Гродненским институтом азотной промышленности и научно-производственным объединением «Йодобром» (Украина), является одним из партнеров, участвующих в проекте создания предприятия по выпуску йода, брома и бромистого кальция из попутных рассолов нефтяных месторождений Республики Беларусь. Промышленные концентрации йода выявлены на территории этой республики в Припятском артезианском бассейне, в пределах которого расположено несколько нефтяных месторождений. В разрезе девонских отложений выделяются четыре водоносных комплекса, два из которых представляют интерес с точки зрения добычи йода. Водоносный комплекс подсолевых отложений, представленных терригенными песчано-глинистыми образованиями нижнефранского подъяруса и живетского яруса в нижней части и карбонатными породами в верхней части, вскрывается на глубинах от 600-2000 м в пределах выступов кристаллического основания до 4000-4500 м в наиболее погруженных частях Припятской впадины. Концентрация йода в водах комплекса - от 20 до 90 мг/л, реже - 130-223,7 мг/л при минерализации 110-437 г/л. Водоносный комплекс меж-

солевых отложений приурочен к терригенным, карбонатным й вулканогенным образованиям нижнефаменского подъяруса, наибольшие мощности которых (до 1000 м) зафиксированы в центральной и северной частях Припятской впадины. Воды имеют минерализацию 158- 387,7 г/л, а содержание йода варьирует от 0 до 108,5 мг/л .

Заказчиком работ выступает производственное объединение «Белоруснефть». Производство планируется разместить на базе второго нефтепромысла нефтегазодобывающего управления «Речицапефть». Проектная годовая мощность установки -34 т йода и 1200 т брома, из которого будет производиться бромистый кальций. Стоимость проектирования и строительства-около 7 млн долл. США. Основным импортером белорусского йода и брома из-за его высокой конкурентоспособности, возможно, станет Россия. Новая отрасль промышленности Беларуси может стать доходной статьей внешней торговли РФ .

Одним из самых перспективных направлений развития химической промышленности Туркменистана специалисты считают производство йода. По запасам сырья для производства йода Туркменистан занимает одно из первых мест в мире. Месторождения промышленных йодных вод Западпой Туркмении (Челекенское, Небит-Дагское, Боядагское) идентичны по структурно-тектоническим и геолого-гидрогеологическим условиям. Они приурочены к брахиантиклинальным структурам, разбитым многочисленными нарушениями различной амплитуды и протяженности. Самым крупным тектоническим нарушением является Главный Прибалханский разлом субширотного простирания, протягивающийся через все поднятия Прибалханской зоны, к которой приурочена и Челекенская брахиантиклиналь. Такое тектоническое строение определяет сложность гидрогеологических условий месторождений. С одной стороны, нарушение целостности водоносных пластов затрудняет движение подземных вод, с другой - в некоторые геологические периоды сбросы могли служить капалами поступления подземных вод из более глубоких горизонтов в вышележащие, что подтверждается наличием подземных вод разного состава в зоне крупных тектонических нарушений. Водовмещающими породами продуктивного водоносного комплекса являются красноцветные терригенные толщи неогена, представленные чередующимися песчаными и глинистыми пачками . Содержание йода в подземных водах -в основном от 20 до 40 мг/л, наблюдается инверсионная гидрохимическая зональность при относительно постоянном в разрезе содержании йода.

С каждым годом ширится спектр использования йода в производстве медикаментов, фотоматериалов, электроники и других товаров широкого потребления, что способствует увеличению рынков его сбыта. Внутри этой страны и в регионе йод используется в основном как необходимая добавка в пшцевую продукцию (соль и муку) для восполнения его дефицита в воде и продуктах питания и предотвращения у населения заболеваний эндокринной системы. Так, в производственном объединении «Гувлыдуз» запущена линия по производству йодированной соли. Принято решение и об увеличении экспорта йода. Высокое качество продукции предприятия неоднократно подтверждалось международными экспертами.

Планируется, что к 2010 г. добыча йода в Туркменистане возрастет в 5 раз и страна выйдет на третье место в мире (после Чили и Японии) по производству этого компонента. Благодаря реконструкции, произведенной за счет целевого кредита в размере 1,36 млн долл. США и 12 млрд манатов, за последние годы более чем в два раза возросло производство на Бал-канабатском йодном заводе. Автономная технологическая установка мощностью несколько десятков тонн йода в год построена на Боядагском месторождении подземных йодобромных

В настоящее время государственный концерн «Туркмендокунхимия» проводит тендер на строительство пяти новых модульных установок по производству технического йода на Бал-канабатском и Хазарском заводах, а также на месторождении Боядаг. Проектная мощность каждой из них составит 100 т гранулированного йода в год. Одновременно предполагается реконструировать сырьевые базы этих заводов, а также их инфраструктуру.

Первые шаги в данном направлении были сделаны уже в 1999 г. при вводе нового Боядаг-ского йодного завода. Его строительство было обусловлено в первую очередь необходимостью создания производственной базы непосредственно у скважин месторождения. Прежде йодо-

бромные воды Боядага транспортировались по 50-километровому трубопроводу на Небитдаг-ский йодный завод. Агрессивная среда этого химического сырья периодически выводила из строя трубопровод, на ремонт которого затрачивались немалые материальные средства. Подключение Небитдагского предприятия к новой сырьевой базе расположенных вблизи завода месторождений Монджуклы и Небитдаг сделали здесь производство йода более рентабельным. А возле Боядага в рекордно короткие сроки был построен новый завод, на котором по окончании тендера также планируется установить новую производственную линию.

Реконструкция производственных мощностей - лишь начало внедрения программы комплексного освоения месторождений йодобромных вод, которая состоит из трех этапов. Выполнение этой программы позволит уже к 2005 г. увеличить выпуск йода до 1 тыс. т, а к 2010 г. - до 1700 т. Чтобы достичь этого показателя, необходимо исследовать ряд перспективных на содержание йода месторождений и утвердить их запасы на уровне государственной комиссии по запасам, что и предполагает второй этап реализации программы. Подключение новых месторождений обеспечит полномасштабный подход к комплексному освоению запасов йодобромных вод, будут приняты меры по расширению производственных мощностей и выпуска из них разнообразной химической продукции. Ведь подземные воды содержат не только йод и бром, но и хлориды натрия, кальция, магния и другие ценные химические элементы. Их эффективное использование во многом определяется на современном этапе наличием рынка. Потому параллельно с ремонтом скважин и увеличением производственных мощностей ведется серьезная работа по изучению внутреннего и внешних рынков бромистого железа, озокерита, технического углерода и другой товарной продукции химической отрасли .

Vmograd N. A. Iodine production from hydromineral resources in the CIS countries.

Iodine is one the components traditionally obtained from groundwater. Russia has great reserves of iodine-rich water, and iodine is in high demand. However, there is only one iodine-producing plant in Russia and its output is insufficient to meet the growing market demand. Russian organizations actively develop exploration projects for exploitation of iodine resources both in Russia and other CIS countries. Turkmenistan increases iodine output. It is planned that this country will take the third place in the world on iodine production by 2010. Belarus invests considerable sums of money in industrially valuable water utilization, particulary, in oilfield water processing, to launch iodine production.

Литература

1. Администрация Программы развития экономики Республики Коми. Организация производства по извлечению йода из промысловых вод нефтедобычи Усинского района // www.investinkomi.ru. 2. Министерство энергетики РФ // www.mte.gov.ru. 3. Виноград Н. А. Использование природных минерализованных вод в народном хозяйстве России // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 1999. Вып. 4 (№ 28). 4. На российском рынке йода // Ведомости. 2001. 19 июля // www.marketsurveys.ru. 5. Международная академия минеральных ресурсов // www.arec.ru. 6. Куделъский А. В.. Козлов М. Ф. Геохимия, формирование и распространение йодо-бромных вод. Минск, 1970. 7. «Белоруснефтъ» организует производство йода и брома: Новости БДГ // Экономические новости России. 2000. 27 июля // www.innov.ru. 8. Плотникова Р. И. Опыт обоснования расчетной схемы в сложных гидрогеологических условиях (на примере Челекенского месторождения подземных вод) // Труды Всесоюз. ин-та гидрогеологии и инж. геологии. 1974. Вып. 84. 9. Химический завод на побережье Каспия увеличивает производство йода// Интернет-газета «Turkmenistan.ru». 2002. 10 мая // www.turkmenistan.ru.

Возможно, будет полезно почитать: