Земные океаны можно рассматривать как огромные, хотя и очень бедные залежи руд многих металлов. Только магний в морской воде настолько концентрирован, что имеет смысл его добывать. В принципе урана в океанах очень много — 4 миллиарда тонн (в разведанных доступных запасах на суше всего около 2,6 миллиона тонн). Но концентрация его крайне низка — 3 части на миллиард частей воды. Завод по извлечению урана из морской воды должен был бы перерабатывать за год один кубический километр воды, извлекая 3,4 тонны металла. Это значит, что за минуту установки завода должны пропускать около двух миллионов литров воды. В лаборатории можно заставить выпасть в осадок уран, содержащийся в воде в форме комплексного соединения с карбонатными ионами, добавив к воде определенные химикаты. Но в широких масштабах это нереально: куда же потом девать загрязненные химикатами миллионы литров воды? По этой же причине отпадает второй возможный метод — перевод уранового соединения из воды в органический растворитель, в котором это соединение растворяется лучше. Кроме того, расходы на осаждающие химикаты или органический растворитель были бы слишком велики.

Остается единственный практический метод: подобрать такое вещество, которое избирательно присоединяло бы к своей поверхности только уран. Еще около тридцати лет назад в британском ядерном центре Харуэлл проводили эксперименты с ионообменной смолой, которая могла захватывать из морской воды ионы урана и некоторых других металлов, отдавая взамен свои ионы. Но оказалось, что такие смолы слишком дороги, захватывают ионы урана очень медленно и плохо выдерживают длительный контакт с соленой водой.

Тогда харуэллские химики предложили применить гидрат окиси титана, имеющий сравнительно высокое химическое сродство к урану. Опыты показали, что выбор довольно удачен, но прокачивать морскую воду насосами через фильтры из гидрата окиси титана было бы слишком дорого. Лучше построить дамбу в каком-либо узком морском проливе, где вода дважды в сутки проносится туда и обратно с приливом и отливом, и вставить в шлюзы этой дамбы такие титановые фильтры. Это тоже достаточно дорогостоящее решение. К тому же гидроокись урана непрочна, мало устойчива к кислотам, которыми обычно вымывают поглощенный уран, и в море покрывается ионами кальция, мешающими Контакту с ураном. Поэтому продолжались поиски такого адсорбента, который быстро захватывал бы уран из морской воды, мог бы много его накапливать и быстро отдавать при обработке на заводе по извлечению урана. Кроме того, такой адсорбент должен быть дешевым, он должен сопротивляться действию соленой воды, биологических обрастаний, должен хорошо выдерживать химическую обработку, чтобы после извлечения накопленного металла его можно было бы снова вернуть в море. Идеального адсорбента не найдено до сих пор, приходится идти на компромиссы. Так, японские исследователи предлагают упрочнять гранулы гидрата окиси титана и других металлов, обладающих подобными свойствами, полиакриламидным гелем. Предложены композиции титана и с Другими полимерами. Химики из КНР нашли, что высокой емкостью для урана (112 мг на 1 г поглотителя) обладает смесь гидрата окиси алюминия и гидрата окиси трехвалентного железа.

Но у всех этих вариантов свои недостатки.

Английские химики с химического факультета Солфордского университета предложили вещества на основе полистирола с привитыми к нему группами сульфоновой кислоты (—S03H). Эти остатки могут захватывать из воды катионы металлов, отдавая водород. Процесс обратим: если промыть такую полистироловую пластмассу раствором кислоты, она отдаст в раствор металл, захватив ионы водорода. Но в море эта пластмасса быстро забивается ионами металлов, которых в морской воде гораздо больше, чем урана,— натрием, кальцием, магнием, калием. Тогда английские специалисты заменили сульфоновые остатки так называемыми хелирующими группами. Это группы атомов, имеющие форму клешни (хела — по-гречески клешня). В эту клешню плотно входят лишь атомы определенного размера. Ученые смогли подобрать такие «химические клешни», которые захватывают лишь следовые тяжелые металлы — уран, медь, железо, цинк, игнорируя гораздо более обильные натрий, магний и другие. Испытанная пластмасса с хелирующими группами оказалась по сврим сорбирующим свойствам не хуже гранул гидроокиси титана, но она гораздо прочнее и устойчива к кислотам, дешевле. Единственный недостаток в том, что хелирующие смолы захватывают в 10 раз больше железа, чем урана. Но в конце концов при обработке наземных урановых руд уран тоже приходится отделять от железа. И эта технология давно разработана. В лабораторных опытах, прокачивая воду через слой гранул хелирующей смолы, установили, что уже за две секунды контакта смола захватывает 14 % имеющегося урана. За 10 минут захватывается более 90% урана, но в реальных условиях промышленного процесса такой длительный контакт протекающей воды с гранулами исключается. Действительно, натурные опыту в море дали разочаровывающий результат. Фильтр из гранул, просто поставленный на дно, оказывается для сравнительно слабых приливных сия существенной преградой, вода не течет через него. Кроме того, фильтры быстро забиваются илом. Похоже, что без сооружения плотин или без активного прокачивания насосами все же не обойтись. Впрочем, предлагают ставить фильтры для извлечения урана там, где все равно прокачиваются большие объемы морской воды, например, в системах охлаждения приморских электростанций или на установках по опреснению морской воды. Крупнейшие из существующих сейчас опреснителей могли бы давать ежегодно до 5 тонн урана.

В последнее время японские, и английские специалисты пришли к новому решению. Из хелирующего полимера можно сделать ткань, а из ткани — бесконечную ленту транспортера. Лента, движущаяся со скоростью нескольких метров в секунду, должна на верхнем своем конце промываться в кислом растворе, освобождаться от накопленного урана и снова нырять в глубину. Когда в кислом растворе накопится около 0,5 г урана на литр, его перекачают на берег и подвергнут переработке. Так как скорость движения транспортера невелика, для двигателя можно использовать энергию солнца, ветра, волн или приливную энергию. По оптимистическим оценкам, основанным на лабораторных опытах с уранопоглощающей тканью, лента шириной 10 м, толщиной 1 см и длиной 400 м, опущенная в океанское течение, имеющее скорость 7 км/ч, могла бы выносить на берег до 6 тонн урана в год. Этот метод считается сейчас наиболее перспективным.

По материалам журнала «Спектрум» (Англия)