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

Основным сырьем для получения йода на заводе по производству йода служит йодосодержащая грунтовая вода, добываемая вместе с нефтью при эксплуатации нефтяных скважин. Очищенная от ила, нефти и других примесей, эта вода поступает в напорные чаны для окисления йода. Здесь осуществляются ее подкисление технической серной кислотой и окисление нитритом натрия. После этого вода самотеком поступает в абсорберы для выделения свободного йода на активированном угле.

Уголь с адсорбированным на нем йодом (йодоуголь) перегружают в дссорберы, где йод смывают с угля с помощью едкого натра и острого пара. Насыщенный йодом раствор собирают из десорберов в специальные коллекторы, откуда через угольные и глиняные фильтры перекачивают в кристаллизатор. Здесь с помощью нитрита натрия йод выделяют в виде кристаллического осадка. Осадок промывают водой, прессуют в плитки и направляют на очистку от органических и минеральных примесей путем разгонки его в сублиматорах. Затем йод выгружают из аппаратов и упаковывают в стеклянную тару.

Таким образом, производственный процесс получения йода связан с применением ряда химических веществ, в том числе агрессивных и сильнодействующих: йода, серной и соляной кислот, едкого натра и нитрата натрия.

Кроме того, на йодовом заводе имеются и другие неблагоприятные факторы: загрязнение воздуха помещений парогазовыделениями указанных химических веществ и угольной пылью, температурный фактор, ручной труд с физической нагрузкой. Эти факторы в разных сочетаниях встречаются на всех производственных участках йодового завода. Непрерывность технологического процесса обусловливает постоянство воздействия этих факторов. Особенно загрязнена воздушная среда парами йода, кислот и щелочей.

В техническом процессе получения йода принимают участие следующие группы рабочих основных и подсобных профессий: аппаратчики-окислители, адсорбщики, перегрузчики, десорбщики, кристаллизаторы, прессовщики, сублиматоры, пробоотборщики, упаковщики, лаборанты, бригадиры, технологи, начальники смен. С сырьем и продукцией связан и ряд других профессий (плотники-ремонтники, машинисты насосов, электромонтеры, аппаратчики печи реакции угля и др.).

Процесс выработки йода проходит несколько стадий. Прежде всего йодсодержащую воду выкачивают из нефтяных скважин. На нефтяных промыслах рабочие выполняют разнообразную работу, связанную с физической нагрузкой, и подвергаются воздействию углеводородов. При выполнении ремонтных работ рабочие контактируют с жидкой нефтью и ее испарениями. Нефтепромысловая вода после очистки и отстоя подается из бассейна в смесители, где происходит процесс окисления.

На участке окисления йодидов приготовление растворов кислот и слив их в кислотомерники производят аппаратчики. Здесь неизбежен контакт с серной кислотой и нитритом натрия. Подготовка рабочих растворов и перекачка их в мерники создают условия для испарения кислот и загрязнения ими воздушной среды данного производственного участка в концентрации, превышающей ПДК. Сброс кислоты из мерника в открытые смесители способствует ее испарению и загрязнению воздуха рабочих мест.
Метеорологические условия на данном производственом участке почти такие же, как на участке подготовки нефтепромысловой воды.

Йодсодержащую нефтепромысловую воду окисляют серной кислотой для выделения из йодидов молекулярного , который затем под давлением перекачивают в адсорберы. На участке адсорбции производят засыпку аппаратов активированным углем и наполнение водой. Эту работу часто выполняют вручную. Засыпка сухого угля в адсорберы сопровождается пылевыделением. Процесс адсорбции и перегрузки йодоугля из открытых аппаратов создает условия для испарения йода и загрязнения воздушной среды. Неблагоприятные условия труда усугубляются тем, что рабочие спускаются внутрь аппарата и вручную производят разгрузку.
До 80% рабочего времени перегрузчики находятся в воздушной среде, загрязненной йодом. В отдельных случаях концентрация ого достигает 4,6 мг/м3, превышая ПДК.

На участке адсорбции трудятся перегрузчики и операторы-адсорбщики. Работа обеих групп протекает в условиях загрязнения воздуха йодом и пылью, изменения метеорологических факторов. В цехе десорбции адсорбированный па активированном угле йод, смываясь с угля, образует маточный раствор. Техническими условиями предусматривается ведение процесса при закрытых люках, но контроль за качеством н полнотой смыва, регулирование режима процесса, подача реактива и пара, отбор проб производятся с участием аппаратчика и при открытом люке емкости. Выделяющиеся при этом пары йода и щелочи загрязняют воздух.

Тепло и водяной пар , исходящие из аппаратов, увеличивают влажность и температуру воздуха в помещении. Это также неблагоприятно отражается на самочувствии рабочих.
Насыщенный йодом маточный раствор собирают в коллекторы, фильтруют и перекачивают в кристаллизатор. Здесь производят кристаллизацию йода с помощью нитрита натрия или чаще хлорноватокислого калия (бертолетова соль). В результате происходят выпадение кристаллического йода в осадок и интенсивное испарение в воздух через люки аппарата, что проявляется в виде фиолетового облака, распространяющегося по всему отделению и способствующего увеличению концентрации йода в воздухе. Кристаллизация йода сопровождается постоянным перемешиванием маточного раствора, а вымывание осадка со дна аппарата производят струей воды.

Персонал работает в условиях загрязненного йодом воздуха . Кроме того, имеется большая опасность воздействия кристаллов йода, брызг маточного раствора и паров йода на открытые участки кожного покрова.

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

© Н. А. Виноград, 2003

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.

Медицинский 5% раствор йода

Йод очень популярное средство для обеззараживания различных повреждений кожи (ссадины, царапины, порезы и т.д.). Еще одно его распространенное применение — йодная сетка, я уверен многие испытали это на себе в детстве. А вы знаете из чего делают йод? Почему одни его растворы коричневые, а другие фиолетовые?

Йод при нормальных условиях - это кристаллы чёрно-серого цвета с фиолетовым металлическим блеском. В медицине мы используем чаще всего 5% раствор йода в спирте.

Спиртовый раствор йода имеет коричневый цвет, раствор йода в неполярных органических растворителях имеет фиолетовый цвет, пары йода имеют также фиолетовый цвет.

Как добывают йод

Йод крайне редко встречается в природе как минерал, чаще всего он находится в виде иодидов в морской воде, в живых организмах. Запасы природных иодидов оцениваются в 15 млн тонн, 99 % запасов находятся в Чили и Японии.

Существует несколько способов получения йода:

Сырьём для промышленного получения йода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство иода из такого сырья.

Применение йода

Одно из важнейших применени йода — в медицине. 5% спиртовой раствор иода используется для дезинфекции кожи вокруг различных ран.

При большом количестве внутримышечных инъекций, на их месте пациенту делается йодная сетка. Это необходимо для того, чтобы быстрее рассасывались «шишки», образовавшиеся в местах внутримышечных инъекций.

Пример йодной сетки

В рентгенологических и томографических исследованиях широко применяются йодсодержащие контрастные препараты.

При дефиците йода в огранизме его 5% спиртовой раствор не применяют внутрь!

В криминалистике пары иода применяются для обнаружения отпечатков пальцев на бумажных поверхностях, например, на купюрах.

Иод используется в качестве компонента положительного электрода (окислителя) в литиево-иодных аккумуляторах для автомобилей.

В галогеновых лампах йод используется в качестве компонента газового наполнителя колбы для осаждения испарившегося вольфрама нити накаливания обратно на неё.
Опасность йода

Йод ядовит! Смертельная доза йода - 3 г. Вызывает поражение почек и сердечно-сосудистой системы.

При вдыхании паров йода появляется головная боль, кашель, насморк, может быть отёк лёгких.

При попадании на слизистую оболочку глаз появляется слезотечение, боль в глазах и покраснение.

При попадании внутрь появляется общая слабость, головная боль, повышение температуры, рвота, понос, бурый налёт на языке, боли в сердце и учащение пульса. Через день появляется кровь в моче. Через 2 дня появляются почечная недостаточность и миокардит. Без лечения наступает летальный исход.

Изначально кристаллы йода не разделяются на медицинские и технические – этот статус они получают в процессе дальнейшей обработки.