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我们6次尝试从海水中提取黄金

海水中微量的黄金已经吸引了雄心勃勃的人们一百多年。我们仍在寻找新的、创新的方法来提取这种贵金属。

作者:Marisa Sloan
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图片来源:Junjira Limcharoen/Shutterstock

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加州淘金热期间,许多渴望一夜暴富的淘金者步行、乘马车或骑马跋涉数千里。但对于我们这些现代百万富翁的希望者来说,任何一个海岸线可能就足够了。

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这是因为在 1872 年,英国化学家 Edward Sonstadt 在海水中发现了微量的黄金。当时,科学家们已经知道了海洋中隐藏的银、铜和铅——但还没有像黄金那样有价值的东西。Sonstadt 建议,可以在涨潮时使用大水箱来捕获和提取海洋中的财富(据估计,每吨海水中约有 65 毫克黄金)。

如今,一些专家认为,海水提取可能比当前的黄金开采实践和未来的深海黄金开采——一种收集从热液喷口喷出的黄金和其他金属的计划,这些喷口通常位于地表以下一英里以上,并在海底堆积——更具吸引力。尽管预计在国际水域的采矿将在 2025 年开始,国际海底管理局迄今已发出 30 多个深海矿产资源勘探合同,但专家认为,这样做将不可挽回地破坏已经难以应对气候变化的海洋生态系统。

不幸的是,Sonstadt 的计算过于乐观。一项由麻省理工学院科学家发表的1990 年研究发现,大西洋和太平洋的海水中,每 1 亿吨水溶解的黄金仅约 1 克(按今天的价值计算约为 63 美元)。如果进行计算,这意味着海水中漂浮着数千亿美元,具体取决于海洋的估计体积。然而,在这种低浓度下,用我们目前拥有的技术提取可能并不划算。

当然,这并没有阻止研究人员、独立发明家和至少一名骗子的尝试。

“黄金聚集器”

1896 年夏天,一位名叫 Prescott Ford Jernegan 的马萨诸塞州牧师因经济困难而感染了伤寒。在他康复期间,他声称在发烧时做了一个将海水变成黄金的梦;由此,一个骗局诞生了。

Jernegan 与他的童年朋友、受过训练的潜水员 Charles Fisher 合作,于当年晚些时候吸引投资者购买他的“黄金聚集器”发明。Jernegan 站在罗德岛普罗维登斯的一座码头上,将一个装有汞的镀锌桶放入水中,并声称激活了一个提供提取黄金所需电流的电池。然而,投资者不知道的是,Fisher 潜入水中——用事先购买的、浸有汞的黄金替换了原来的汞。

Jernegan 在一份关于他的新电解海水盐公司(Electrolytic Marine Salts Company)的宣传册中写道:“长岛海峡的水中蕴藏的黄金足以偿还国债,并在国库留下比政府迄今拥有的黄金储备更大的规模。”到 1898 年,这家成功的公司已筹集近 100 万美元(约合今天的 3400 万美元),在缅因州一个偏僻的磨坊里建造了一系列镀锌桶装置,并雇佣了 100 多名不知情的员工来经营这个骗局。

事情败露是因为一位同谋——私家侦探 William Phelan,他觉得自己被欺骗了应得的财富份额,并在《纽约先驱报》上公布了他所知的骗局。当投资者前来调查时,这两名骗子都已逃跑——Jernegan 和他的家人将目标瞄准了欧洲,而 Fisher 则再也没有被发现。

战争赔款

第一次世界大战期间,德国化学家 Fritz Haber 在前线领导一个科学团队,协助制造了氯气和其他化学武器。然而,Haber 从未因战争罪受到审判,并且在 1918 年因发明哈伯-博施法获得诺贝尔奖。这种化学方法将氮转化为农作物肥料,后来催生了第二次世界大战中实施的化学武器工业。

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在接下来的十年里,Haber 秘密试图从海水中回收黄金,以帮助支付德国巨额的战争赔款。他估计每吨海水可以提取 65 毫克黄金,他和他的同事们努力开发一种依赖昂贵的电力和大型离心机的方法。尽管投资巨大,Haber 仍保证了高利润率。

然而,在德国批准了一项为期两年的全球海洋黄金储量调查计划后,Haber 发现他最初的计算误差了 1000%;提取这微量黄金的耗能努力最终在经济上并不可行。当 Haber 于 1933 年因其犹太血统而逃离德国后不久因心血管衰竭去世时,他仍将这个错误计算归咎于自己。

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关注副产品

根据《纽约时报》1934 年的一篇文章,一家位于北卡罗来纳州威尔明顿附近的陶氏化学工厂报告称,他们可以在十年内从海水中收集到价值“三千万亿美元”的纯金、银和其他金属。该工厂最初是为了从海水中提取用于汽油的溴元素而建造的,是同类工厂中的第一家。

陶氏化学公司的总裁 William Dow 声称,黄金的提取与溴的提取一样容易——他只是还没有弄清楚如何实现。他概述了一个计划,其中黄金最初将以溴副产物的形式提取,以消除抽取大量海水的巨大成本。根据 Dow 的说法,工厂每天抽取的金水量本身就含有价值 300 至 1000 美元(相当于今天的 6000 至 21000 美元)的黄金。

然而,在 1941 年,《纽约时报》的另一篇文章报道称,陶氏公司宣布他们尽最大努力“从一吨海水中只回收了针尖大小的黄金”。一年后,哥伦比亚大学教授 Colin Fink 提交了另一项基于他自己溴提取工艺的黄金提取专利。但再次,没有成功报道。

“苏利文发电机”

快进到 2012 年,一位名叫 Mark Sullivan 的德克萨斯州发明家走进了电视节目《创智赢家》(Shark Tank)的演播室。他寻求 100 万美元的投资,用于他的概念性“苏利文发电机”,他声称该发电机利用海水和科里奥利力(由地球自转引起)产生蒸汽涡流;这种假想的飓风然后可以用来转动发电机的涡轮机并产生清洁能源。

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为了增加吸引力,Sullivan 还表示该过程的副产品将包括饮用水和矿产——例如黄金。如果这个 100 英尺高的苏利文发电机听起来好得令人难以置信,那很可能是因为它就是如此。在未能获得《创智赢家》的投资者后,这十年间这项发明并没有太大进展。

分子海绵

2018 年,瑞士的化学家们发现了一种新的、能够吸附黄金的材料。他们报道,他们开发的分子“海绵”——一种填充有增加表面积的孔隙的聚合物——可以吸引水中 90% 到 99% 的金离子,并在几分钟内将其还原成闪亮的金块。考虑到海水中铜等其他金属的含量高达11,000 倍,其靶向黄金的能力更加令人印象深刻。

说到海水,这种材料的使用不仅限于海洋。根据发表在《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)上的这项研究,它还可以将金从淡水、电子垃圾甚至污水污泥中分离出来。为了从聚合物中回收黄金,化学家们将其加热到 1600 华氏度以烧掉多余的有机物,然后用盐酸处理。最终产物是迄今为止通过这种方式提取的最高纯金(23.9 克拉)。

与其他发明相比,制造这种聚合物的原料价格低廉且易于获取。然而,聚合物必须定期用抗坏血酸处理才能再生。当处理大量水(在此情况下超过 2 加仑)时,研究人员在将材料浸泡几周后才达到相同的效率。

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自发现以来,瑞士团队一直致力于将这种聚合物制成珠子,可用作自来水过滤器的滤芯。他们的新创业公司Retreeva,旨在通过帮助珠宝和电子公司回收每年生产过程中流失的约 35 亿美元黄金,使金属行业更加可持续。

微生物冶金学家

近年来,越来越多的研究表明,一种微小的杆状细菌是海水提金的理想选择。Delftia acidovorans 最初在荷兰的土壤中被发现,但最近也在其他环境中被发现。例如,北卡罗来纳州立大学的研究人员在校园内发现了D. acidovorans,主要是在水槽和淋浴排水管中。

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这些选择的栖息地通常因高浓度重金属而有毒,但细菌之所以能茁壮成长,是因为它分泌一种(称为 delftibactin),可以中和带电离子。结果,金离子被转化为纳米颗粒,最终在裂缝和缝隙中积聚成金块。德国的研究人员最近确定了使其成为可能的基因,并成功将其整合到一种日常微生物E. coli 中,用于从电子垃圾中回收黄金。

然而,如果你准备好擦拭淋浴排水管然后直接前往最近的海滩,也许可以三思而后行。到目前为止,通过这种方式提取的黄金量几乎微乎其微;科学家们并没有在实验室里大量制造金条,而且在工业层面也不太可能实用。另一方面,地质学家将来或许可以寻找这种细菌,作为一种快速确定某个区域是否存在重金属的方法。

事实上,我们可能离从海水中盈利性地提取黄金还有很长的路要走。而且没关系——这种金属几个世纪以来一直吸引着人类的想象力。我们的痴迷在短期内不太可能减退。

  • Marisa Sloan

    Marisa 是《发现》杂志的助理编辑。她获得了西北大学 Medill 新闻学院的健康、环境与科学报道硕士学位。此前,在北卡罗来纳大学格林斯伯勒分校获得化学学位期间,Marisa 致力于延长抗肿瘤药物的治疗效力。问她关于酶的问题!

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