淺談碘的提取

張金水

摘要： 介紹工業(yè)生產(chǎn)從不同原料中提取碘的方法，中學(xué)教材中碘的提取以及實(shí)驗(yàn)室從海帶中提取碘的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案以及不同的分離方法，如灰化法、水浸泡法、熔融法、蒸氣蒸餾法、升華法、萃取法等，幫助學(xué)生認(rèn)識人類對海洋自然資源的綜合利用。

關(guān)鍵詞： 碘的提取； 提取方法； 化學(xué)教學(xué)

文章編號： 10056629（2018）10008704中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

碘是人體維持神經(jīng)系統(tǒng)、保障正常代謝和智力發(fā)育的必需微量元素，碘作為基礎(chǔ)工業(yè)原料和重要的戰(zhàn)略物資，廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)、國防軍事等領(lǐng)域[1]。我國碘資源相對匱乏且年需求增長快。從海產(chǎn)品中提取碘是我國工業(yè)上獲取碘的重要途徑。因此根據(jù)高中化學(xué)課標(biāo)要求，將從海帶中提取碘作為課程教學(xué)資源引入到中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，幫助學(xué)生認(rèn)識人類對海洋自然資源的綜合利用，了解化學(xué)研究中常見物質(zhì)的分離、提純與檢驗(yàn)的一般實(shí)驗(yàn)方法。

1工業(yè)生產(chǎn)從不同原料中提取碘的方法

工業(yè)上提取碘的原料主要有海藻、智利硝石、地下鹵水和磷礦石等。受原料的影響提取碘的方法種類繁多，但原理一般遵循相同的原則： 首先將原料中的碘轉(zhuǎn)移得到含碘原料液，然后對其進(jìn)行氧化或還原處理使碘離子富集轉(zhuǎn)化為游離碘，再進(jìn)一步分離粗碘和精制。

以海藻等制備含碘原料液為例，主要有灰化法、干餾法、發(fā)酵法、浸出法等，前3種由于技術(shù)落后、能耗高、產(chǎn)量低已逐漸被淘汰。浸出法是將海藻用水浸泡，使碘、氯化鉀、甘露醇等都進(jìn)入浸取液中，這樣制取的原料液除提取碘外，還可以回收氯化鉀和甘露醇[2]。

含碘原料液的富集轉(zhuǎn)化方法主要有氧化還原法、空氣吹出法、離子交換法、活性炭吸附法、溶劑萃取法、浮選法和液膜法等，方法各有優(yōu)劣。其中空氣吹出法和離子交換法是當(dāng)今使用最為廣泛的技術(shù)，分別適用于高濃度和低濃度的含碘原料液的制取。空氣吹出法存在設(shè)備龐大、能耗高的問題；離子交換法后續(xù)碘的解析和精制較煩瑣；氧化還原法化學(xué)試劑消耗量大制備效率低；活性炭吸附法活性炭很難保持較高的活性且價(jià)格相對昂貴；溶劑萃取法需多次萃取操作復(fù)雜；浮選法和液膜法尚未大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)提取[3， 4]。

碘的分離與精制方法利用碘微溶于水和碘易升華兩點(diǎn)性質(zhì)而采用不同的分離方法，有熔融法、蒸氣蒸餾法、升華法、萃取法等[5]。

2中學(xué)教材中碘的提取內(nèi)容

海帶中提取碘相關(guān)的內(nèi)容盡管不同版本的中學(xué)教材編排呈現(xiàn)方式不同[6]，但主要均包含兩部分： 一是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，即海帶中碘元素的提取分離及檢驗(yàn)；二是工業(yè)原理，即海帶中碘的提取工藝流程。

2.1實(shí)驗(yàn)實(shí)踐： 海帶中碘元素的分離及檢驗(yàn)

中華人民共和國水產(chǎn)行業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[7]，灰化法或水浸泡法適用于定量測定海帶生產(chǎn)企業(yè)和制碘工業(yè)淡干海帶中的碘含量。如有爭議時(shí)，以灰化法為仲裁法。測定流程轉(zhuǎn)化如圖1和圖2所示。

相對于中學(xué)階段的學(xué)生而言，定量測定干海帶中碘含量的原理復(fù)雜，步驟多而操作繁瑣，同時(shí)儀器和試劑準(zhǔn)備要求較高，中學(xué)教師很難有效開設(shè)和帶領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。因此中學(xué)課標(biāo)要求中，選擇使用灰化法，同時(shí)將定量測定簡化為定性檢驗(yàn)海帶中的碘元素。以蘇教版選修6《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》專題1課題1[8]為例，流程如圖3所示。通過對該契合中學(xué)生認(rèn)知水平課題的學(xué)習(xí)，學(xué)生對從海帶中提取碘元素并檢驗(yàn)其存在的過程有一個(gè)較全面的了解，對物質(zhì)的分離有更感性的認(rèn)識。

2.2工業(yè)原理： 海帶中碘的提取工藝流程

美國國家地質(zhì)局2013年發(fā)布的全球礦產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國碘資源僅占全球的0.05%，海關(guān)進(jìn)出口數(shù)據(jù)顯示長期高度依賴從智利、日本、土庫曼斯坦等國進(jìn)口碘產(chǎn)品。以2012年為例，我國年產(chǎn)碘量約600t，碘需求量約4200t，約85%依賴從國外進(jìn)口。2017年數(shù)據(jù)顯示碘進(jìn)口量達(dá)6000t以上，供需矛盾進(jìn)一步突出。

自20世紀(jì)六七十年代以來，我國長期主要依靠從海洋藻類植物提取碘。從生產(chǎn)企業(yè)情況看，我國碘化工行業(yè)規(guī)模型企業(yè)少，產(chǎn)業(yè)集中度差，行業(yè)內(nèi)缺少產(chǎn)品結(jié)構(gòu)綜合性強(qiáng)、質(zhì)量突出、具有自己優(yōu)勢品牌的競爭企業(yè)。2010年，隨著貴州甕福集團(tuán)從硫酸分解磷礦生產(chǎn)的磷酸中回收碘的核心技術(shù)的完善和裝置的建成投產(chǎn)，使其成為世界上第一家實(shí)現(xiàn)從磷礦中提取碘的企業(yè)，中國碘的生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大變化[9]。目前中國制碘企業(yè)僅有幾十家，主要集中在山東，大部分以海藻為原料采用離子交換法富集碘[10]（見圖4），以山東潔晶集團(tuán)為代表，公司官網(wǎng)顯示年產(chǎn)碘量90t。中國貴州甕福集團(tuán)用空氣吹出法從含碘磷礦石生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水提取伴生碘[11]（見圖5），公司官網(wǎng)顯示年產(chǎn)碘量達(dá)250t。

結(jié)合我國制碘工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展歷程，隨著提取工藝的革新，中學(xué)教學(xué)也在不斷作調(diào)整。以蘇教版2014年最新版化學(xué)1教材中碘的提取流程[14]為例，現(xiàn)階段中學(xué)主要介紹浸泡法從海帶中提取碘的工藝流程，如圖6所示。從海帶制取含碘原料液，由灰化法發(fā)展為浸泡法有能耗降低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)增強(qiáng)等優(yōu)勢。含碘原料液的富集氧化，由氯氣更換為亞硝酸鈉、雙氧水、次氯酸鈉和氯酸鈉等可供選擇的氧化劑，探索解決環(huán)境污染、過氧化導(dǎo)致試劑消耗大、產(chǎn)率低等問題。利用碘微溶于水和碘易升華的性質(zhì)分離和提純碘的工藝方法多樣，中學(xué)主要介紹升華法和溶劑萃取法。

從海帶中碘的提取的工業(yè)流程，中學(xué)教材處理得很精煉。相信許多中學(xué)教師和筆者一樣，在教學(xué)中遇到諸多與之相關(guān)的問題和討論，往往對其中一些內(nèi)容一知半解，一些內(nèi)容存在疑問，一些內(nèi)容因缺乏對實(shí)際工業(yè)的考察主觀臆斷而紙上談兵。因此需要客觀認(rèn)識到，各省市教材存在差異以及中學(xué)教師年齡層次和知識獲取能力的不同，中學(xué)教學(xué)對工業(yè)提取碘流程存在滯后性和差異性，不少教師、學(xué)生存在不少疑惑和認(rèn)識錯(cuò)位。

2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： 海帶中碘元素的檢驗(yàn)及碘的提取

實(shí)驗(yàn)方法是最基礎(chǔ)和最重要的研究方法，高中化學(xué)核心素養(yǎng)要求發(fā)展學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究解決與化學(xué)相關(guān)實(shí)際問題的能力。幫助師生解決上述問題，親身體驗(yàn)?zāi)M工業(yè)從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)是不錯(cuò)的選擇。許多教師對此進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)探究，借鑒他們的實(shí)驗(yàn)成果[15～20]并結(jié)合教師自身教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出步驟簡便、易于操作、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)方案。如圖7所示，以海帶中碘元素的檢驗(yàn)及模擬工業(yè)從海帶中提取碘為目的的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)供大家參考。

3結(jié)語

化學(xué)核心素養(yǎng)中“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識”的維度要求，是經(jīng)過高中化學(xué)的學(xué)習(xí)后，學(xué)生應(yīng)具有科學(xué)探究意識，即能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的問題，能從問題和假設(shè)出發(fā)，確定探究目的；依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，并敢于對實(shí)驗(yàn)探究的過程與結(jié)果提出自己的見解。正所謂實(shí)踐出真知，工業(yè)提碘的技術(shù)革新依然在路上，教師對于教學(xué)的研究也不會停止。希望上述有關(guān)碘的提取相關(guān)內(nèi)容對廣大師生當(dāng)下的課堂有所幫助。

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