浅谈碘的提取

张金水

摘要： 介绍工业生产从不同原料中提取碘的方法，中学教材中碘的提取以及实验室从海带中提取碘的优化实验方案以及不同的分离方法，如灰化法、水浸泡法、熔融法、蒸气蒸馏法、升华法、萃取法等，帮助学生认识人类对海洋自然资源的综合利用。

关键词： 碘的提取； 提取方法； 化学教学

文章编号： 10056629（2018）10008704中图分类号： G633.8文献标识码： B

碘是人体维持神经系统、保障正常代谢和智力发育的必需微量元素，碘作为基础工业原料和重要的战略物资，广泛应用于食品医药、化工、农业、国防军事等领域[1]。我国碘资源相对匮乏且年需求增长快。从海产品中提取碘是我国工业上获取碘的重要途径。因此根据高中化学课标要求，将从海带中提取碘作为课程教学资源引入到中学化学教学中，帮助学生认识人类对海洋自然资源的综合利用，了解化学研究中常见物质的分离、提纯与检验的一般实验方法。

1工业生产从不同原料中提取碘的方法

工业上提取碘的原料主要有海藻、智利硝石、地下卤水和磷矿石等。受原料的影响提取碘的方法种类繁多，但原理一般遵循相同的原则： 首先将原料中的碘转移得到含碘原料液，然后对其进行氧化或还原处理使碘离子富集转化为游离碘，再进一步分离粗碘和精制。

以海藻等制备含碘原料液为例，主要有灰化法、干馏法、发酵法、浸出法等，前3种由于技术落后、能耗高、产量低已逐渐被淘汰。浸出法是将海藻用水浸泡，使碘、氯化钾、甘露醇等都进入浸取液中，这样制取的原料液除提取碘外，还可以回收氯化钾和甘露醇[2]。

含碘原料液的富集转化方法主要有氧化还原法、空气吹出法、离子交换法、活性炭吸附法、溶剂萃取法、浮选法和液膜法等，方法各有优劣。其中空气吹出法和离子交换法是当今使用最为广泛的技术，分别适用于高浓度和低浓度的含碘原料液的制取。空气吹出法存在设备庞大、能耗高的问题；离子交换法后续碘的解析和精制较烦琐；氧化还原法化学试剂消耗量大制备效率低；活性炭吸附法活性炭很难保持较高的活性且价格相对昂贵；溶剂萃取法需多次萃取操作复杂；浮选法和液膜法尚未大规模应用于工业提取[3， 4]。

碘的分离与精制方法利用碘微溶于水和碘易升华两点性质而采用不同的分离方法，有熔融法、蒸气蒸馏法、升华法、萃取法等[5]。

2中学教材中碘的提取内容

海带中提取碘相关的内容尽管不同版本的中学教材编排呈现方式不同[6]，但主要均包含两部分： 一是实验实践，即海带中碘元素的提取分离及检验；二是工业原理，即海带中碘的提取工艺流程。

2.1实验实践： 海带中碘元素的分离及检验

中华人民共和国水产行业最新标准规定[7]，灰化法或水浸泡法适用于定量测定海带生产企业和制碘工业淡干海带中的碘含量。如有争议时，以灰化法为仲裁法。测定流程转化如图1和图2所示。

相对于中学阶段的学生而言，定量测定干海带中碘含量的原理复杂，步骤多而操作繁琐，同时仪器和试剂准备要求较高，中学教师很难有效开设和带领学生完成实验实践。因此中学课标要求中，选择使用灰化法，同时将定量测定简化为定性检验海带中的碘元素。以苏教版选修6《实验化学》专题1课题1[8]为例，流程如图3所示。通过对该契合中学生认知水平课题的学习，学生对从海带中提取碘元素并检验其存在的过程有一个较全面的了解，对物质的分离有更感性的认识。

2.2工业原理： 海带中碘的提取工艺流程

美国国家地质局2013年发布的全球矿产统计数据显示，我国碘资源仅占全球的0.05%，海关进出口数据显示长期高度依赖从智利、日本、土库曼斯坦等国进口碘产品。以2012年为例，我国年产碘量约600t，碘需求量约4200t，约85%依赖从国外进口。2017年数据显示碘进口量达6000t以上，供需矛盾进一步突出。

自20世纪六七十年代以来，我国长期主要依靠从海洋藻类植物提取碘。从生产企业情况看，我国碘化工行业规模型企业少，产业集中度差，行业内缺少产品结构综合性强、质量突出、具有自己优势品牌的竞争企业。2010年，随着贵州瓮福集团从硫酸分解磷矿生产的磷酸中回收碘的核心技术的完善和装置的建成投产，使其成为世界上第一家实现从磷矿中提取碘的企业，中国碘的生产方式发生了巨大变化[9]。目前中国制碘企业仅有几十家，主要集中在山东，大部分以海藻为原料采用离子交换法富集碘[10]（见图4），以山东洁晶集团为代表，公司官网显示年产碘量90t。中国贵州瓮福集团用空气吹出法从含碘磷矿石生产过程中产生的废水提取伴生碘[11]（见图5），公司官网显示年产碘量达250t。

结合我国制碘工业生产的发展历程，随着提取工艺的革新，中学教学也在不断作调整。以苏教版2014年最新版化学1教材中碘的提取流程[14]为例，现阶段中学主要介绍浸泡法从海带中提取碘的工艺流程，如图6所示。从海带制取含碘原料液，由灰化法发展为浸泡法有能耗降低、产品结构增强等优势。含碘原料液的富集氧化，由氯气更换为亚硝酸钠、双氧水、次氯酸钠和氯酸钠等可供选择的氧化剂，探索解决环境污染、过氧化导致试剂消耗大、产率低等问题。利用碘微溶于水和碘易升华的性质分离和提纯碘的工艺方法多样，中学主要介绍升华法和溶剂萃取法。

从海带中碘的提取的工业流程，中学教材处理得很精炼。相信许多中学教师和笔者一样，在教学中遇到诸多与之相关的问题和讨论，往往对其中一些内容一知半解，一些内容存在疑问，一些内容因缺乏对实际工业的考察主观臆断而纸上谈兵。因此需要客观认识到，各省市教材存在差异以及中学教师年龄层次和知识获取能力的不同，中学教学对工业提取碘流程存在滞后性和差异性，不少教师、学生存在不少疑惑和认识错位。

2.3实验设计： 海带中碘元素的检验及碘的提取

实验方法是最基础和最重要的研究方法，高中化学核心素养要求发展学生通过实验探究解决与化学相关实际问题的能力。帮助师生解决上述问题，亲身体验模拟工业从海带中提取碘的实验是不错的选择。许多教师对此进行了大量的实验探究，借鉴他們的实验成果[15～20]并结合教师自身教学和实验的经验，设计出步骤简便、易于操作、现象明显的实验方案。如图7所示，以海带中碘元素的检验及模拟工业从海带中提取碘为目的的实验方案设计供大家参考。

3结语

化学核心素养中“科学探究和创新意识”的维度要求，是经过高中化学的学习后，学生应具有科学探究意识，即能发现和提出有探究价值的问题，能从问题和假设出发，确定探究目的；依据探究目的设计、优化实验方案并进行探究实验，并敢于对实验探究的过程与结果提出自己的见解。正所谓实践出真知，工业提碘的技术革新依然在路上，教师对于教学的研究也不会停止。希望上述有关碘的提取相关内容对广大师生当下的课堂有所帮助。

参考文献：

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[14]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1[M].南京： 江苏教育出版社， 2014： 47.

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