大洋海底多金属结核概述【三号黑体】 【摘要】大洋底部的多金属结核中富含Mn、Cu、Co、Ni等元素的沉积矿物集合体，目前世界对铁、锰、镍、钴等有用金属元素的需求日益增大，海底多金属结核资源的经济地位也相应进一步提高，各国对海底铁锰结壳资源的研究力度加强。本篇对目前大洋多金属结核的分布、聚集的地质特点；物质成分、内部的结构构造；成矿机制和成矿模式；开采方式等进行综述性概括。总结目前国内外学者对大洋多金属结核的研究成果，以及目前对多金属结核还存在的疑惑，夯需努力探讨的问题。 【关键词】大洋海底多金属结核【小五楷体_GB2312】 一、概述【标题小四黑体】 大洋多金属结核(polymetallic nodule)是一种富含铁、锰、镍、钴等有用金属元素的洋底自生沉积矿物集合体（图一）。1873年英国“挑战者”号环球考察船在大西洋加纳利群岛之法劳岛西南300km 处的海底首次采集到多金属结核，但是直到1965年，美国学者Mero根据110个测站的样品分析结果，指出大洋多金属结核的经济价值后，人们才意识到大洋多金属结核的巨大潜在经济价值，进而 掀起了一股深海矿产资源调查热。【正文五号宋体】 图一锰结核的剖面图与实物图（引至[1]） 总体而言，它广泛分布于水深4 000~ 6 000 m深海底，丰度达5~ 18 kg/m2。含有铜、钴、镍、锰、铁、钨、钛、钼、金、银、铂等70多种元素。多金属结核中目前已知平均含量达到1×10-6km2以上的元素有50多种其中Ma、Fe、Si、Al、Ca、Mg、Na、Ni、Cu 的丰度在1% 之上，P、Ba、Pb、Zn、Sr、V、Mo、Zr、Ti 等可达100×10-6—1000×10-6数量级。Mn、Co、Mo、Ni、Pb、P、V、Fe、Sr、Y、Zr、Ba、La 等元素在多金属结核中富集程度非常高，可达到地壳丰度的几十倍到几百倍。而Si、Al、K、Ca、Mg、Na、Sc、Ti在多金属结核中的丰度比在地壳中的丰度低，元素趋于分散[5]。而锰铁元素占主要地位，目前也以铁锰结核为主要开采矿床。同时大洋多金属结核的储藏量相对惊人，据测算，其中大洋洋低主要的猛结核，分布在太平洋的锰储量达2 000亿t，相当于陆地上的57倍；而镍结核90亿t，相当于陆地的83倍；铜结核50亿t，相当于陆地上的9倍；钴结核30亿t，相当于陆地上的539倍[1]。所以对于解决目前紧缺的铜、钴、镍、锰、铁等矿产，一方面大力勘探陆地矿床，另一方面可以把部分工作从陆地上转移到海底多金属结核矿床。 二、多金属结核的主要分布、富集的地质特点 因为多金属结核广泛分布于水深4 000~ 6 000 m深海底，所以对深海多金属结核分布的调查难
大洋锰结核矿成因之谜 海底锰结核是由英国人首先发现的。1873年2月18日，英国“挑战者”号考察船来到加那利群岛西南约300千米的海面进行海底取样调查。结果从海底捞上来几块像黑煤球的硬块。船上的几位科学家准都没有见过这种“黑色的卵石块”。后来，这些“黑卵石块”送回英国。经过化验分析，才知道它不是化石，而是含有大量锰，铁、铜、镍、钴等元素的矿石。后来，人们给这种矿石起名叫“大洋锰结核”或“大洋多金属结核”等。由于锰结核矿大量存在于世界各大洋之中，是海洋中最有价值的矿产，所以进入70年代后，世界上有条件的海洋国家，投以巨资，对大洋锰结核矿进行调查，研究其开发的可能性。 尽管人们已经花了大量的人力和物力去研究海底锰结核，然而大洋锰结核的成因之谜，仍未解开。科学家提出种种成因假说，但是，每种假说都有其不够完善的地方。 关于锰结核成因问题的研究，主要是围绕着三个问题进行：什么是锰结核构成元素供给源？锰结核的沉积地点是怎样形成的？锰结核的生长机理是什么？ 关于锰结核的金属供应源问题、科学家提出四种方式：一是大陆或岛屿上岩石风化后分解出了金属离于，被风或是河流带入海洋。二是海底火山、海底风化和水溶液可以为锰结核提供所需的金属元素。三是海水本身是盐类溶液，它可能是最重要的金属元素供应源。四是宇宙尘埃等外空物质也能形成锰结核的元素供给源，尽管它的数量不大。 这些元素通过各种渠道和不同的搬运方式，来到具备形成锰结核的”核”上，经过漫长的岁月，形成了结核，最后形成大小不等的锰结核。在研究这些金属元素的搬运方式上，科学家们没有多大的争议，大家都赞成是通过海水溶解后来到锰结核的“核”上的。然而，科学家对锰结核的生长机理，却存在着较大的分歧。围绕着锰结构的生长机理，人们提出了种种的理论模式，概括起来，主要有三种：第一种为自生化学沉积假说，或者叫作接触氧化和沉淀说。这种观点认为，当海底的pH值增高时，氢氧化铁便会围绕一个核心进行沉淀，氢氧化铁的沉淀物可吸附锰离子，并且产生催化作用，促使二氧化锰不断生成。这种解释虽给人以启发，但是它仍有不完备的地方。第二种假说是生物成因说。这种理论的根据是，用扫描电子显微镜观察锰结核的表面和内部细微构造时，发现结该的表面有很多由底栖微生物形成的空管和微窟窿，当其形成管子时，摄取了大量的微结核于壳内。第三种假说是火山活动说。这种理论认为，人山爆发喷发出大量气体，在气体从熔岩中析出过程中，伴随着大量的锰、铁、铜及其他微量金属。这些微量金属进入海水中后，沉淀出铁的含水氧化物，使锰和其他金属经过氧化富集、淀，形成锰结核矿。对于这种假说，有人提出：很多非火山活动海域内，也发现大量的锰结核，这又该做何种解释呢？
中国多金属结核开采技术的发展 陈新明 长沙矿山研究院长沙 410012 摘要：我国深海多金属结核开采技术的研究历经十六年的发展，基本完成了深海多金属结核开采专有技术体系的构建。 预计到2020年可具备商业开采技术储备的能力。 关键词：多金属结核开采湖上试验商业开采 0 前言 人类的生存和创造均以资源消耗为前提，利用资源的种类数量、技术水平，从一个侧面直接表达了社会生产力的发展水平。海底矿物资源的矿种多，数量大，品位富，是人类尚未充分认识和开发的战略资源宝库，开发利用潜力巨大。以多金属结核为例，其富含锰、铜、钴、镍等稀贵金属元素，平均品位分别为25.00%、1.00%、0.22%、1.30%；有资料统计，全球洋底具有商业开发价值的多金属结核700亿t。作为先驱投资者国家之一，仅我国在太平洋7.5万km2的专属经济区内，就控制了4.2亿t干结核量，其中含锰11175.52万t、铜406.40万t、钴98.49万t、镍514.42万t，预计可形成年产300万t干结核、开采周期20年的深海产业。 较之美国等发达国家而言，我国多金属结核开采技术研究起步相对较晚，但在国家大洋专项的支持和中国大洋协会的组织协调下，在过去的十六年中，由于确定的技术目标科学、采取的技术路线正确、提供的保障条件充分，仍然取得了起点高、发展快的成绩。研究工作已经历了基础研究、扩大试验研究、试验系统集成与制造、海试技术设计和单元技术升级等阶段，构架了多金属结核开采的技术模型，形成了较强的自主设计和研发能力。 1 发展战略及技术经济的研究的重要进展 1990年4月经国务院批准，大洋多金属结核资源勘探开发项目被列为国家长远发展项目，为实现该长远项目的最终目的即满足国家对有关金属的需求，中国大洋协会拟定了长远项目分两期实施的战略。并于1991年9月组织完成了大洋多金属结核资源研究开发第一期(1991-2005年)发展规划制订。该规划提出，经过十五年努力，完成多金属结核商业开采前的物质准备，解决采矿等技术难题。 1997年10月，长沙矿山研究院完成了列入原中国有色金属工业总公司重点研究项目“深海采矿技术经济研究”。该项研究取得的主要成果，一是在全面系统分析国际上重点研究的四种锰结核开采技术基础上，提出了流体提升开采技术是经济合理、最具商业开发前景的一种开采方法；二是基于西方国家有关研究资料，提出了评价商业开采的主要经济考核指标，即投资收益率必须达到15%-20%、锰结核年产量为300万t。 1999年元月，在中国大洋协会办公室组织下，协会“九五”采矿项目总师组完成了“大洋多金属结核矿产资源研究开发中试采矿系统总体设计”。该设计主要意义：其一，确定了我国了的单套采矿系统的年生产干结核的能力为150万t(我国矿区结核平均丰度比国外矿区低50%左右，商业开采时拟用二套系统作业)；其二，确定了中试采矿系统生产能力与商业采矿系统生产能力的比例为1﹕10，即年产量为15万t(年工作250天、日工作20h计)，小时生产能力30t；其三，确定了我国多金属结核采矿系统主要由自行式集矿机-水力管道提升-水面船等部分组成。该设计的完成，标志着我国第一代深海多金属结核开采技术体系的构造基本成型。 2001年4月大洋协会“十五”采矿项目总师组完成了多金属结核中试采矿系统的技术设计。 2002年1月完成了多金属结核1000m海上试验总体设计。随后于2004年11月，完成了多金属结核
