大洋锰结核深海开采扬矿技术
深海铁锰结核中氧化锰矿物
深海铁锰结核中氧化锰矿物
摘要：
一、深海铁锰结核的背景介绍
1.深海铁锰结核的概念与特点
2.深海铁锰结核的分布与形成原因
二、氧化锰矿物的性质与特点
1.氧化锰矿物的化学成分与分类
2.氧化锰矿物的晶体结构与形态
3.氧化锰矿物的物理性质与应用领域
三、深海铁锰结核中氧化锰矿物的提取与利用
1.提取方法与技术的发展
2.氧化锰矿物的应用领域及其价值
3.深海铁锰结核资源开发对环境的影响与应对措施
四、我国深海铁锰结核中氧化锰矿物的研究现状与展望
1.我国深海铁锰结核研究的发展历程
2.我国深海铁锰结核中氧化锰矿物提取与利用的现状
3.我国深海铁锰结核中氧化锰矿物研究的未来发展趋势与挑战
正文：
深海铁锰结核中氧化锰矿物是一种重要的矿产资源，具有广泛的应用前景。
本文首先介绍了深海铁锰结核的背景知识，包括其概念、特点以及分布与形成原因。
接着，详细阐述了氧化锰矿物的性质与特点，包括其化学成分、晶
体结构、形态以及物理性质与应用领域。
在此基础上，本文进一步探讨了深海铁锰结核中氧化锰矿物的提取与利用方法，以及提取技术的发展、应用领域及其价值，同时分析了深海铁锰结核资源开发对环境的影响与应对措施。
深海锰结核处理技术
典型方法有美国肯尼柯特(Kennecott)公司开发的亚铜离子-氨浸法 和美国深海公司(Deep Sea Ventures)的常压盐酸浸出法。
பைடு நூலகம்
2、处理技术
经过两代技术的发展,深海锰结核的处理技术已有多种,主要有：
1、火法 2、湿法 3、火湿联合法
2.1、火法
火法属高温干式冶金,较适于高品位矿石,包括对金属氧化物的还原、 氧化、分离和熔融等过程,一般流程较短,但能耗大,处理成本高,经 济上难于可行。主要包括熔炼合金法、离析焙烧法和氯化挥发法。
而迅速地使铜、钴、镍等溶解,必须首先解离锰矿物,在解离过程中
使镍、钴、铜游离出来。
2、处理技术
解离锰矿物最有效和简便的途径是改变锰的价态。通过添加还原
剂使Mn4+还原成Mn2+,在锰价态和锰矿物结构转变的同时,铜、钴、
镍被释放出来,此时,浸出剂与之作用,使它们转入溶液,有价元素得 以浸出。
2、处理技术
1991年3月，“联合国海底管理局”正式批准“中国大洋矿产资源研究开发 协会”的申请，从而使中国得到15万平方公里的大洋锰结核矿产资源开发区。
1、概述
2013年7月3日，正在进行首次试验性应用航行的“蛟龙号”载人
潜水器在南海“蛟龙海山”区下潜，并在海底发现大面积铁锰结
区。
1978年，日本采矿船用抽吸式和气动提升式采集锰结核获得成功。
美国已用20万吨级的采矿船，用自动控制的设备采集南太平洋底
的锰结核。
1、概述
对于锰结核资源的调查、勘探，开采、冶炼技术的研究、试验成
绩显著的国家有美国、英国、法国、德国、日本、俄罗斯、印度
深海采矿系统现状及展望
米甜 信 衔 ：ｃ ｂ ｗ ｚ ｓ ｃ ＠ｓ ｉ ｎ ａ ｃ ｏ ｎ ｒ ３９
聚焦海 工
Ｉ ． ｌ ’ ０＼ ，
＼ 一 ： ・ 、 ｒ 三 ｌ （
矿 研 究项 目 被 搁 浅。现 在 该船 在 英 美 资源 集 团服 役 。
经 过 多年 的 试验 以 及 不 同 采矿 系统 的 分 析 比 较 ， 国际
提 出的 商业 化 采矿 系统 ，由水 面采矿船 、扬 矿 管 、深 水 泵 、
１ ９ ６ ７ 年 。日本提 出 了由单条采矿船、拖缆、索斗和牵引 机等组成的连续绳斗 法采矿 系统，并在之后进行 了４ ５ ０ ０ ｍ水
深 的 开 采试验 ，但 经过 验 证 该 采矿 系统 效率 低 、 难控 制 ，最 终 日本也 放弃 了对 其 的研 究 。
１ ９ ７ ３ 年 ， 法 国提 出 了双 条 采矿 船 的 连 续 绳 斗 法 采矿 系统 ， 但 由 于 经 费 和 技 术 问题 ，连 续 绳 斗 法 采 矿 系统 研
究终 止 。
动 力 电缆 、２ 套 海底 采矿 机 及 相应 的设 备 组 成 ；海 王星 公 司
提 出的 商业 化 深 海 采矿 系统 由动 力定位 采矿 船 、提 升 软 管 、
究 ，通 过 ｗ ｅ ｂ ｏ ｆ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ 数据 库 对 “ ｄ ｅ ｅ ｐ ｓ ｅ ａ ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ（ 深 海 采 矿 ） ” 关键 词 的 数据 分 析 表 明 ，近 十 几年 来 深 海 采 矿 的
研 究呈 现 较 快 的增 长趋 势 。
因此 终 止 了对 其 的研 究。
统 、 脱 水 和 装 卸 货 系统 ， 水 下 机 器 人 等 ，可 进 行 水 深 ２ ５ ０ ０
深海锰结核开采
20122012-3-21
莫斯科矿业学院吸 扬式采矿船 22
1-挖泥机头； 挖泥机头； 桁架； 2-桁架； 桁架连接件和重锤； 3-桁架连接件和重锤； 卸载阀； 4-卸载阀； 输送管； 5-输送管； 6-泵室； 泵室； 贮矿室； 7-贮矿室； 船体位移向平衡箱； 8-船体位移向平衡箱； 船首推进器； 9-船首推进器； 10-水陆两用直升船； 10-水陆两用直升船； 11-传送带； 11-传送带； 12-动力房； 12-动力房； 13-存放输送管处； 13-存放输送管处； 14-拖航索； 14-拖航索； 1515-传送管
20122012-3-21
14
开采深海锰结核的最简单的方法 设备简单，价格低廉，3000多米深处采集矿物 设备简单，价格低廉，3000多米深处采集矿物 的简便方法 采矿效率很低，深海作业时单斗升降速度较慢， 采矿效率很低，深海作业时单斗升降速度较慢， 因此难以获得较好的经济效益
20122012-3-21
20122012-3-21
20
1-采矿船； 采矿船； 2 - 泵； 钢管； 3-钢管； 水泵方式； 4-水泵方式； 测数据接头； 5-测数据接头； 柔性管道； 6-柔性管道； 7-收集器（集矿机）； 收集器（集矿机）； 海底电源； 8-海底电源； 锰结核； 9-锰结核； 10-注入压气孔； 10-注入压气孔； 11-压气提升方式； 11-压气提升方式； 12-压气管 1220122012-3-21
CLB法有单船作业和双船作业两种方式。 CLB法有单船作业和双船作业两种方式。 法有单船作业和双船作业两种方式
20122012-3-21 17
缺点： 缺点：斗链容易产生相互缠绕
1、2、3-挖泥机斗链； 挖泥机斗链； 每个铲斗的轨迹； 4-每个铲斗的轨迹； 在海底的链斗； 5-在海底的链斗； 6-未采掘区域 7-采掘迹
深海采矿研究报告
深海采矿研究报告一、背景介绍随着人类对资源的需求不断增加，陆地上的矿产资源已经逐渐枯竭。
而深海是人类尚未开发的巨大宝藏，其中蕴藏着丰富的矿产资源。
深海采矿是指在海洋深处进行的矿产资源开采活动，其开采对象主要包括锰结核、硫化物、磷酸盐、铜、铁、镍等。
深海采矿的技术和设备发展迅速，但同时也面临着许多挑战和问题。
二、深海采矿技术的发展深海采矿技术的发展历程可以分为三个阶段。
1. 初期阶段20世纪60年代至70年代初期，深海采矿技术处于初期阶段。
当时的深海采矿主要依靠潜水器进行，但由于潜水器的深度受限，采集的矿物质量和数量都很有限。
2. 中期阶段20世纪80年代至90年代初期，深海采矿技术进入中期阶段。
当时的深海采矿主要依靠遥控无人潜水器和海底钻探平台进行，采集的矿物质量和数量都有了明显提升。
3. 现代阶段21世纪初至今，深海采矿技术进入现代阶段。
当今的深海采矿主要依靠自主无人潜水器和海底机器人进行，采集的矿物质量和数量都有了大幅提升。
同时，深海采矿技术也越来越智能化和自动化，能够实现远程遥控和自主操作。
三、深海采矿面临的挑战和问题1. 环境保护问题深海采矿活动会对海洋生态环境造成一定的影响，如破坏海底生物栖息地、破坏海洋生态平衡等。
因此，深海采矿需要采取一系列环境保护措施，如减少废水排放、合理规划采矿区域、加强监管等。
2. 安全问题深海采矿活动面临着诸多安全风险，如设备故障、海底地质灾害、海啸等。
因此，深海采矿需要采取一系列安全措施，如加强设备检修和维护、规范作业流程、建立应急预案等。
3. 经济效益问题深海采矿活动需要巨额的投资和成本，而矿产资源的价格波动较大，经济效益难以保证。
因此，深海采矿需要采取一系列经济措施，如制定合理的采矿计划、降低成本、提高矿产资源回收率等。
四、深海采矿的前景深海采矿是一项具有巨大潜力的产业。
据预测，到2050年，深海采矿的市场规模将达到10 00亿美元。
随着深海采矿技术的不断提升和成熟，深海采矿将成为人类获取矿产资源的重要途径之一。
深海采矿技术的研究和应用
深海采矿技术的研究和应用全球不断增长的工业化进程以及科技的不断发展，对大量原材料和能源的需求越来越大，这意味着许多矿物资源已经被广泛开采并接近枯竭。
因此，寻找新的采矿资源显得越来越必要。
而深海矿产资源则成为了一个备受关注的热点问题。
深海采矿技术的研究和应用也成为当前科技领域的一大热点。
本文将从深海采矿技术的现状、优点以及前景等多个角度来讲述探讨深海采矿技术的研究和应用。
一、深海采矿技术的现状深海矿产资源是指地球表面以下200米以及海洋底部以下500米的深处所蕴藏的矿物资源。
当前已知的深海矿产资源主要包括锰结核、硫化物矿物、金属硫化物、海底晶体和环礁矿物等。
据统计，深海矿产资源的矿产总量是陆地矿产资源的40倍以上。
其中，锰结核是深海矿产资源中量最大、分布范围最广的矿产资源，而硫化物矿物、海底晶体和环礁矿物的矿产含量也很高。
尽管深海矿产资源非常富有，但由于采矿技术的限制，迄今为止只有极少数的项目被积极地开发和利用。
当前的深海采矿技术主要可分为三类：（1）海底钻孔采矿；（2）撞击采矿；（3）水下吸附采矿。
这三种采矿技术在实践中都存在不同程度的技术难点，例如，地震问题、搭设海底钻井设备困难等。
因此，深海采矿技术的研究和应用任重道远，但同时也具有重要的意义和潜力。
二、深海采矿技术的研究与应用优点深海采矿技术相比陆地采矿技术有以下优点：（1）资源丰富深海矿产资源丰富，尚未受到过度开发的影响，未来可以为人类持续提供大量的能源和原材料。
（2）资源分布广泛深海矿产资源分布广泛，不局限于某个地区或国家，具有全球意义，这可以避免地缘政治的限制。
（3）采矿技术成熟随着深海采矿技术的不断进步，其采矿技术已经成熟，能够使成本和风险降至最低。
（4）避免环境影响深海采矿可以避免陆地采矿对环境造成的巨大影响，为保护环境提供了一种新的选择。
（5）技术创新深海采矿技术的研究和应用需要不断的技术创新，推动科技的发展，是当前最具挑战性的技术领域之一。
深海采矿技术的发展现状
深海采矿技术的发展现状随着科技的快速发展，人们对于深海采矿技术的研究逐渐加深。
深海矿产资源十分丰富，但由于采掘难度大、成本高、环境风险极大等因素，深海开发一直被视为极具挑战性的任务。
然而，随着深潜船、机器人技术与生物科学的快速发展，深海采矿有望成为未来的战略性发展领域。
首先，深海矿物资源的开发状况。
深海矿产资源主要包括锰结核、硫化物沉积物、热液硫化物等。
世界上大部分深海资源位于水深2000至3000米之间，其中大约80%的锰矿和90%的硫化物储量都集中在南极洲周围海区。
中国的深海矿产资源主要集中在西太平洋海域，其海域面积约为280万平方公里，能源和金属储备量都较为丰富。
据国内媒体报道，我国拥有世界上最大的热液硫化物沉积物储量。
这些矿产资源对于满足国家经济发展的需求具有重要的战略意义。
其次，深海采矿技术的发展。
深海开发是一项技术密集的综合性工程，涉及到地质勘探、开发、海上采矿、输送、处理、储存等多个环节。
目前，全球深海采掘技术主要有钻采和非钻主义两种方式。
钻采法主要是利用半悬浮式平台，将钻头下垂到海底，钻取矿层，将矿石通过管道输送至地面。
非钻主义主要包括吸取法、挖掘法等方式，通过吸取和吸附的方式采集深海矿产资源。
其中，挖掘法采用的是搬运机或者工程车辆等设备，将深海矿物运送至地面。
这些技术的开发都需要海洋科技、机电工程、计算机技术、材料科学等多方面综合应用。
第三，深海采矿技术的应用前景。
深海含锰、铜、钴、镉、铅等金属元素和铬、钴、钨、锡等矿业化合物的储量极其丰富，可以用于制造航空、电子、冶金、化工等多个重要领域，对于未来的经济发展具有非常重要的战略意义。
此外，在现代医疗等领域，深海生物也有着不可替代的意义。
深海生物中包含着多种独特的酶和化学物质，它们具有很高的药用价值和生物科技开发价值，为人类的健康事业做出了重要贡献。
最后，深海采掘技术发展面临的挑战。
深海开采面临环境污染、海洋生态破坏、沉积物扰动、深海温度和压力等多种风险。
深海锰结核开采
20122012-3-21
14
开采深海锰结核的最简单的方法 设备简单，价格低廉，3000多米深处采集矿物 设备简单，价格低廉，3000多米深处采集矿物 的简便方法 采矿效率很低，深海作业时单斗升降速度较慢， 采矿效率很低，深海作业时单斗升降速度较慢， 因此难以获得较好的经济效益
20122012-3-21
20122012-3-21
6
海洋是聚宝盘——深海锰结核
7
同学，你一定看过《西游记》吧！还记得孙悟空大闹东海龙宫得“镇海之宝”--金箍棒的 故事吗？孙悟空的金箍棒是用金、银、铜、铁做的，威力无穷，能降妖伏魔。“镇海之宝”的 故事，纯粹是一则美丽的神话，但它反应了古代人们的愿望和幻想。如今，神话变成了现实， 真正的海底“镇海之宝”，那就是——
20122012-3-21
20
1-采矿船； 采矿船； 2 - 泵； 钢管； 3-钢管； 水泵方式； 4-水泵方式； 测数据接头； 5-测数据接头； 柔性管道； 6-柔性管道； 7-收集器（集矿机）； 收集器（集矿机）； 海底电源； 8-海底电源； 锰结核； 9-锰结核； 10-注入压气孔； 10-注入压气孔； 11-压气提升方式； 11-压气提升方式； 12-压气管 1220122012-3-21
正常作业，绳索又能稳定船的摇摆， 正常作业，绳索又能稳定船的摇摆，减轻波浪对作业的影响
目前针对CLB法中以下几个重大技术问题正在进行研究： 法中以下几个重大技术问题正在进行研究： 目前针对 法中以下几个重大技术问题正在进行研究 （1）防止绳索相互缠绕； ）防止绳索相互缠绕； （2）提高每个链斗的采装效率； ）提高每个链斗的采装效率； （3）尽可能扩大绳索幅度，增大采集面积覆盖率； ）尽可能扩大绳索幅度，增大采集面积覆盖率； （4）易于控制采集轨迹 ）
深海矿物资源开采
设备要求：能够承受 深海的高强度水压； 具有先进的勘探设备， 能够适应海底复杂的 地貌环境；动力足、 续航能力佳，适合长 时间的采矿作业。
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 采矿网，用于联系海 集矿机车 底集矿机车，并作为 拉力设备。 取样钻机 设备要求：适宜采用 整体系统 高强度碳纤维网，重
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 集矿机车 取样钻机 整体系统
5、深海锰结核开采图示
开采潜水 艇
中。
设备要求：机动性好， 能够适应海底发杂的 地面状态；有先进的 控制系统；强度高， 耐高压，耐腐蚀。
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 集矿机车 取样钻机 整体系统
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 集矿机车 取样钻机 整体系统
பைடு நூலகம்
深海浅层岩芯取样钻机： 深海浅层岩 芯取样钻机，是进 行海底矿产资源勘 探、海底地质调查 等不可缺少的重大 技术装备之一。它 可以从深海几千米 的海底定点钻取矿 石岩芯，供科学家 分析研究，获得深 海底矿藏的赋存状 态、品位、物理化 学性质等重要数据， 为海底采矿提供必 需的资料。
量轻强度高；密集度 不可过高也不可太低， 过高会使网中缠绕大 量杂物，过低则无法 保证强度，适宜的为 3米。
4、深海矿物开采设备
潜水艇 集矿机在海底采集结 采矿网 核(能自动行走或由 集矿机车 采矿船经刚性管道拖 拽行走)，采集的结 取样钻机 核在集矿机内清洗脱 泥和破碎。再通过网 整体系统 和管道输送到采矿船
1、锰结核简介和特点
特点： 1、全球含量巨大； 2、矿物元素含量丰 富，极具商业开发价 值； 来源丰富； 处于深海，开采困难； 加工工艺新。
大洋锰结核矿成因之谜
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。
深海采矿技术(1)
结核开采技术方案
用拖网型的集矿机收集，用管道提升； 用铲斗状集矿机收集，用绳子或钢缆 将铲斗拉上来； 用拖网型的集矿机收集，用集矿机自 身的浮力将之运至海面 。
深海采矿技术(1)
海底拖撬系统
海底拖撬采矿系统 深海采矿技术(1)
连续链斗采矿系统(CLB)
单船式连续绳斗式采矿
双船式连续绳斗式采矿系统
到稳定作用；
漂浮装置：减小集矿机与海底之间的相互作用力，防止集矿机深陷
入沉积物；
深海采矿技术(1)
集矿机
组成
给料机构和收集仓：给料机构协助提升，收集仓暂存结核。 机架：一方面支承装在集矿机上的机器，同时缓和着底、离底 时的冲击。另外当集矿机入库、操作和海底拖航时，机架具有 承载这些负荷的能力。 电力、检测控制装置：电力装置由潜水马达、水中变压器、水 中分电箱、电动机操作柜组成，体积小、重量轻并可靠，检测 控制装置由船上控制台和各种水中传感器组成，监视集矿机各 装置的工作性能； 液压装置：在集矿机内装有一阀门，当发生堵塞时以迅速排除 堵塞，另外还有一阀门用于调整集矿量，液压装置主要控制这 两个阀门工作。
沉积物的承载力或剪切力。集矿机应能处理一定的斜坡以及小的障
碍物；
集矿装置：在海底拾收锰结核或吸取锰结核-沉积物混合物，集矿
装置是集矿机的核心；
分选装置：洗去沉积物和结核细小微粒，有的还可拒绝大颗粒结核
或异物；
碎矿装置：将结核粉碎到适于提升的粒径；
稳定装置：又称稳定片，当集矿机受到翻转、颠簸等作用力时，起
结核赋存在4000～6000米深的洋底，开采过程
必须全部实现遥测遥控；
洋底地形地貌相当复杂，洋底表层为剪切强度
仅0~3Kpa的软泥层，并有海底洋流的影响；
大洋锰结核深海开采扬矿技术
大洋锰结核深海开采扬矿技术①邹伟生1,2,黄家桢2(1.中南大学机械工程博士后流动站,湖南长沙410083;2.长沙矿冶研究院,湖南长沙410012)摘 要:介绍了国外大洋锰结核深海开采扬矿技术与关键设备的研究开发状况和我国扬矿技术研究现状。
通过对各种扬矿方法优缺点的分析评价得出采用矿浆泵水力提升和气举泵提升进行深海开采扬矿的现实可行性,认为矿浆泵提升最有可能成为商业开采的第一代扬矿方法。
为了有效开采大洋锰结核,应十分重视扬矿参数的基础研究和扬矿设备的研制。
关键词:大洋锰结核;深海采矿;扬矿技术;分析评价中图分类号:T D857文献标识码:A文章编号:0253-6099(2006)03-0001-05L i fti n g Technology for M i n i n g Deep 2sea Manganese NoduleZ OU W ei 2sheng 1,2,HUANG J ia 2zhen2(1.School of M echanical and E lectrical Engineering,Central S outh U niversity,Changsha 410083,Hunan,China;2.Changsha R esearch Institu te of M ining and M etallu rgy,Changsha 410012,Hunan,Ch ina )Abstract:The devel opment status of lifting technol ogies and s ome key equi pment at home and abr oad f or m ining deep 2sea manganese nodules has been intr oduced .After analyzing the advantages and disadvantages of each of the lifting methods,it is considered that hydraulic lifting of s olids by slurry pu mp or air lift pump f or deep 2sea m ining will be of p ractical feasibility .The method of lifting by slurry pu mp will most likely be used in the commercial m ining syste m as the first generati on of deep 2sea m ining technique .It is als o pointed out that more attenti on should be given t o the basic research on the lifting para meters and the devel opment of lifting equi pment .Key words:ocean manganese nodule;deep 2sea m ining;lifting technol ogy;analysis and esti m ati on 人类赖以生存繁衍的地球上海洋面积占71%,各国专属经济区以外的国际公海占全球面积的49%。
中国多金属结核开采技术的发展
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。
深海矿产资源开采及扬矿技术运用
关键词：深海矿产；资源开采；扬矿技术随着当前工业4.0时代来临，海洋矿产资源已成为广泛关注的焦点之一。
中国开发的海洋矿产资源主要包括天然气、石油、滨海砂矿、多金属结核和天然气水合物等，而且蕴藏丰富，据不完全统计，中国海洋石油储量和天然气储量分别占到全国总储量的23%和28%，滨海砂矿资源中多金属结核储量约1.0×108t[1]。
但由于开采技术落后，海洋矿产资源利用率还非常低，无法满足资源利用及可持续发展要求。
因此有必对深海采矿技术进行研究，满足对海洋资源不断增长的需求。
1海洋矿产开采存在的问题海洋矿产资源储量丰富，其中价值最高的是大洋多金属结核。
目前中国已取得了东太平洋和西南印度洋2个国际海底共计85000km2的专属勘探权和优先开发权，如图1所示。
目前多金属结核开采主要存在三方面问题：a)海洋地质资源勘探技术较为落后，缺乏配套的勘探设备，特别是对多金属结核资源勘探程度不足，资源回收程不高。
b)开采难度大，对海底存在的风、浪、洋流预测程度不足，开采设备耐腐蚀性差，无法满足海底作业要求[2]。
c)海洋资源利用的可持续性不高，顶层设计不到位，只注重资源开采，缺乏对应的环境保护措施，造成海洋生态污染和不可恢复性破坏。
2扬矿技术系统扬矿技术是将海底锰结核吸扬、提升到海面上来的施工技术，是海洋矿产资源开采的主要技术。
目前常用的扬矿技术包括矿浆泵提升技术、清水泵提升技术、射流泵提升技术和气举泵管道提升技术。
2.1矿浆泵提升技术矿浆泵提升技术原理如图2所示。
如图2所示，矿浆泵提升工艺包括矿浆泵、中继仓、浮体和采矿车等主要部分。
现场采矿时，首先由采矿车将多金属结核收集，经浮体牵拉的软质管道传输至中继仓，在矿浆泵的持续作用下，多金属结核经扬矿硬管管道输送至采矿船。
该技术工艺简单，结核提升量大，而且输送期间结核磨损小，具有广阔的市场前景和发展空间。
目前中国主要使用的是转速1500r/min、扬程120m、流量800m3/h的4级扬矿泵，能够满足1000m结核水中扬矿工艺的基本要求[3]。
海洋资源开发与管理的技术支持与创新
海洋资源开发与管理的技术支持与创新海洋是人类的重要资源之一，它蕴藏着丰富的矿产、能源、食品、保健品等宝藏。
海洋具有巨大的潜力和价值，但是它的开发与管理却面临着很多的挑战。
海洋深处、波涛汹涌、气候恶劣等问题都制约着海洋资源的开发。
如何高效地利用海洋资源，保护海洋生态环境，成为了全球共同面临的问题。
而在这个过程中，技术支持和创新有着至关重要的作用。
技术支持在海洋资源开发中的应用海洋资源的开发离不开技术的支持。
技术支持能够提高海洋资源开发的效率，减少成本，增加收益。
目前，在海洋资源开发中，许多先进技术都得到了应用。
下面就具体介绍一些技术支持在海洋资源开发中的应用。
一、深海技术深海是海洋资源的主要蕴藏地之一，深海的开发需要借助先进的技术。
当前，深海技术主要分为两类，第一类是深海矿产开采技术，主要是对锰结核、铁锰结壳、硫化物等矿产资源的开采；第二类是深海油气开采技术，主要是对油气资源的开采。
二、海洋节能技术海洋资源开发也是对自然环境的一种破坏，不仅浪费了油气等能源，同时还会对海洋生态环境造成影响。
因此，海洋节能技术的应用就显得尤为重要。
海洋节能技术主要包括多级蒸汽回收技术、出渣在炉内焚烧技术、超高效蒸发器等。
三、海洋环境监测技术海洋生态环境的保护对于海洋资源的开发至关重要。
而海洋环境监测技术能够实现对海洋环境的快速、准确地监测，为海洋环境的保护提供了有效手段。
海洋环境监测技术主要包括声学探测技术、遥感技术、标记物技术等。
技术创新对于海洋资源开发的推动技术创新对于海洋资源开发也起着举足轻重的作用。
只有不断创新，才能找到更好的发展路径，达到更高的效果。
在海洋资源开发的过程中，技术创新主要有以下几个方面。
一、深海技术的研发深海是海洋资源的重要蕴藏地之一，深海矿产和深海油气的开发，需要不断开展技术研发。
海洋科技的发展可以推动深海矿产相关技术的推广与应用，加快深海开发的步伐。
二、海洋环境保护技术的研发海洋生态环境是人类未来的美好前景，但也面临着诸多的困难和压力，需要保护。
深海勘探和资源开发技术
深海勘探和资源开发技术深海是指海洋中深度在200米以上的海域，这里充满了未知和神秘。
深海的环境因水体压力、温度、盐度等因素的影响而变得极其恶劣，同时还存在着高强度的海流、海底峭壁、火山喷发等危险因素，常被人们称作“人类无法到达的最后的边疆”。
然而，深海也是地球上最神秘的宝库之一，拥有着丰富的生物种类和丰富的矿产资源，这些资源被誉为深海的“黄金”。
深海矿产资源的种类很多，如铜、锰、钴、铂等。
其中，锰结核因其具有较高的含锰量和较丰富的储量而成为深海矿产资源中的佼佼者。
深海勘探技术要利用这些深海资源，首先必须进行深海勘探。
深海勘探技术是利用多种现代化仪器和设备对海洋深处进行物探、地球物理、生物学等方面的探测、详细研究，然后通过分析数据和样本，了解深海地质构造、水文环境和生态状况，并对深海矿产资源进行探测和勘查。
在现代技术手段的帮助下，深海勘探技术已经实现了从浅海向深海的全面拓展，不断创新和突破，形成了多种综合探测手段，如海底地质调查、生物探测、矿产资源勘查、虚拟勘探等，其中，深海自主机器人、橙子号、科考船等都为深海勘探作出了重要的贡献。
深海自主机器人是一种能够在深海环境下进行自主探测、取样和传输等任务的机器人，主要用于深海科考、地质、气象、生物等研究。
橙子号为中国第一艘全渠道深海地质勘探船，可以在更大范围内探寻深海资源，具有自主勘探、全渠道探测、智能化、高效化的特点。
深海科考船可以提供深海科考所需的完整设备和流程，实现了对深海各种生态系统、物理、化学、地质等方面的研究。
深海资源开发技术随着深海勘探技术的不断发展和完善，深海资源的勘查和开发越来越得到人们的关注和投资。
深海资源开采的难度比较大，需要群策群力、精耕细作，以保证深海资源开发具备可行性。
针对目前深海资源开发中存在的难点和挑战，人们对深海资源开发技术也在不断地进行探索和研究。
一是应用非常规勘探技术。
深海资源的开发需要精细勘探和准确定位，需要研究应用非常规勘探技术，如重力磁测、电测等。
大洋深处的锰结核
储量分布
• 锰结核广泛地分布于世界海洋2000~6000米 水深海底的表层，而以生成于4000~6000米 水深海底的品质最佳。锰结核总储量估计 在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面 积最广，储量占一半以上，约为17000亿吨。 锰结核密集的地方，每平方米面积上就有 100多公斤，简直是一个挨一个铺满海底。 在全世界的大洋里它的总储量达10的12次 方的三倍吨。
开采应用—世界
• 1959年，长期从事锰结核研究的美国科学家约 翰·梅罗发表了他的关于锰结核商业性开发可行 性的研究报告，引起许多国家政府和冶金企业的 重视。此后，对于锰结核资源的调查、勘探大规 模展开。开采、冶炼技术的研究、试验也迅速推 进。在这方面投资多、成绩显著的国家有美国、 英国、法国、德国、日本、俄罗斯、印度及中国 等。到80年代，全世界有100多家从事锰结核勘探 开发的公司，并且成立了8个跨国集团公司。
锰结核简介
• 锰结核是沉淀在大洋底 的一种矿石，它表面呈黑 色或棕褐色，形状如球状 或块状，它含有30多种金 属元素，其中最有商业开 发价值的是锰、铜、钴、 镍等。
主要成分
• 锰结核存在的形式为 硅酸盐和难溶性高锰酸 盐 (高锰酸亚钛、高锰 酸铁、高锰酸铝等)的 混合物。
形成来源
它的物质来源，大致有四方面： 一是来自陆地、大陆或岛屿的岩石风化后释放出 铁、锰等元素，其中一部分被海流带到大洋沉淀。 二是来自火山，岩浆喷发产生的大量气体与海水 相互作用时，从熔岩中搬走一定量的铁、锰，使 海水中锰、铁越来越多。 三是来自生物，浮游生物体内富集微量金属，它 们死亡后，尸体分解，金属元素也就进入海水。 四是来自宇宙，有关资料表明，宇宙每年要向地 球降落2000~5000吨宇宙尘埃，它们富含金属元素， 分解后也进入海洋。
深海矿物资源开采
指导老师： 姓名： 班级和特点
2、锰结核的广阔前景
3、锰结核的开采技术
4、深海矿物开采设备 5、深海锰结核开采图示
1、锰结核简介和特点
锰结核又称多金属结核、锰 矿球、锰矿团、锰瘤等，它 是一种铁、锰氧化物的集合 体，颜色常为黑色和褐黑色。 锰结核中各种金属成分的含 量大约是：有经济价值的有 锰(27-30 %)、镍(1.25-1.5 %)、 铜(1-1.4 %)及钴(0.2-0.25 %)。 其他成分有铁(6 %)、硅(5%) 及铝(3%)，亦有少量钙、钠、 镁、钾、钛及钡，连带有氢 及氧。
量轻强度高；密集度 不可过高也不可太低， 过高会使网中缠绕大 量杂物，过低则无法 保证强度，适宜的为 3米。
4、深海矿物开采设备
潜水艇 集矿机在海底采集结 采矿网 核(能自动行走或由 集矿机车 采矿船经刚性管道拖 拽行走)，采集的结 取样钻机 核在集矿机内清洗脱 泥和破碎。再通过网 整体系统 和管道输送到采矿船
设备要求：能够承受 深海的高强度水压； 具有先进的勘探设备， 能够适应海底复杂的 地貌环境；动力足、 续航能力佳，适合长 时间的采矿作业。
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 采矿网，用于联系海 集矿机车 底集矿机车，并作为 拉力设备。 取样钻机 设备要求：适宜采用 整体系统 高强度碳纤维网，重
4、深海矿物开采设备
潜水艇 采矿网 集矿机车 取样钻机 整体系统
5、深海锰结核开采图示
开采潜水 艇
3、锰结核的开采技术
采用深海采矿 系统，主要为 扬矿系统。 扬矿系统：集 矿机、软管、 中间舱、提升 泵和扬矿管道 等组成。
深海采矿技术发展
深海采矿技术发展深海底蕴藏着丰富的矿产资源其中的多金属结核资源潜力巨大富含新能源技术发展所需锰、镍、铜、钴等金属本期为科普归纳综述深海多金属结核开采技术研究的发展历程重点分析整理中国深海多金属结核的研究进展深海矿产资源的开发利用，必须通过开采技术将赋存在数千米深海底的结核采集提升到海面并输运到陆地。
因此，深海多金属结核开采技术是决定能否真正利用这些海底矿产资源的关键。
另一方面，深海多金属结核的开采也面临许多问题。
深海底的巨大水压力、无自然光、电磁波传播严重衰减、深海的风浪流复杂流场，使深海多金属结核的开采面临极为严峻恶劣的超常极端环境。
深海多金属结核的特殊赋存状态、深海采矿的特殊环境保护要求，使得深海多金属结核的开采原理、工艺和装备不能直接采用陆地上已发展成熟的采矿技术，也与海洋油气的开采明显不同。
因此，自深海多金属结核的商业价值被认识到后，人类便开始了深海多金属结核开发利用的努力，从开采方法和技术原型的探索、开采关键技术的攻关，到面向商业开采的采矿系统开发，付出了不懈的努力，也取得了丰硕的成果。
早期采矿系统海试及技术可行性的研究1970年代，基于对当时金属市场需求及陆地矿产资源储备的估计，国际上开始关注深海多金属结核的商业开采，以美国为首的一些工业国家组成了几个国际财团，加紧了对深海多金属结核开采的研究，KCON（Kennecott Consortium）、OMA（Ocean Mining Associates），OMI（Ocean Mining Inc）和OMCO（Ocean Minerals Company-Lockheed）等4个国际财团在太平洋克拉里昂—克里帕顿地区（Clarion-Clipperton Zone，CCZ）开展了系列5000m级深海多金属结核中试采矿系统采矿海试。
网络图片：开采出的锰结核这些财团使用的深海多金属结核开采海试系统的组成基本相同，都是由在海底采集结核的集矿机、水面的采矿船，以及将集矿机采集到的结核从海底通过提升管输送到水面的采矿船的提升系统3个部分组成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ａ ｎ ａ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ：ｏ ｅ ｎ ｍａ ｇ ｎ ｓ ｏ ｕｅ；ｄ ｅ －ｅ ｎ ｎ ；ｌ ｔ ｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ；ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｓ ｍａ ｉｎ ｅ ｐ ｓ ａ ｍｉ ｉ ｇ ｉ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｎ ｌ ｓ ａ ｄ ｅ ｔ ｔ ｆｎ ｓ ｉ ｏ
Ｌｉｔｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｉ ｉ ｅ ｓ ａ Ｍ ａ ｇ ｎ ｓ ｄ ｌ ｆｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ Ｍ ｎ ｎｇ Ｄｅ ｐ— ｅ ｎ ａ ｅ ｅ Ｎｏ ｕ ｅ
Ｚ ｉｓ ｅ ｇ 一．ＨＵＡＮ Ｊａｚ ｅ ＯＵ Ｗｅ ．ｈ ｎ Ｇ ｉ—ｈ ｎ
（ ．Ｓｈ ｏ ｏ ｃａ ｉ ｌａｄ ＥｅｔｃｌＥ ｇｎｅ ｎ １ ｃｏｌ ｆ Ｍｅｈ ｎ ａ ｎ ｌ ｒ ａ ｎ ｉ ｒ ｇ，Ｃ ｎ ａ ｏ ｔ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｃ ａ ｇｈ １０ ３，Ｈ ｎ ｎ ｈｎ ； ｃ ｃｉ ｅｉ ｅ ｔ ｌＳ ｕｈ ｎｖ ｓｙ ｈ ｎ ｓａ４ ０ ８ ｒ ｅｉ ｕ ａ ，Ｃ ｉａ ２ ｈ ｎｓａＲ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｎｎ ｎ ｔｌ ｒｙ Ｃ ａ ｇｈ １０ ２， ｎ ｎ Ｃ ｉａ ．Ｃ ａ ｇｈ ｅｅｒ Ｉｓ ｔｔ ｏ Ｍｉｉ ａ Ｍｅ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｓａ４ ０ １ Ｈｕ ａ ， ｈｎ ） ｈ ｉ ｆ ｇ ｄ ａｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｔｔ ｓ ｏ ｉｔ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇｅ ｎ ｏ ｅ ｑｕ ｐ ｎ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｏ ｎｉｇ ｄ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｓａ ｕ ｆｌｆｉ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓ ａ ｄ ｓ ｍｅ ｋ ｙ ｅ ｉ ｍｅ ｔａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ｆ ｒｍｉ ｎ ｅ ｐ— ｎ
邹伟 生 ， 家桢 黄
（ ．中南大学 机械工程博士后流动站 ， １ 湖南 长 沙 ４ ０ ８ ； ．长 沙矿冶研究 院， １０ ３ ２ 湖南 长沙 ４ ０ １ ） １０ ２
摘
要 ：介绍了 国外大洋锰结 核深海开采扬矿技术与关键 设备 的研究 开发状 况 和我 国扬 矿技 术研 究现状 。通 过对 各种扬 矿方 法
ｔ ｅ ｆ ｓ ｅ ｅ ａ ｉｎ ｏ ｅ ｐ ｓ ａ ｍｉ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｔ ｓ ａｓ ｏｎ ｅ ｕ ｈ ｔ ｒ ｔ ｎ ｉｎ ｓ ｏ ｌ ｅ ｇ ｖ ｎ ｔ ｈ ａ ｉ ｈ ｒｔｇ ｎ ｒ ｔ ｆｄ ｅ －ｅ ｎ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ．Ｉ ｉ ｏ ｐ ｉ ｔ ｄ ｏ ｔｔ ａ ｉ ｏ ｌ ｍｏ ｅ ａ ｔ ｔ ｈ ｕ ｄ ｂ ｉｅ ｏ ｔ ｅ ｂ ｓｃ ｅ ｏ
优缺点 的分析评 价得 出采用矿浆泵水力提 升和气举 泵提升进行深海开采扬 矿的现实可行性 ， 为矿浆泵提 升最有 可能成 为商业 开 认 采 的第一代 扬矿方法。为了有效开采 大洋锰结 核 ， 十分重视扬矿参数的基础研 究和扬矿设备的研制 。 应 关键词 ：大洋锰结核 ； 深海采矿 ； 矿技术 ； 析评 价 扬 分 中图分 类号 ： Ｄ ５ Ｔ ８７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ： ２３— ０ ９ ２０ ）３— ０ １ ０ ０ ５ ６９ （０ ６ ０ ００ — ５
人类 赖 以生存 繁衍 的地 球上 海 洋 面 积 占 ７ ％ ， ｌ 各
深 海锰 结核 开 采是 一个 高新 技 术 密 集 的领 域 ， 其 开 采 系统是 一个 庞 大 复 杂 的 系统 工 程 ， 矿 和扬 矿 是 集
开采 系统 的核心技 术 和 关键 组 成 部 分 。２ ０世 纪 ０ ６年 ｏ ６月
矿 冶 工 程
ＭＩ ＮＧ ＮＩ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＥＥＲＩ Ｇ Ｎ Ｎ
Ｖ０ ． ６ № ３ １２
Ｊｎ ０６ ｕ ｅ２ ０
大 洋锰 结 核 深 海 开 采 扬 矿 技 术①
ｐ ａ ｔ ａ ｅ ｓｂ ｌ ｙ．Ｔ ｔ ｏ ｆｌ ｔｎ ｙ ｓｕ ｒ ｕ ｌ ｍｏ ｔｌｋ ｌ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｍｍｅ ｃ ａ ｎ ｎ ｙ ｔｍ ｓ ｒ ｃ ｉｌ ｆａ ｉ ｉｉ ｃ ｔ ｈｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｉ ｇ ｂ ｌ ｒｙ ｐ ｍｐ ｗｉｌ ｆ ｓ ｉ ｅ ｙ ｂｅ ｕｓ ｄ ｉ ｈ ｏ ｒ ｉｌｍｉ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ａ
ｓ ａ ｍａ ｇ ｎ ｓ ｏ ｕ ｅ ａ ｅ ｎ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ Ａ ｔ ｒ ａ ａｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｎ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆ ｅ ｃ ｆ ｔ ｅ ｌ ｔ ｇ ｅ ｎ ａ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌ ｓ ｈ ｓ ｂ ｅ ｎ ｒ ｕ ｅ ． ｆ ｎ ｌ ｚ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓ ａ ｄ ｄ ｓ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｏ ａ ｈ ｏ ｈ ｉ ｉ ｏ ｅ ｎ ｆｎ ｍｅ ｈ ｄ ，ｉ ｉ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｈ ｔｈ ｄ ａ ｌ ｉ ｉ ｇ ｏ ｏ ｉ ｓ ｂ ｌ ｒｙ ｐ ｍｐ ｏ ｉ ｌ ｔｐ ｍｐ ｆ ｒｄ ｅ －ｅ ｎ ｎ ｌ ｂ ｆ ｔ ｏ ｓ ｔ ｓ ｏ ｓｄ ｒｄ ｔａ ｙ ｒ ｕ ｉ ｌ ｔ ｆｓ ｌ ｙ ｓ ｒ ｕ ｒａ ｒ ｉ ｕ ｅ ｐ ｓ ａ ｍｉ ｉ ｇ ｗｉ ｅ ｏ ｃ ｆｎ ｄ ｕ ｆ ｏ ｌ