[科普中國]-海洋采礦

簡介

海洋采礦是從海水、海底表層沉積物和海底基巖下獲取有用礦物的過程。海洋采礦一般分為三個方面：一是海水化學(xué)元素中含有大量的有用金屬和非金屬元素，如鈉、鎂、銅、金、鈾和重水等，可以從海水中提取食鹽、鎂、溴、鉀、碘和重水等多種有用元素。二是海底表層礦床開采，即海底基巖以上的沉積礦層或砂礦床。目前已經(jīng)進行開采的有海濱砂礦、砂、礫石和貝殼等。三是海底基巖礦開采，指那些存在于海底巖層中和基巖中的礦產(chǎn)。目前已經(jīng)開采的有海洋石油和天然氣，海底煤、鐵、硫、巖鹽和鉀鹽等。

礦產(chǎn)資源海洋占整個地球面積的71%，約3.6億平方公里。調(diào)查結(jié)果表明，陸地上的許多金屬和非金屬礦在海洋中都已發(fā)現(xiàn)，而且有些礦藏的儲量巨大。海底礦產(chǎn)資源主要分為海水中溶解的礦物、海底表層礦床和海底基巖礦床。

海水中溶解的礦物。世界海洋中約有13.7億立方公里海水，其中含有80多種元素，目前人們較為熟悉的有60多種。

海底表層礦床。海底表層礦床大都呈散粒狀或結(jié)核狀，存在于海底各類松散沉積層中，可以用采礦船進行開采。這種礦床根據(jù)所處位置又分為大陸架資源、大陸坡大陸裙底資源和深海底資源三種。在大陸架上的海底表層礦床中，非金屬礦物如貝殼或砂礫的數(shù)量占礦床總體積的50%以上。重礦物如鈦鐵礦和錫石數(shù)量僅占礦床總體積的10%以下。稀有和貴重金屬如金剛石或金只占礦床體積的百萬分之幾。在深度范圍為200～3500m的大陸斜坡上有兩種重要的自生礦物資源，呈砂粒狀、結(jié)殼狀或結(jié)核狀的磷鈣土以及呈軟泥狀或塊狀的熱液礦床。在3500～6000m的深海，最重要的礦物資源是遍布各處的錳結(jié)核，在洋底呈不連續(xù)分布，有的密集，有的稀疏，北太平洋被認為是密集區(qū)。其它深海的軟泥中含有不同數(shù)量的二氧化硅、碳酸鈣、銅和鋅。

海底基巖礦床。海底基巖礦包括非固態(tài)的石油、天然氣和固態(tài)的硫磺、巖鹽、鉀鹽、煤、鐵、銅、鎳、錫和重晶石等。海底石油和天然氣分布范圍最廣，石油可采儲量估計為1350億噸。海底煤礦分布廣儲量豐富。

現(xiàn)狀我國大陸海岸線總長18000多公里，海域面積約有300萬平方公里。從海底地貌上看，我國的四個海區(qū)中，不僅有大陸架區(qū)，而且有大陸坡和大洋底區(qū)，地貌類型齊全，但絕大部分海域是在大陸架范圍內(nèi)。我國大陸架是世界上面積最大、最寬的地區(qū)之一。我國大陸及海洋島嶼的海岸線總長約32000多公里，海岸線迂回曲折，為砂礦的富集提供了有利的條件。勘探表明，我國的海洋礦資源蘊藏豐富，海洋石油和天然氣初步勘探已發(fā)現(xiàn)面積100萬平方公里的七個大型含油氣沉積盆地，已探明的儲量構(gòu)造400多個，原油儲量90～140億噸之間，海濱砂礦探明儲量達數(shù)億噸，礦種60多種。

我國深海采礦技術(shù)的研究開發(fā)起步較晚，但已于1991年啟動了為期15年的研究開發(fā)規(guī)劃，經(jīng)過，“八五”期間的攻關(guān)，已在開采技術(shù)與設(shè)備的研究開發(fā)方面取得了一批階段成果，縮短了與國際先進水平的差距。

“八五”期間，在中國大洋協(xié)會、冶金部和有色總公司的組織和支持下，長沙礦冶研究院和長沙礦山研究院作為深海采礦技術(shù)研究開發(fā)的兩個主要承擔(dān)單位，已研制出水力式和復(fù)合式兩種模型集礦機，在剪切強度≤5 kPa的模擬沉積物上進行水下集礦，采集率達到85 %～95%；在30 m高的實驗系統(tǒng)上完成了礦漿泵、清水泵、射流泵的水力提升和氣力提升試驗1。

特點由于海洋是一個獨立的自然地理單元，決定了海洋礦產(chǎn)開發(fā)具有與陸地資源開發(fā)所不同的特點。

(1)海洋環(huán)境條件惡劣，礦產(chǎn)開采必然拌有狂風(fēng)、巨浪、海冰、高壓、腐蝕等惡劣條件，開采難度大、技術(shù)要求高,屬于“三高”(高投資、高風(fēng)險、高技術(shù))工程。但是,為了在開發(fā)和占有海洋的競爭中取得主動,一些發(fā)達的國家不斷進行技術(shù)創(chuàng)新,投入了大量的人力、財力用于海洋高技術(shù)的開發(fā)研究，并已獲得了許多技術(shù)上的成就和經(jīng)濟上的利益，即使是人均占有資源居世界第一的俄羅斯，盡管國內(nèi)經(jīng)濟一直低迷，也從沒有放棄過對海洋高技術(shù)的研究。

(2)海洋采礦是涉及諸多行業(yè)和學(xué)科的高技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程，如地學(xué)、機械、電子、通訊、冶金、化工、物理、化學(xué)、流體力學(xué)等學(xué)科和造船業(yè)、遠洋運輸業(yè)等行業(yè)支持海洋礦產(chǎn)的開發(fā)。同樣，海洋采礦的發(fā)展勢必促進這些行業(yè)和學(xué)科的進一步發(fā)展，這就具有重要的戰(zhàn)略意義。

(3)海洋采礦中應(yīng)注意與其它海洋資源開發(fā)之間的關(guān)系。它們之間相互促進、相互制約。此外在開采中還要注意保護海洋環(huán)境，避免污染和破壞海洋生態(tài)平衡，即注意開發(fā)和保護之間的矛盾，所以需要精細的管理，以求獲得最佳的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益的統(tǒng)一。

(4)國外實踐表明,海洋(深海)礦產(chǎn)開采新技術(shù),從開始研制到投入實際應(yīng)用,通常需要10～20年的時間，周期較長。如日本從1975～1997年投資10億美元,研究錳結(jié)核的勘探和技術(shù)開發(fā)，進入試采階段；美國與日本幾乎同期開始進行大洋礦區(qū)的勘探和采礦技術(shù)的研究，累計投資15億美元;印度、英國、意大利等國也經(jīng)過了長期的研究。可見各發(fā)達國家這種長期的投入研究不僅僅是解決國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展的需求，主要是面向未來，是對未來的研究和投資。

(5)海洋礦產(chǎn)開發(fā)具有國際性的特點。海底礦產(chǎn)資源可能是跨國界或共享的,涉及各有關(guān)國家之間的利益,需要國際之間的協(xié)調(diào)和合作。