海底富钴结壳.docx

海底富钴结壳1.形成和分布富钴铁锰结壳氧化矿床遍布全球海洋，集中在海山、海 脊和海台的斜坡和顶部数百万年以来，海底洋流扫清了这 些洋底的沉积物这些海山有一些和陆地上的山脉一样大 太平洋约有 50 000 座海山，其富钴结壳贮存量最丰，但经过 详细勘测及取样的海山却寥寥无几大西洋和印度洋的海山 要少得多结壳中的矿物很可能是借细菌活动之助，从周围冰冷的 海水中析出沉淀到岩石表面结壳形成厚度可达 25 厘米， 面积宽达许多平方公里的铺砌层据估计，大约 635 万平方 公里的海底（占海底面积 1.7％）为富钴结壳所覆盖据此推算， 钴总量约为 10 亿吨结壳无法在岩石表面为沉积物覆盖之处形成结壳分布 于约 400-4，000 米水深的海底，多金属结核则分布在 4，000-5， 000 米水深的海底最厚的结壳钴含量最为丰富，形成于 800-2，500 米水深的海山外缘阶地及顶部的宽阔鞍状地带上结壳一般以每 1 至 3 个月一个分子层（即每 100 万年 1 至 6 毫米 ）的速率增长，是地球上最缓慢的自然过程之一因 此，形成一个厚厚的结壳层可需要多达 6，000 万年时间一些结壳有迹象显示，结壳在过去 2，000 万年经历两个形 成期，铁锰增生过程为一层生成于 800万-900万年前的中新 世的磷钙土所中断。

这一层在新、老物质之间的间隔可以为 寻找更老、更丰富的矿床提供线索最低含氧层的矿床较丰 的现象，使调查人员将钴的富集部分归因于海水中的低含氧 量根据品位、储量和海洋学等条件，最具开采潜力的结壳 矿址位于赤道附近的中太平洋地区，尤其是约翰斯顿岛和美 国夏威夷群岛、马绍尔群岛、密克罗尼西亚联邦周围的专属 经济区，以及中太平洋国际海底区域此外，水深较浅地区 的结壳的矿物含量比例最高，是开采的一个重要因素2.特点和成分除钴之外，结壳还是其他许多金属和稀土元素的重要潜 在来源，如钛、铈、镍、铂、锰、磷、铊、碲、锆、钨、铋 和钼结壳由水羟锰矿（氧化锰）和水纤铁矿（氧化铁）组成较 厚结壳有一定数量的碳磷灰石，大部分结壳含少量石英和长 石结壳钴含量很高，可高达 1.7％；在某些海山的大片面 积上，结壳的钴平均含量可高达 1％这些钴的含量比陆基 钴矿 0.1％至 0.2％的含量高得多在钴之后，结壳中最有价 值的矿物依次为钛、铈、镍和锆另外一个重要考虑因素是结壳与其附着生长的基岩在 物理性质方面的反差结壳在各类岩石之上生成，因此使用 普通的遥感技术难以区分结壳及其基岩然而，结壳与基岩 的不同之处在于结壳发出高得多的伽马射线。

因此在勘查上 覆沉积物较薄的结壳以及测量海山上的结壳厚度时，以伽马 射线进行遥感可能是有用的工具未来采矿者在寻找可以开采的结壳时，很可能注意以下 一些特点包括：水深不超过 1，000-1，500 米，年龄在 2， 000 万年以上的大海山，其顶部没有大环礁或暗礁，所处位 置有持续的强烈底流，上覆水体较浅并且为成熟的低氧带， 远离大量注入海洋的河流和风生碎屑物此外，他们要寻找 的海底应起伏不大，位于山顶阶地、鞍状地带或隘口，坡度 平缓并且当地没有火山活动钴平均含量至少应为 0.6％， 结壳平均厚度不低于 4 厘米3.工业用途富钴结壳所含金属（主要是钴、锰和镍）用于钢材可增加 硬度、强度和抗蚀性等特殊性能在工业化国家，约四分之 一至二分之一的钴消耗量用于航天工业，生产超合金这些 金属也在化工和高新技术产业中用于生产光电电池和太阳 电池、超导体、高级激光系统、催化剂、燃料电池和强力磁 以及耐高温切削工具等产品4.迄今为止进行的调查1981 年在中太平洋地区第一次对结壳进行系统调查早 期工作由德国、美国、前苏联（后为俄罗斯联邦）、日本、法 国、英国、中国和韩国的科研队伍进行美国、德国、英国 和法国已完成野外调查。

经过最详尽调查的是赤道太平洋的 矿床，主要是多个岛屿国家专属经济区内的矿床大约 42 个研究航次（1981 年至 2001 年）调查了太平洋水域的富钴结 壳及其他深海矿床，野外和研究工作共花费 7 000 万至 1 亿 美元日本从 1985 年起，按照一个为期 15 年的项目，为南 太平洋应用地球科学委员会（SOPAC）的发展中岛屿国家进行 了许多上述的调研工作2001 年以来，包括中国在内的各主要国家在三大洋进行 了更大范围的富钴结壳综合调查2012 年国际海底管理局通 过《“区域”内富钴铁锰结壳探矿和勘探规章》后，中国和 日本等国家先后提出了富钴结壳勘探矿区申请2013 年，中 国和日本的相关申请获得国际海底管理局核准5. 将来的勘探和开采为了确定可能比较高产的地区的位置，未来的采矿者首 先需要绘制结壳矿床详图和小比例尺海山地貌综合图，包括 地震剖面图一旦确定了取样站，就可以部署拖网、岩芯取 样机以及声纳摄像机和视频摄像机，以查明结壳、岩石和沉 积物的类别和分布情况为此需要装备齐全的大型研究船来 操作海底声波信标和拖拽设备，并处理大量样品在较后阶 段需要载人潜器或遥控作业系统（ROV ）。

为进行环境评估， 需部署测流计锚定设备和生物取样设备开采结壳的技术难度大大高于开采多金属结核采集结 核比较容易，因为结核形成于松散沉积物基底之上，而结壳 却或松或紧地附着在基岩上要成功开采结壳，就必须在回 收结壳时避免采集过多基岩，否则会大大降低矿石质量一 个可能的结壳回收办法是采用海底爬行采矿机，以水力提升 管系统和连接电缆上接水面船只采矿机上的铰接刀具将结 壳碎裂，同时又尽量减少采集基岩数量已经提出的一些创 新系统包括：以水力喷射将结壳与基岩分离；对海山上的结 壳进行原地化学沥滤，以声波分离结壳除日本外，对结壳 开采技术的研究和开发有限尽管提出了各种想法，但这一 技术的研究和开发尚在初期阶段6. 海山环境需要对海山生物群落的性质进行更多研究，以便积累可 靠的依据，就结壳勘探和采矿造成的环境问题提出建议除 了知道其复杂和变化大的特点外，目前对这些群落知之甚少； 位于同一深度的两座海山可能有完全不同的生物组成海山 生物群落的组成和特点由流型、地貌、海底沉积物及岩石类 型和覆盖面积、海山大小、水深及海水含氧量等因素确定另外还必须了解海山周围的海流，以便开发适当的采矿 设备和技术，并确定被扰动沉积物颗粒和废物的扩散途径。

海山阻挡海流流动，产生各种更强的涡流和上升流，从而增 加生物的初级生产力这些海流的影响在海山顶部周围的外缘最为强烈，也正是在这些地方找到最厚的结壳7. 经济因素结壳除了钴含量高于深海锰结核之外，其开采之所以被 认为有利，是因为高质量的结壳储存在岛屿国家专属经济区 内，水深较浅，离海岸设施较近的水域1970 年代后期，特 别是在 1978 年，当时世界上的第一产钴国扎伊尔（现在的刚 果民主共和国）境内矿区爆发内战，钴价飙升，人们对结壳的 经济潜力有了深刻的认识由于刚果民主共和国的生产持续 下降，到 2000 年，赞比亚、加拿大和俄罗斯联邦三国总产 量占了全球总产量（29，500 吨）的一半以上（见图）2000年钻矿生产情况（以吨计）OthersZambia &®0Ccn-gu DR 3300K'js^a4500Morccco 出4 占13D5Australia (to) 1B00Cuoa26DD：anada5261Cobdtt mineZsmbia3342Finland77001100Chiifl 1200 Ajdraia2S37RuslisCanada4376Cortgo DR4320Refined cob^M養料来源：世界矿产统计数据库，《英国地债遁查局》钴和其他许多贱金属一样，现货市场价格在过去 30 个 月里持续下降，从1999年5月每磅20美元以上跌至每磅 10 美元以下。

在历史上，钴价波动较大在 1979 年前扎伊尔 沙巴省发生动乱期间，钴价在数周之内激增三倍当时扎伊 尔约占全球供应量的一半现在，钴生产在地域上远没有以 前集中但从中、短期来看，需求仍趋于缺乏价格弹性只 要认为可能出现供应问题，价格仍可能迅速倍增钴供应不确定的一个原因是，在扎伊尔和赞比亚这两个 主要生产国，钴是铜矿业的副产品因此，钴的供应量取决 于对铜的需求碲的供应量也是如此这种不确定性已促使 企业寻找其他代用品，因此市场仅略有增长如果可以为这 些金属开发出其他重要来源，这将提供较有力的诱因，在产 品中重新使用这些金属，从而增加消耗量对钴以外的一种 或多种结壳富含金属的需求，最终可能成为开采结壳的驱动 力尽管存在上述的经济和技术不确定因素，但至少有三家 公司已经表示有兴趣开采结壳一些新情况（例如，土地用途 优先问题、淡水问题和陆地矿区的环境关切问题）可能会改变 经济环境，推动海洋采矿活动现在人们日益认识到，富钴 结壳是一种重要的潜在资源因此，必须通过研究、勘探和 技术开发，填补结壳开采各个方面的信息空白区1993卑金厲平找 价格（美无F心斤｝第亮平均 T會量（ppm）即沁斗花的价值（X元）^.605 899273,20钛7. 7012 03E92. 67诵26.001 60544.94带44.62fil&27. GB6. 604 12527. 2313 OS4. 006.37钳8, 30嗣53.9244.00003,641.6&S9S1.^9■Brf-480.03。