中国深海采矿.pdf

t 7 7 -o 中国深 海采矿① 长 沙 矿 山 研 究 院 谢 龙 水 竹 【 摘 要】 随着国民经济建设的发展 中国工业对锕 镍，钴、锰四种金属的需求羞 也逐步增长．目前这些金属在中国尚供不应求．因此．开发豫簿多金属结核对中国经济建设 具有重 要意义 ．本 文介绍 中国深海采矿 的前期礤究工作。 目前 中国对开发深海多金属结核所 具 备的条件 和中国太洋矿 产资源研究开 发协会氍况 ．最后 ．作者 以个人观点叙述 了中国海洋 采矿企业 为下世纪初在 申请 的国际悔底 矿区 实飘 E 业开采 目标而可能实旅的探海采 矿研究计 划和技术 路线 ． 关键词 兰 堕采矿 窆垒旦笙丝 j { 士 I 百 当今 工业 在 日益发 展 ，这 势必 引起 金 属需求量大量增加 ．随着陆上资源的 日趋 减 少 ， 人 们 向 海 洋 要 矿 的 愿 望 将 更 加迫 切 ．因此 ，今后 海洋将 成 为世界 工业 的原 料供应基 地． 在 6 0 年代初，美国 Me r o教授对海底 锰结 核 资源进 行过 评价 ． 自那 以后， 海底 锰结 棱作 为一 种新 资源 的说 法 日益 为人们 所 接受 ，同 时世 界 许多 国家 也开始 海底锰 结 核 讽查 和 开发 研 究 工作 ．到 目前 为止 ， 这项工作取得 了很大进展 ，尤其是 美国、 德国、法国、 日本、前苏联等国。中国也 在海底锰结核调查方面取得了显著成绩， 1 9 9 1 年 3月被联合国海底管理局筹委会正 式批准为继印、苏、法、 日之后第五个深 海采矿先驱投资国家． 据调查 ，锰结核分布在 3 5 0 0 6 0 0 0 m 的课海，尤其在北太平洋更为高集．要在 这样的深度采集锰结 核，当然难 度很大， 这是一顶涉及地质、海洋、冶金 电子、 造船 机械，计算机监控 水下电视 遥 控 新材料 新工艺等多学科密切配合的 系统 工程 ． 因此， 中国海洋 采矿工业 部 门 ， 移 f 王 ／ 愿 意同国 外合作研 究深海 采矿技 术和锰 结 核 造冶 工艺 ，以加快 实现人 类 共有 的海洋 矿产 资源 的开发与利用 ． 1 前期研 究工作 中国对大洋多金属结核的开发研究起 步 较晚，大 致始于 7 0年代中期．下面简单 介绍一下 中冒开发研究海底多金属结核的 前 期工作． 1 ． 1 太平 洋海盆多金属结核的前期 工作 中国 政府 十分重视海 洋 矿物 资源 的调 查与研究．自7 O年代中期以来，国内许多 单位 对深 海矿物 资源组织 了调查 ，并把 太 平洋多金属结核资源的调查 研究与开发 列入了国家计划．中国科学考察船向阳红 5号．向阳红 l 6 号和海洋 4号先后在赤道 太平洋、中太平洋和东太平洋进行了多金 属 结 核 调 查 ， 调 查 总 面 积 达 2 0 0多 万 k r a ．通过地质取样，海底照像 ，多频 回 声探测 单路地震反射 重力测量、磁测 与 C T D 测量，共圈定 出有足够开采价值 的 申请矿 区 3 0万 k m ．矿 区边 界 座标 为 7。N l 3。N， 1 3 8 W 1 5 7。W ，结 核 平均丰度 5 k g ／m ，结核古铜．钴 镍 总品位 1 ． 8 ％，海底坡度 5 。中国有关 0本文系 1 9 9 3年 5月美营休斯 敦第 2 5 扁 国际海徉科学技术台议 O TC 特约论文。本刊有删节 ． 中届深海采矿 一谢 龙术 一 1 7 维普资讯 部 门在太 洋 矿产 资源 的调查 研究 方 面所取 得 的成 绩是显著的 ． 1 ． 2 海洋采矿系统的实验室研究 国家 主管部 门组 织 了有 关单位 对流体 提升法采矿系统进行了基础理论研 究和实 验 室水力 提升 试验 ，取得 了 初步 成 果 ，为 海洋多金属结核提升方法的研究和提升设 备 的研 制打下了 良好基础 ． 1 ． 3 锰 结核 的物 质组成研 究 对 向阳红 l 6号考察船在 中太平洋北 部 采 集 的多 金 属 结 核 矿 祥 进 行 了 系统 的 物 质 组 成 研 究 ， 初 步 弄 清 了 矿 样 外部 特 征 、 物 理 性 质 、 化 学 成 分 和 矿 物 组 成 ； 同时 还 详 细 研 究 了矿 祥 中钴 的 赋 存 状 态 以及 与 其 它 元 棠 之 间 的相 关 性 ， 为加 工 处 理 结 核 提 供 了重 要 依 据 ． 此 外 ，还 开 展 了深 海多金属结核主 要有价元素及伴 生 元 素 测 定方 法 的研 究 ， 为 配 合 工 艺 矿 物学研 究做 了 l 0多种 成分 分 析 并建立 了氟、 氯等 卤族元素 的分析方法 ，为锰 结核 的物质组成 、有价 元索 的赋 存提供 了依 据． 1 ． 4冶炼 方法的研究 开展 了湿 法 和火 法冶 炼 方 法 的 研究 ． 通过各 种湿 法 冶炼 方案 的研 究 ，认 为盐 酸 浸出方法较佳，铜、镍、钴、锰浸出率分 别 达 9 7 ％、9 4 ％、9 5 ％、9 0 ％，而采 用火 法冶炼 焙 烧一锈 蚀 酸浸 一萃 取分离 的 铜、镍，钴、锰、铁 回收率分别为 9 2 ％～ 9 6 ％ 、 9 2 ％ ～ 91 ％ 、 9 0％ ～ 91 ％ 、 9 5 ％ 、 9 9 ％．锰结核冶炼方法及其工艺的研究为 冶金工业提供了有益经验． 2中国深海采矿 的现有条件 中国深海采矿的研究与开发工作虽然 起步较晚，但通过十多年的努力，为深海 采矿打下 了良好基 础．再过 1 5年 时间 ，中 国深海采矿已具备以下条件． 2 ． 1 矿 区准备就绪 国家 海洋局 和地质 矿产部 组织 力量 在太平 洋进行 了多年 调查 ．终于 圈出 3 0 万 k m 的申请矿 区．1 9 9 1 年 3月，联合 国 海 底 管 理 局筹 委 会 正 式 批 准 了 中 国 的 矿 区 申请 ．这是 中国深海采矿 迈 出可 喜 的一 步． 2 ． 2 研究经 费落实 改革开放给中国经济建设带来了很大 发展，中国综合国力在逐步提高．有 国家 的经济支 持，中国深海采矿研究计划定如 期 实现 ． 2 ． 3 科 技力量雄 厚 深 海 采 矿是 一 项多 学 科 的 系统 工 程 ， 也 是一项高新技术．这就需要多方面 的科 技 人才 和多 系统 的科研 生 产部 门进 行大 会 战．中国是科技力量 比较雄厚的国家，相 信 中国科研 人员 有能 力创 建好 深海 采矿 大 业 ， 中国 的一切科 学 成就 也早 已让 明了这 一 点 ． 2 ． 4 实验室设备较 齐全 摘科 研 ，实 验室试 验 是最 重要 的 手段 。 同样，研究深海采矿技术，也离不开装备 精 良的实 验室 ．十多年 来 ， 中国对 海 洋采 矿实验室加强了建设。 目前 ．实验室装备 比较齐全 ，为研究海洋采矿技术提供 了基 本 条件 ． 2 5 组织机构健 全 攻 克科 学上 的堡垒 ， 还必须 有 个组 织 机构去把科技大军组织起来，这样才能形 成攻关力量．尤其海洋采矿技术研究是一 跨 部 门踌 行业 的大 集 团会 战，更 需要 有 一 个组织机构来统一领导和协调． 中国大洋 协会的成立．是中国海洋采矿得 以顺利发 展的根本保证 ． 上 述 五个 方 面是 中国 目前进 行 深海 采 矿 所具 备 的最有 利条 件 ，也 是 中国采 矿工 业 向海 洋进军 的最好 时机． 一1 8一 有色矿 山一 1 9 9 3 5 维普资讯 3 中国大洋协会概况 为 了加强太 洋 锰结 核资 源 的调查工作 并向国际海底 管理局等委会 申请一块海底 富矿 区，经国务 院批 准， 1 9 9 0年 4月 9目 中国大洋协会正式成立．这是中国深海采 矿研究与开发工作的新起点． 3 ． 1 协会宗 旨 中国大洋协会的宗 旨是 通过国际海 底矿产资源研究开发活动 开辟 中国新 的 矿产资源 ，维护中国在国际海底资源开发 括动 中的正 当权 益，并 为人类 开发 干 玎 用 国 际海底资源作出贡献。 3 ． 2 协 会职能 该 协 会 主要 有 以下 三 项 职能 1 遵循 公认的国际海底 开发制度，开展大洋资源 应有 的国际义 务 ．包括 为发展 中国 家或国 际海底管理局企业部培训人才、有偿为国 际海底 管理局勘探矿区，进行技术转让等 项义务． 3 ．3 工作 目标与任务 中 国大 洋 协 会 第 一 期工 作 目标 是 从 1 9 9 1年至 下世 纪初 以勘探 为 主， 同时进行 采、冶试验的可行性研究工作，为未来大规 模工业性开采作好物质与技术准备。在国家 。 八五 计划期间，协会工作任务是 在中国 申请矿区中圈出多金属结核品位、丰度较高 的富矿区．确定进行勘探的矿压．在采，冶 方面，进行开采方法的室内试验研究和设备 研 制 ； 研 究 从 多金 属结 核 中提取 铜 、镍 、 钴、锰 ，回收铁和稀贵金属的优化工艺． 3 ．4 协会成员单位 中国大洋协会由国家海洋局、地质矿 产部 、冶金 工 业部 、有色 金属 工业 总公 司 等 1 4个部门及其下属有关单位组成。 3 ． 5 协 会机构 协会 的最高权力机构是协会理事会． 协会执行机关为理事长会议。其办事 机构 为协会办公室，下设对外关系部、综合业 务 部 、技术开发 都 、财务 部 等部 门．协 会 工作接受国家海洋局指导。 4 今后工作计划 中 国计 划在 下世 纪初 实现 在 太平洋 的 中 国 申请 矿 区进 行 深 海 锰 结 核 试 采 的 目 标．笔者认为，中国大洋协会 的有关成员 单位 下～步可能进行 以下 工作 。 4 ． 1 圈定 富矿 区 目前，中国已在太平洋圈出 3 0万 k m 的 申 请 矿 区 ． 在 。 八 五 期 间 1 9 9 1 ～ 1 9 9 5 ，有关 部 门将 在 1 5万 k m 先 驱 投资 开发区内进行详查、勘探，从 中确定具有 工业 开采 价值 的矿址 。 4 ． 2流体提升采 矿法试 验 国 际 深 海 采 矿 财 团 提 出 了 各 种 不 同 的采 矿方法 ， 主要 有 CLB法 ， 流体 提 升 采 矿 法 和 海 底 遥 控 采 矿车 三 种 。 基 于 前 几年 的研 究工作 ．认 为流体 提升 法既是 目前 技 术 上 比较 可 行 的 又 是 效 果 比较 好 的 一 种 开 采 方 法 ． 加 强 对 流 体 采 矿 法 的 研究和试 验，也许是 中国深海采 矿研 究 的强 点课题。 4 ． 3 集矿机试 制 集矿机是深海采矿的关键设备．由于锰 结核沉积在 4 5 0 0 5 0 0 0 m深的海底，所以集 矿机的技术要求很高而且制造工艺难度也很 大．在 八五 期间，中国有关部门在选型的 基础上可能进行某种采矿机 的设计 与试制． 4 ．4 研制水下控制系统 水下控制系统是海底控制系统的重要组 成部分，也是一项高新技术．这种控制系统必 须利用现代遥测遥感、计算机监控、水下电视 监视和光纤通讯等技术，技术难度是很大的。 水下控制系统的研 4 是中国深海采矿的主要研 究课题。 4 ．5 进步优化选冶工艺 前几年，对锰结核选冶工艺做过一些试 验研究并取得了～定经验．为了进一步提高 中匿课海采矿一 谢龙水 一1 9 维普资讯 口一Z ， 牛 深埋地下金属矿 山开采过程 中的 支承压力分布规律及其控制 秒 【 摘 要】 支承压力是 埋，救砬矿体开采过程中最有危害的动压之一．对稳定和矿 析 关 键 词 圭 亟 耻， 采 矿 方 法 励 ， ≠ 罐 关 键 词 圭 亟 压 丑 ， 笪采 矿 方 法 ／ ／ ， ff 支承压力是煤层开采过程中最有危害 的采动压力之一 ，在矿岩条件好、埋藏深 度较浅的金属矿山显现的并不突出．因而 未引 起人 们 的足 够重视 ，随着金属 矿体 开 采深 度 的增加 ， 一些矿岩 松软破碎 的深 埋 矿山．支承压力活动剧烈，井巷变形破坏 严重 ．采场垮冒难以维护，使矿体的开采 难度越来越大． 1 支承压力显现的基本 条件 支承压力是指作用于矿岩体上，且比 原岩应力高的压力 是囡采矿活动而使原 岩应力发生转移，在来采矿岩率产生的应 力集中现象。支承压力显现与矿体的赋存 条件及原岩应力环境有关 ，使其显现的主 要条件是 1 矿体埋深 ．上覆岩层厚。岩体崩 落不 易通过 地 表 。容 易形 成封 闭式 的 自然 冒落拱． 2 矿岩软弱破碎．岩体强度低，稳 固性 差。一些矿岩还具有明显的膨胀流变 特性 ． 3 原岩应力犬．除岩体 自重应力较 高外．构造应力也较大 ，处于高原岩应力 场 中的矿体，一旦 回采 ，应力集中也相应 加剧，同时因周围压力 的解除，岩体 的承 载 强度 将显 著降低 ． 4 矿体倾角缓．缓倾斜矿床工程重 铜、镍、钴，铁等金属回收率 ，锰结核选 冶工 艺 的优化 研究是 中国 冶金工业 部门所 要做的一项重要工作． 4 ． 6 申请矿区的海洋环境监测与评价 海洋环境 监测与评价是海底锰结核开 采前一项必不可少的工作，目的在于了解 开采区的海洋环境并评价开采后对所在海 域的环境影响．中国有关部 门将对中国申 请矿区的海洋环境进行监测和评价． 上述六 个 方面是 中 国探 海采矿 的主要 研究工作 ，也可以说是 中国下一步深海采 矿的研究计划． 结束语 中国深海采矿的研究工作虽然起步较 晚，但成绩是显著的．为今后开发深海矿 产资源 打下 了 良好基础 ．与先 进国家相 比，中国深海 采矿的研究在人才、资金、 仪器设 备等 方面还有 较大差距 ．笔者相 信，中国科技工作者有信心有能力克服目 前困难，并 在较短 时间内赶上先进国家的 水 平 ．与 此 同时 ， 中国深 海采矿 界愿 意 与 国际深海采矿财团合作研究深海采矿技术 和研制深海采矿设 备，共同为人类开发利 用国 际海底矿产 资源作 出贡献 ． 责任编辑王家骧 一 2 0一 有 色矿 U 卜一1 9 9 3 ． 5 维普资讯