锰结核

锰结核
一、锰结核简介
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。

锰结核的形态多样，有球状、椭圆状、马铃薯状、葡萄状、扁平状、炉渣状等。

锰结核的大小尺寸变化也比较悬殊，从几微米到几十厘米的都有，重量最大的有几十公斤。

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，从熔岩搬走一定量的铁、锰，使海水中锰、铁越来越富集；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，分解后也进入海水。

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。

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。

铜、钴、镍是陆地上紧缺的矿产资源，有必要开采海底锰结核获取这些金属。

美国锰矿全靠进口，对从锰结核生产锰也大感兴趣，所以美国最为重视锰结核开发。

美国在大洋锰结核开发技术方面也处于领先地位。

二、锰结核形成原因
关于锰结核的生成原因，一般认为是沉降于海底的各种金属的氧化物，以带极性的分子形式，在电子引力作用下，以其他物体的细小颗粒为核，不断聚集而成。

这个理论也有不能自圆其说之处。

锰在海水中的含量并不算多，为什么却会在锰结核中独占鳖头呢?锰结核的成因有待继续研究。

研究试验的锰结核开采方法也有许多种。

比较成功的方法有链斗法、水力升举法和空气升举法等几种。

链斗式采取掘机诫就像旧式农用水车那样，利用绞车带动挂有许多戽斗的绳链不断地把海底锰结核采到工作船上来。

水力升举式海底采矿机械，是通过输矿管道，利用水力把锰结核连泥带水地从海底吸上来。

空气升举法同水力升举原理一样，只是直接用高压空气连泥带水地把锰结核吸到采矿工作船上来。

80年代，美国、日本、德国等国矿产企业组成的跨国公司，使用这些机械，取得日产锰结核300~500吨的开采成绩。

在冶炼技术方面，美、法、德等国也都建成了日处理锰结核80吨以上的试验工厂。

总之，锰结核的开采、冶炼，在技术上已不成问题，
一旦经济上有利，便可形成新的产业，进入规模生产。

三、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。

如果按照目前世界金属消耗水平计算，铜可供应600年，镍可供应15000年，锰可供应24000年，钴可满足人类130000年的需要，这是一笔多么巨大的财富啊！而且这种结核增长很快，每年以1000万吨的速度在不断堆积，因此，锰结核将成为一种人类取之不尽的“自生矿物”。

四、锰结核开采
锰结核的开采正逐步走向成熟。

目前一般认为有 3 种方法比较经济、实用。

⒈水力提升式采矿系统。

主要由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置 4 部分组成。

采矿管悬挂在采矿船和浮筒下，起输送锰结核的作用；浮筒安装在采矿管道上部 15％的地方，中间充以高压空气，以支撑水泵的重量；高压水泵装置在浮筒内，它的功率为 8000 马力，通过高压使采矿管道内产生每秒 5 米的高速上升水流，使锰结核和
水一起由海底提升到采矿船内。

集矿装置起挑选、采集锰结核的作用。

1975 年采矿试验已获成功，现能达到日产500 吨的采矿能力。

⒉空气提升采矿系统。

由高压气泵、采矿管、集矿装置等部分构成。

高压气泵安装在船上，采矿时，首先在船上开动高压气泵，气泵产生的高压空气通过输气管道向下从采矿管的深、中、浅三个部分输入，在采矿中产生高速上升的固、气、液三相混全流，将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰结核提升到采矿船内，其提升效率为30％～50％，这种采矿系统已于 1970年试验成功，它能在 5000 米水深处达到日产 300 吨锰结核的采矿能力。

⒊连续链斗采矿系统。

是在高强度的聚丙二醇脂材料编成的绳上，每隔 25～50 米安装一个采矿戽斗。

采矿时，船上的牵引机带动绳索，使戽斗不断在海底拖过挖取锰结核，并将其提升到采矿船上，卸入船内储仓。

这种采矿法是由日本人发明的，1970 年 8～9 月在希塔提岛以北 400 公里、水深4000 米处进行了试验，并获得了成功。

这种装置结构简单、适应性强、采矿成本低。

五、锰结核开发历史
⒈国际开发历史：
1873年2月18日，正在做全球海洋考察的英国调查船“挑战者号”，在非洲西北加那利群岛的外洋，从海底采上来一些土豆大小深褐色的物体。

经初步化验分析，这种沉甸甸的团块是由锰、铁、镍、铜、钴等多金属的化合物组成的，而其中以氧化锰
为最多。

剖开来看，发现这种团块是以岩石碎屑，动、植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆一层一层长成的，像一块切开的葱头。

由此，这种团块被命名为“锰结核”。

现代人又称它为多金属团块。

20世纪初，美国海洋调查船“信天翁号”在太平洋东部的许多地方采到了锰结核，并且得出初步的估计报告说：太平洋底存在锰结核的地方，其面积比美国都大。

尽管如此，在那时也没有引起人们多大的重视。

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。

⒉我国开发历史：
我国从70年代中期开始进行大洋锰结核调查。

1978年，“向阳红05号”海洋调查船在太平洋4000米水深海底——首次捞获锰结核。

此后，从事大洋锰结核勘探的中国海洋调查船还有“向阳红16号”、“向阳红09号”、“海洋04号”、“大洋一号”等。

经多年调查勘探，在夏威夷西南，北纬7度至13度，西经
138度至157度的太平洋中部海区，探明——块可采储量为20亿吨的富矿区。

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。

问时，依据1982年《联合国海洋法公约》，中国继印度、法国、日本、俄罗斯之后，成为第5个注册登记的大洋锰结核采矿“先驱投资者”。

大洋锰结核开发领先世界的美国、德国、英国为什么没有登记为“先驱投资者”呢?1982年《联合国海洋法公约》第十一部分规定：公海大洋矿物资源的一切权利属于全人类，由联合国海底管理局代表行使这些权利。

上述国家从本国利益出发，对公约的这一部分持保留态度，所以，他们不申请、不登记。

经多年协商，1994年终于达成了“关于执行《公约》第十一部分的协定”，对他们的利益作了适当照顾，问题总算得到解决。