海洋采礦的方法.doc

_海洋采礦的方法海洋采礦是從海水、海底表層沉積物和海底基巖下獲取有用礦物的過(guò)程。海洋采礦一般分為三個(gè)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(kāi)采，即海底基巖以上的沉積礦層或砂礦床。目前已經(jīng)進(jìn)行開(kāi)采的有海濱砂礦、砂、礫石和貝殼等。三是海底基巖礦開(kāi)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(kāi)采的有海洋石油和天然氣，海底煤、鐵、硫、巖鹽和鉀鹽等。海洋中有哪些礦產(chǎn)資源？海洋占整個(gè)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(chǔ)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(jìn)行開(kāi)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?jī)H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(wàn)分之幾。在深度范圍為2003500m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35006000m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(rèn)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(chǔ)量估計(jì)為1350億噸。海底煤礦分布廣儲(chǔ)量豐富。我國(guó)海洋采礦的發(fā)展現(xiàn)狀如何？我國(guó)大陸海岸線總長(zhǎng)18000多公里，海域面積約有300萬(wàn)平方公里。從海底地貌上看，我國(guó)的四個(gè)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(guó)大陸架是世界上面積最大、最寬的地區(qū)之一。我國(guó)大陸及海洋島嶼的海岸線總長(zhǎng)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?？碧奖砻?，我國(guó)的海洋礦資源蘊(yùn)藏豐富，海洋石油和天然氣初步勘探已發(fā)現(xiàn)面積100萬(wàn)平方公里的七個(gè)大型含油氣沉積盆地，已探明的儲(chǔ)量構(gòu)造400多個(gè)，原油儲(chǔ)量90140億噸之間，海濱砂礦探明儲(chǔ)量達(dá)數(shù)億噸，礦種60多種。我國(guó)深海采礦技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)起步較晚，但已于1991年啟動(dòng)了為期15年的研究開(kāi)發(fā)規(guī)劃，經(jīng)過(guò)，“八五”期間的攻關(guān)，已在開(kāi)采技術(shù)與設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)方面取得了一批階段成果，縮短了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距?！鞍宋濉逼陂g，在中國(guó)大洋協(xié)會(huì)、冶金部和有色總公司的組織和支持下，長(zhǎng)沙礦冶研究院和長(zhǎng)沙礦山研究院作為深海采礦技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的兩個(gè)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(jī)，在剪切強(qiáng)度5 kPa的模擬沉積物上進(jìn)行水下集礦，采集率達(dá)到85 %95%；在30 m高的實(shí)驗(yàn)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(yàn)。海洋礦產(chǎn)開(kāi)采有哪些特點(diǎn)？由于海洋是一個(gè)獨(dú)立的自然地理單元,決定了海洋礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)具有與陸地資源開(kāi)發(fā)所不同的特點(diǎn)。(1)海洋環(huán)境條件惡劣,礦產(chǎn)開(kāi)采必然拌有狂風(fēng)、巨浪、海冰、高壓、腐蝕等惡劣條件,開(kāi)采難度大、技術(shù)要求高,屬于“三高”(高投資、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù))工程。但是,為了在開(kāi)發(fā)和占有海洋的競(jìng)爭(zhēng)中取得主動(dòng),一些發(fā)達(dá)的國(guó)家不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,投入了大量的人力、財(cái)力用于海洋高技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究,并已獲得了許多技術(shù)上的成就和經(jīng)濟(jì)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(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)一直低迷,也從沒(méi)有放棄過(guò)對(duì)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(jī)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(yuǎn)洋運(yùn)輸業(yè)等行業(yè)支持海洋礦產(chǎn)的開(kāi)發(fā)。同樣,海洋采礦的發(fā)展勢(shì)必促進(jìn)這些行業(yè)和學(xué)科的進(jìn)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(kāi)發(fā)之間的關(guān)系。它們之間相互促進(jìn)、相互制約。此外在開(kāi)采中還要注意保護(hù)海洋環(huán)境,避免污染和破壞海洋生態(tài)平衡,即注意開(kāi)發(fā)和保護(hù)之間的矛盾,所以需要精細(xì)的管理,以求獲得最佳的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的統(tǒng)一。(4)國(guó)外實(shí)踐表明,海洋(深海)礦產(chǎn)開(kāi)采新技術(shù),從開(kāi)始研制到投入實(shí)際應(yīng)用,通常需要1020年的時(shí)間,周期較長(zhǎng)。如日本從19751997年投資10億美元,研究錳結(jié)核的勘探和技術(shù)開(kāi)發(fā),進(jìn)入試采階段;美國(guó)與日本幾乎同期開(kāi)始進(jìn)行大洋礦區(qū)的勘探和采礦技術(shù)的研究,累計(jì)投資15億美元;印度、英國(guó)、意大利等國(guó)也經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的研究?？梢?jiàn)各發(fā)達(dá)國(guó)家這種長(zhǎng)期的投入研究不僅僅是解決國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,主要是面向未來(lái),是對(duì)未來(lái)的研究和投資。(5)海洋礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)具有國(guó)際性的特點(diǎn)。海底礦產(chǎn)資源可能是跨國(guó)界或共享的,涉及各有關(guān)國(guó)家之間的利益,需要國(guó)際之間的協(xié)調(diào)和合作。海洋礦產(chǎn)開(kāi)采技術(shù)方法有哪些？表11-1列出了針對(duì)各種海洋礦產(chǎn)的開(kāi)采方法。1、3類礦產(chǎn)都有成熟的開(kāi)采方法,這里不再贅述。下面主要分析研究結(jié)核礦的4種開(kāi)采方法。表11-1 各種海洋礦產(chǎn)的開(kāi)采方法編號(hào)海底礦產(chǎn)可采用的開(kāi)采方法使用現(xiàn)狀最終產(chǎn)品1石油、天然氣石油鉆井平臺(tái)、鉆探裝置、海底采油系統(tǒng)早已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn),是非常成熟的開(kāi)采技術(shù)。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)研制的一批技術(shù)裝置達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平提取石油、天然氣2多金屬結(jié)核礦1.連續(xù)鏟斗提升采礦系統(tǒng)2.管道提升采礦系統(tǒng)3.穿梭潛水集礦機(jī)系統(tǒng)4.海底自動(dòng)采礦系統(tǒng)基本完成小試,進(jìn)入中試階段。管道提升采礦系統(tǒng)被認(rèn)為是非常有前途的開(kāi)采方法。國(guó)內(nèi)首先對(duì)這種方法進(jìn)行研究取得了初步成果提煉出具有戰(zhàn)略意義的多種金屬3其它礦產(chǎn)各種采掘裝置和大深度挖泥機(jī)基本成熟的方法,進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。但我國(guó)以土法采選為主,技術(shù)落后、生產(chǎn)效率低提取鐵砂、金砂、錫砂及其它礦物(1)連續(xù)鏟斗提升采礦系統(tǒng)連續(xù)鏟斗提升采礦系統(tǒng)(continuous line bucket system)法。它由采礦船、鏟斗、高強(qiáng)度尼龍纜索等組成。長(zhǎng)15km的尼龍纜索上以一定的間距(2550m)懸掛的系列鏟斗,通過(guò)尼龍纜索從海面船只(一船或多船)到海底的連續(xù)回轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行采礦作業(yè)。該系統(tǒng)具有開(kāi)采和提升兩個(gè)功能。這類采礦技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。但是若在一船上操作,尼龍纜索環(huán)路的兩端易纏結(jié),影響開(kāi)采效率,兩只船涉及到配合移動(dòng)和成本等問(wèn)題,所以影響了其進(jìn)一步的發(fā)展。(2)管道提升采礦系統(tǒng)管道提升采礦系統(tǒng)是目前各國(guó)(包括中國(guó))研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。該系統(tǒng)基本工作原理是利用液體提升固體懸浮物,即從采礦船上吊下輸送管到海底,集礦裝置把收集到的多金屬結(jié)核礦石送到提升管道口,再利用液流的循環(huán)(利用氣舉或射流原理)將礦石通過(guò)管道輸送到地表。船體可在開(kāi)采時(shí)做有一定限度的縱向或橫向移動(dòng)。該采礦系統(tǒng)適用于大規(guī)模有效開(kāi)采海底多金屬結(jié)核礦。(3)穿梭潛水集礦機(jī)系統(tǒng)穿梭潛水集礦機(jī)系統(tǒng)是由長(zhǎng)、寬、高分別為24m、12m、75m的穿梭潛水集礦機(jī)在海底采集多金屬結(jié)核礦石,當(dāng)采集到一定數(shù)量后上升至海面,把采集到的礦山卸到海面平臺(tái)上,然后用廢石料作為壓載物再下沉到海底繼續(xù)開(kāi)采,如此循環(huán)作業(yè)。該系統(tǒng)具有靈活機(jī)動(dòng)、