海洋采矿的方法.doc

_海洋采矿的方法海洋采矿是从海水、海底表层沉积物和海底基岩下获取有用矿物的过程。海洋采矿一般分为三个方面：一是海水化学元素中含有大量的有用金属和非金属元素，如钠、镁、铜、金、铀和重水等，可以从海水中提取食盐、镁、溴、钾、碘和重水等多种有用元素。二是海底表层矿床开采，即海底基岩以上的沉积矿层或砂矿床。目前已经进行开采的有海滨砂矿、砂、砾石和贝壳等。三是海底基岩矿开采，指那些存在于海底岩层中和基岩中的矿产。目前已经开采的有海洋石油和天然气，海底煤、铁、硫、岩盐和钾盐等。海洋中有哪些矿产资源？海洋占整个地球面积的71%，约3.6亿平方公里。调查结果表明，陆地上的许多金属和非金属矿在海洋中都已发现，而且有些矿藏的储量巨大。海底矿产资源主要分为海水中溶解的矿物、海底表层矿床和海底基岩矿床。海水中溶解的矿物。世界海洋中约有13.7亿立方公里海水，其中含有80多种元素，目前人们较为熟悉的有60多种。海底表层矿床。海底表层矿床大都呈散粒状或结核状，存在于海底各类松散沉积层中，可以用采矿船进行开采。这种矿床根据所处位置又分为大陆架资源、大陆坡大陆裙底资源和深海底资源三种。在大陆架上的海底表层矿床中，非金属矿物如贝壳或砂砾的数量占矿床总体积的50%以上。重矿物如钛铁矿和锡石数量仅占矿床总体积的10%以下。稀有和贵重金属如金刚石或金只占矿床体积的百万分之几。在深度范围为2003500m的大陆斜坡上有两种重要的自生矿物资源，呈砂粒状、结壳状或结核状的磷钙土以及呈软泥状或块状的热液矿床。在35006000m的深海，最重要的矿物资源是遍布各处的锰结核，在洋底呈不连续分布，有的密集，有的稀疏，北太平洋被认为是密集区。其它深海的软泥中含有不同数量的二氧化硅、碳酸钙、铜和锌。海底基岩矿床。海底基岩矿包括非固态的石油、天然气和固态的硫磺、岩盐、钾盐、煤、铁、铜、镍、锡和重晶石等。海底石油和天然气分布范围最广，石油可采储量估计为1350亿吨。海底煤矿分布广储量丰富。我国海洋采矿的发展现状如何？我国大陆海岸线总长18000多公里，海域面积约有300万平方公里。从海底地貌上看，我国的四个海区中，不仅有大陆架区，而且有大陆坡和大洋底区，地貌类型齐全，但绝大部分海域是在大陆架范围内。我国大陆架是世界上面积最大、最宽的地区之一。我国大陆及海洋岛屿的海岸线总长约32000多公里，海岸线迂回曲折，为砂矿的富集提供了有利的条件。勘探表明，我国的海洋矿资源蕴藏丰富，海洋石油和天然气初步勘探已发现面积100万平方公里的七个大型含油气沉积盆地，已探明的储量构造400多个，原油储量90140亿吨之间，海滨砂矿探明储量达数亿吨，矿种60多种。我国深海采矿技术的研究开发起步较晚，但已于1991年启动了为期15年的研究开发规划，经过，“八五”期间的攻关，已在开采技术与设备的研究开发方面取得了一批阶段成果，缩短了与国际先进水平的差距。“八五”期间，在中国大洋协会、冶金部和有色总公司的组织和支持下，长沙矿冶研究院和长沙矿山研究院作为深海采矿技术研究开发的两个主要承担单位，已研制出水力式和复合式两种模型集矿机，在剪切强度5 kPa的模拟沉积物上进行水下集矿，采集率达到85 %95%；在30 m高的实验系统上完成了矿浆泵、清水泵、射流泵的水力提升和气力提升试验。海洋矿产开采有哪些特点？由于海洋是一个独立的自然地理单元,决定了海洋矿产开发具有与陆地资源开发所不同的特点。(1)海洋环境条件恶劣,矿产开采必然拌有狂风、巨浪、海冰、高压、腐蚀等恶劣条件,开采难度大、技术要求高,属于“三高”(高投资、高风险、高技术)工程。但是,为了在开发和占有海洋的竞争中取得主动,一些发达的国家不断进行技术创新,投入了大量的人力、财力用于海洋高技术的开发研究,并已获得了许多技术上的成就和经济上的利益,即使是人均占有资源居世界第一的俄罗斯,尽管国内经济一直低迷,也从没有放弃过对海洋高技术的研究。(2)海洋采矿是涉及诸多行业和学科的高技术密集型的系统工程,如地学、机械、电子、通讯、冶金、化工、物理、化学、流体力学等学科和造船业、远洋运输业等行业支持海洋矿产的开发。同样,海洋采矿的发展势必促进这些行业和学科的进一步发展,这就具有重要的战略意义。(3)海洋采矿中应注意与其它海洋资源开发之间的关系。它们之间相互促进、相互制约。此外在开采中还要注意保护海洋环境,避免污染和破坏海洋生态平衡,即注意开发和保护之间的矛盾,所以需要精细的管理,以求获得最佳的经济、环境和社会效益的统一。(4)国外实践表明,海洋(深海)矿产开采新技术,从开始研制到投入实际应用,通常需要1020年的时间,周期较长。如日本从19751997年投资10亿美元,研究锰结核的勘探和技术开发,进入试采阶段;美国与日本几乎同期开始进行大洋矿区的勘探和采矿技术的研究,累计投资15亿美元;印度、英国、意大利等国也经过了长期的研究。可见各发达国家这种长期的投入研究不仅仅是解决国内经济发展的需求,主要是面向未来,是对未来的研究和投资。(5)海洋矿产开发具有国际性的特点。海底矿产资源可能是跨国界或共享的,涉及各有关国家之间的利益,需要国际之间的协调和合作。海洋矿产开采技术方法有哪些？表11-1列出了针对各种海洋矿产的开采方法。1、3类矿产都有成熟的开采方法,这里不再赘述。下面主要分析研究结核矿的4种开采方法。表11-1 各种海洋矿产的开采方法编号海底矿产可采用的开采方法使用现状最终产品1石油、天然气石油钻井平台、钻探装置、海底采油系统早已进入工业化生产,是非常成熟的开采技术。我国自主开发研制的一批技术装置达到或接近国际先进水平提取石油、天然气2多金属结核矿1.连续铲斗提升采矿系统2.管道提升采矿系统3.穿梭潜水集矿机系统4.海底自动采矿系统基本完成小试,进入中试阶段。管道提升采矿系统被认为是非常有前途的开采方法。国内首先对这种方法进行研究取得了初步成果提炼出具有战略意义的多种金属3其它矿产各种采掘装置和大深度挖泥机基本成熟的方法,进入工业化生产。但我国以土法采选为主,技术落后、生产效率低提取铁砂、金砂、锡砂及其它矿物(1)连续铲斗提升采矿系统连续铲斗提升采矿系统(continuous line bucket system)法。它由采矿船、铲斗、高强度尼龙缆索等组成。长15km的尼龙缆索上以一定的间距(2550m)悬挂的系列铲斗,通过尼龙缆索从海面船只(一船或多船)到海底的连续回转来进行采矿作业。该系统具有开采和提升两个功能。这类采矿技术具有系统简单、成本较低的优点。但是若在一船上操作,尼龙缆索环路的两端易缠结,影响开采效率,两只船涉及到配合移动和成本等问题,所以影响了其进一步的发展。(2)管道提升采矿系统管道提升采矿系统是目前各国(包括中国)研究开发的重点。该系统基本工作原理是利用液体提升固体悬浮物,即从采矿船上吊下输送管到海底,集矿装置把收集到的多金属结核矿石送到提升管道口,再利用液流的循环(利用气举或射流原理)将矿石通过管道输送到地表。船体可在开采时做有一定限度的纵向或横向移动。该采矿系统适用于大规模有效开采海底多金属结核矿。(3)穿梭潜水集矿机系统穿梭潜水集矿机系统是由长、宽、高分别为24m、12m、75m的穿梭潜水集矿机在海底采集多金属结核矿石,当采集到一定数量后上升至海面,把采集到的矿山卸到海面平台上,然后用废石料作为压载物再下沉到海底继续开采,如此循环作业。该系统具有灵活机动、