迈向工业开采的大洋采矿

　　据资料统计，国民经济发展中95％的能源和80％的工业原料都来自矿物资源。它对整个国民经济的持续、稳定、协调发展有着全局性的重大影响。随着我国国民经济的快速发展，对有色金属需求领域正在不断扩大，需求的数量也日益增多，必将使人均资源占有量远低于世界平均水平的陆地资源短缺的矛盾更加突出。因此，开发和利用国际海底资源，开辟我国新的矿产资源基地，是实现国民经济建设可持续发展目标的重要战略。

　　据联合国采矿专家组预测，最早可能实现的大洋资源开发是多金属结核，工业开采时间为2020年以后，到时大洋采矿极有可能形成一门高新技术产业。为此，我们应抓紧进行开采前的技术准备工作。

　　中国开辟区的勘察。“八五”期间，中国对登记申请多金属结核矿区进行了10个航次的海上勘探，探明矿区内结核的类型、丰度、覆盖率、结核分布特点、海底地形等，确定可采矿区的范围和开采工业储量。完成了优选矿区和“区域放弃”工作。我国获得了7.5万km²国际海底矿区的优先开采权。与此同时，组织航次对中、西太平洋海山富钴结壳赋存区进行了初步勘查，找到了钴含量较高、丰度较大的远景矿区。

　　基础研究和室内试验。尽管“八五”期间我国在深海采矿基础理论和原理性试验方面取得重要突破，研制出了复合式集矿模型机，完成水力提升、气力提升机理研究及不同体积浓度输送参数试验，并对工业开采系统参数进行了预测和初步优化，建成了既可进行集矿技术研究和设备性能试验，又可进行管道提升方法和工艺参数研究的大型海洋采矿综合试验室。同时打通了从结核矿石中回收镍、钴、铜、锰 4种金属的工艺流程。但离工业开采还有许多技术难题需要逐一解决。“九五”期间中国大洋协会组织专家对大洋采矿工业开采可能遇到技术难点进行了分解，并根据不同的情况进行分类，安排好研究开发计划，通过集中国内优势协作攻关，同时开展有效的国际合作加以解决。

　　目前中国大洋协会正在积极组织有关科研部门进行大洋多金属结核海上中试采矿试验的技术设计及相关的设备研制，同时开展大洋采矿对环境影响研究，使大洋采矿满足海洋环保法的要求。富钴结壳、热液硫化物的采、选、冶的研究工作也正在有计划地逐步展开。

　　海上中间试验和试采的完成。在完成采矿各子系统基础研究和室内试验，验证了工作原理、机构功能、工作参数，解决关键技术和设备之后，还须进行工业开采规模1/5～l/10的海上中间试验，通过中试力求在采矿技术上有重大突破，积累开采经验，为深海多金属结核进行工业开采提供技术先进、经济高效的开采技术方案。

　　为了考核“九·五”期间部分关键技术的研究成果，为下一步海试打下坚实的基础，中国大洋协会已投入必要的资金对中试采矿系统中的集矿机和软管输送部分进行水下采集输送试验，计划于2001年在水深150m的云南抚仙湖中完成，为海上中试采矿技术设计及未来海上试验开采积累技术资料，同时为参试人员积累组织实践经验，为以后海上试验奠定基础。

　　大洋采矿水下设备要求在60Mpa压力下工作，整个系统可靠性高，无故障连续作业时间大于200h，生产能力达1.5Mt/a，是较航天技术难度更大的一项高新技术。

　　采矿计划的制定。完成工业试采后，正式开采前还必须制定详细计划，以完成一定时间范围内既定的生产目标。首先绘制决定矿址的矿石含量图，而后在其上叠置采矿计划和在其后数年内可望被开采的区域图（即采集路线规划图）。总体采矿计划将考虑人员因素、备件供应、设备仪器保养计划以及矿石转运。应制定许多应急计划，以防止在采矿作业中碰上意外或中断事故，应为对付热带风暴和台风制定措施。同时也应准备一些常规问题，如轮班制、燃料、食品和设备补给，人员替换等。应与岸上基地、卸货码头、冶炼厂、矿石运输船、气象站保持紧密的联系。总之，大洋采矿作业的效率受多变复杂的气候影响，因此，采矿计划的制定显得至关重要。

　　采矿设备的制造。工业开采大洋多金属结核采用流体提升采矿法，其原理是当采矿船到达采区后，将集矿机和提升管接好逐步放入海底，提升管上端悬置于采矿船。集矿机用于采集海底沉积物中的结核矿石并进行初处理，在除去过大结核的同时将合格尺寸的结核输入提升管底端，通过一根垂直提升管道借助流体上升动力将海底集矿机采集的结核矿石提升到海面采矿船上。该采矿系统自行式集矿机、扬矿子系统、监控子系统、采矿船、运输支持子系统五大部分组成。为完成年产干结核矿石3Mt生产规模的多金属结核矿石，需要2套完全独立的采矿系统，所需设备见下表。整个设备加工制造时间需要4～6年。由于深海采矿是一个全新的高新技术应用与发展领域，涉及专业门类多，设备制造难度大，因而需要全球的广泛合作。

名称	数量	技术参数	备注
采矿船	2 艘	8万t 级
集矿机	3 台	500t/h	备用一台
扬矿管道系统	3 套	Φ0.4～0.6m	备用一套
生产勘察船	1 艘	3千t 级
矿石运输船	6 艘	10万t 级	每年往返8次
生产辅助船	1 艘	1万t 级	设备运转吊装
直升飞机	1 架		人员备件运输
后勤运输船	2 艘	3百t 级	人员设备运转
中转站	1 个		设夏威夷群岛
海洋气象站	1 个

　　现代高新技术的发展为大洋资源开发铺设了桥梁，开辟了通途，向海洋进军已日渐成为全民共识。开发和利用国际海底资源，开辟我国新的矿产资源基地，是实现国民经济建设可持续发展的重要战略目标，它已作为国家长远发展项目正在顺利实施。