根据我国《国际海底研究开发“十五”项目总体设计》的要求,大洋协会第一批安排的深海资源加工技术研究课题共15个,分别由国内13所科研院所和大学承担,近100名研究人员参与研究。在协会办公室的领导和专家组的指导下,在课题承担单位的大力支持下,经全体研究人员的共同努力,资源加工利用项目的各项工作进展顺利,我国深海资源加工技术再上新台阶,人才培养、国际合作与交流等取得新进展。

我国深海资源加工技术再上新台阶

北京矿冶研究总院  蒋训雄


  一、深海资源加工研究的“十五”目标和任务

  “十五”期间,深海资源加工技术研究主要包括深海矿产资源和深海生物基因资源两个领域。

  矿产资源加工技术研究的目标和任务:建立深海金属矿产资源冶炼加工扩试线,开展多金属结核和富钴结壳冶炼扩大试验,进一步优化和完善相关加工工艺,储备和发展深海矿产资源商业开发的加工技术,初步形成技术先进、可靠高效、节能低耗、环境友好的深海矿产资源加工技术体系,为我国圈定多金属结核商业开采矿址和圈定满足商业开发规模所需资源量的富钴结壳矿区提供技术经济评价依据。加强前瞻性研究,促进加工技术的不断创新和完善。

  生物基因资源开发研究的目标和任务:通过自行研制和技术引进,建立具有国际水平的深海基因资源研究实验室;构建深海极端微环境随机基因库、信息库和微生物基因文库;研发具有国际先进水平的深海基因分子操作技术;筛选若干具有重要开发价值的深海基因并逐步开展其基因工程产业化研究。

  二、深海资源加工研究“十五”工作的特点

  “十五”期间,深海资源加工研究工作体现以下特点:

  (1)实现研究对象由过去的单一资源(多金属结核)向多种资源(多金属结核、富钴结壳、生物基因)的转变,与国际接轨。

  (2)试验规模上新台阶,多金属结核冶炼加工的试验规模达到100Kg/d以上,与国外的试验规模接近,这种试验规模对为资源评价提供可靠依据、对加快冶炼加工技术的储备十分必要。

  (3)继承与创新并举。对“九五”的研究课题进行了优胜劣汰,同时新设立一批技术含量较高的前瞻性课题。生物基因技术、纳米材料技术等前沿性技术研究成为项目重要研究内容。

  (4)攻关队伍精干、力量雄厚。承担和参加单位均属于国内相关领域的知名院所和大学,90%以上研究人员具有硕士以上学历,高级职称的占60%以上。

  (5)周期缩短、进度加快。本着重点突出、滚动发展的原则,除少数课题研究周期为4-5年外,大部分研究周期为2-3年,这样既利于加强对课题的监督,又利于减少投资失误。

  (6)知识产权保护意识加强,多数课题采用具有自主知识产权的技术。

  三、深海资源加工研究工作进展顺利

  1、矿产资源加工技术

  深海矿产资源加工技术研究包括大洋多金属结核冶炼加工中间试验、富钴结壳冶炼加工实验室扩大试验、前瞻性冶金方法探索、资源的非传统应用技术以及选冶尾渣的综合利用等主要内容,各项研究进展顺利。

  (1)大洋多金属结核冶炼加工中间试验

  通过相关设备的研制,建立大洋多金属结核冶炼中试线,分别进行大洋多金属结核还原氨浸工艺和熔炼-锈蚀工艺中间试验。前者是结核不经干燥处理、直接在低温氨性溶液中还原浸出,降低冶炼能耗;通过选择浸出,使镍、钴、铜等有价金属同结核中的主成分锰、铁、硅分离,减轻溶液后处理量。后者先将结核脱水干燥,然后高温还原熔炼,镍、钴、铜与铁等形成合金,锰以氧化锰形式进入炉渣,在熔炼过程中将大部分的锰与镍、钴、铜分离,减少后处理量,炉渣用于冶炼锰硅合金。均已完成 100~500Kg/d规模的中试方案制定,主体设备研制工作基本完成,预期我国第一条深海金属矿资源冶炼中试线将在今年底建成,2004年将开展全流程的冶炼试验,届时,我国深海资源的加工技术研究将上新台阶。

  (2)富钴结壳冶炼加工实验室扩大试验

  在“九五”基础上,进一步优化和完善相关加工工艺,建立富钴结壳冶炼扩试实验室,开展富钴结壳熔炼-锈蚀和结壳直接酸浸的全流程扩大试验,进行不同类型富钴结壳的冶炼对比试验。完成了主体设备的研制和实验室的改造,正开展处理富钴结壳10Kg/d的浸出连续试验。

  (3)前瞻性冶金方法探索

  跟踪国际研究动态,开展前瞻性加工技术探索。研究矿浆电解等新技术处理多金属结核,该技术利用电解过程的阴极还原浸出结核,同时,在阳极区电解沉积二氧化锰,浸出和锰产品制备在同一个电解槽中完成,降低能耗。针对富钴结壳采矿过程中,结壳矿无法与基岩彻底分离,导致矿石贫化,开展了富钴结壳预处理研究,目的通过选矿过程将富钴结壳与基岩分离,降低贫化率,减少冶炼处理量和消耗。

  (4)矿物资源的非传统利用以及选冶尾渣的综合利用

  主要从研究深海矿物的特殊微观结构和化学性质出发,探索大洋多金属结核和富钴结壳的特性与功能性材料的开发,开拓深海矿物资源的非传统利用领域;从环境保护和资源合理利用考虑,开展选冶尾渣资源化研究。

  2、深海生物基因资源开发技术

  深海生物基因资源的研究开发在国外已有十余年,我国尚处于起步、探索阶段。“十五”前期的主要工作是构建深海极端环境微生物基因文库,进行深海低温酶基因的克隆与表达研究,开展深海药物前体物的筛选。经过两年多的努力,研究进展顺利,填补了国内空白并在若干方向上居国际前沿。

  2001~2002年,分别采集了东太合同区、中太区和西太暖池区水深1800-5800米范围内深海沉积物及海水样品100余份。成功分离 6大类极端微生物,包括嗜酸、嗜碱、嗜盐、嗜热、嗜冷、嗜压微生物,从深海嗜压菌细胞膜中分离纯化出各种特殊不饱和脂肪酸。筛选出一批具有潜在工业价值的深海极端酶,包括酯酶、β-半乳糖苷酶、淀粉酶、胰蛋白酶、明胶酶、几丁质酶、纤维素酶。这些酶可用于奶制品生产中乳糖降解,发酵酿造业和角蛋白中氨基酸提取过程,食品加工(改变风味),化妆品,洗涤剂,制药(手性化合物),原油回收,制革脱胶等。

  建立了一系列特种生物技术,基因资源保藏、利用取得进展。随着一批新技术的成熟、新菌株和基因的发现,预期在“十五”末期初步确立我国在该领域的国际地位。

  3、加强人才培养与国际交流

  按照“持续开展深海勘查、大力发展深海技术、适时建立深海产业”的战略方针,资源加工项目加大了人才培养力度,一方面充分吸收优秀的专业人才,研究队伍的整体素质显著提高;另一方面,加快后备人才的培养, 2001—2003年,资源加工项目各课题培养研究生(硕士及博士)近20人,将为大洋事业的持续发展奠定基础。

  在国际合作与交流方面,与海金联、美国、韩国等就大洋矿产资源资源加工研究开展了技术交流,并就进一步合作进行了深入探讨;与日本、法国、美国等就生物基因资源开发进行了交流。

  四、“十五”后期工作重点及建议

  “十五”后期,矿产资源加工技术的重点是完成多金属结核冶炼加工中试车间建设及调试;开展100Kg/d规模的多金属结核冶炼试验和10Kg/d规模的富钴结壳冶炼试验。深海生物基因资源开发技术的重点是开展药用活性物质的筛选和嗜冷极端酶基因的克隆表达;开展深海热液区生物多样性调查。

  “十五”第一批课题安排总体是科学、合理的。在后期工作及第二批课题立项中应注意以下问题:

  (1)加强技术创新的同时,要重视技术的适用性;基础研究要与应用研究紧密结合。

  (2)加强研究能力建设,注意项目配套,提升研究手段,避免低水平重复,新项目的展开应有坚实的工作基础。

  (3)加强技术支撑点的培育,逐步建成国际一流的深海资源加工技术研发平台,持续服务于深海资源开发事业,促进科研成果向相关领域辐射和延伸,增强大洋矿产资源研究开发实力和自身的“造血”功能。