|
深海底蕴藏着丰富的矿产资源，其中的多金属结核资源潜力巨大，富含新能源技术发展所需锰、镍、铜、 钴等金属。然而，这些资源的开发利用，必须通过开采技术将赋存在数千米深海底的结核采集提升到海面并输运到陆地。因此，深海多金属结核开采技术是决定能否真正利用这些海底矿产资源的关键。另一方面，深海多金属结核的开采也面临许多问题。深海底的巨大水压力、无自然光、电磁波传播严重衰减、深海的风浪流复杂流场，使深海多金属结核的开采面临极为严峻恶劣的超常极端环境。深海多金属结核的特殊赋存状态、深海采矿的特殊环境保护要求，使得深海多金属结核的开采原理、工艺和装备不能直接采用陆地上已发展成熟的采矿技术，也与海洋油气的开采明显不同。因此，自深海多金属结核的商业价值被认识到后，人类便开始了深海多金属结核开发利用的努力，从开采方法和技术原型的探索、开采关键技术的攻关，到面向商业开采的采矿系统开发，付出了不懈的努力，也取得了丰硕的成果。本文先归纳综述深海多金属结核开采技术研究的发展历程，然后重点分析整理中国深海多金属结核的研究进展。 一、早期采矿系统海试及技术可行性的研究 1970 年代，基于对当时金属市场需求及陆地矿产资源储备的估计，国际上开始关注深海多金属结核的商业开采，以美国为首的一些工业国家组成了几个国际财团，加紧了对深海多金属结核开采的研究， KCON（Kennecott Consortium）、OMA（Ocean Mining Associates），OMI（Ocean Mining Inc）和 OMCO（Ocean Minerals Company-Lockheed）等 4 个国际财团在太平洋克拉里昂—克里帕顿地区（Clarion-Clipperton Zone，CCZ）开展了系列 5 000 m 级深海多金属结核中试采矿系统采矿海试。这些财团使用的深海多金属结核开采海试系统的组成基本相同，都是由在海底采集结核的集矿机、水面的采矿船，以及将集矿机采集到的结核从海底通过提升管输送到水面的采矿船的提升系统 3 个部分组成。因为都具有 5 000 m 长的输送管道，所以，也将这一代采矿系统称为管道提升式采矿系统。 二、中期深海多金属结核采集与提升关键技术的攻关 1982 年，联合国第三次海洋法会议通过《联合国海洋法公约》并开放签字。该公约在确立国际海底区域的资源为全人类共同继承财产的同时，也提出了一个先驱投资者登记制度，允许 1985 年前在国际海底活动中投资额度超出一定值的缔约国可以用“先驱投资者”的身份进行国际海底矿产资源调查评价和采矿设备研究测试。1990 年，印度、韩国、日本、中国等 7 个国家或实体登记为先驱投资者，开始深海矿产资源勘探开发工作。然后，2000-2001 年，这些国家或实体又先后与国际海底管理局签订多金属结核勘探合同，并根据合同要求开展深海多金属结核开采的可行性研究，形成了继 1970 年代西方财团之后的新一轮深海多金属结核开采技术研究。与前不同的是，这些先驱投资者（或合同承包者）的研究基本上是在国家专项支持下开展，研究内容也更加注重深海多金属结核开采中的关键技术攻关。具体来说，中、韩、印等都是采用了水力管道提升式的基本技术原型，但印度采用的是全软管输送方案。这阶段关键技术的攻关主要集中在以下三个方面。
深海采矿系统 三、近期商业化和高环保要求形势下的采矿技术研究 进入新世纪后，新能源技术的发展加大了对深海矿产资源开发的需求，进而引起了各国对深海矿产资源商业开发的高度关注并加大了布局。2000 年国际海底管理局多金属结核勘探规章通过后，在早几年内只有早期的7个先驱投资者与国际海底管理局签订了勘探合同，2006 年，德国联邦地球科学和自然资源研究所（BGR）与国际海底管理局签订勘探合同。2010 年后，英国海底资源有限公司（UKSR）在国际海底申请两块矿区，并与新加坡大洋矿产有限公司合作申请一块矿区；比利时全球海洋矿物资源公司（GSR）在国际海底申请矿区，并支持库克群岛投资公司申请一块矿区，另外一些西方企业也借壳汤加、瑙鲁、基里巴斯等太平洋小岛国申请国际海底多金属结核矿区。与早期 7 个先驱投资者主要为国家或所管辖的国有企业不同，2010 年代后成为勘探合同承包者的大都是私营企业，开发深海多金属结核的商业目的十分明确，对深海多金属结核采矿系统研发也更加注重商业化。同期，欧盟也开展了“BLUE MINING”和“BLUE NODULES”计划，组织和支持欧洲企业开展深海矿产资源开发技术与装备的研发。 ! c4 d1 C# ^* v* \8 s
| 
