又稱鈷結殼、鐵錳結殼。生長在海底岩石或岩屑表面的皮殼狀鐵錳氧化物和氫氧化物。因富含鈷，名富鈷結殼。表面呈腎狀或鮞狀或瘤狀，黑色、黑褐色，斷面構造呈層紋狀、有時也呈樹枝狀，結殼厚05～6厘米，平均2厘米左右，厚者可達10～15厘米。構成結殼的鐵錳礦物主要為二氧化錳和針鐵礦。其中，含錳2.47%、鈷0.90%、鎳0.5%、銅0.06%（平均值）、稀土元素總量很高，很可能成為戰略金屬鈷、稀土元素和貴金屬鉑的重要資源。
基本介紹
- 中文名：富鈷結殼
- 別稱：鈷結殼、鐵錳結殼
- 生長環境：海底岩石或岩屑表面
- 表面：呈腎狀或鮞狀或瘤狀
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簡介
產地
主要產在水深800～3000米的海山和海台頂部和斜面上，其賴以生長的基質有玄武岩、玻質碎屑玄武岩及蒙脫石岩。主要生長期可能是10百萬年前和16～19百萬年前的兩個世代，生長速率為27～48毫米/百萬年。在太平洋天皇海嶺、中太平洋海山群、馬紹爾群島海嶺、夏威夷海嶺、麥哲倫海山、吉爾伯特海嶺、萊恩群島海嶺、馬克薩斯海台等地都有發現，其資源遠景巨大。
形成分布
富鈷鐵錳結殼氧化礦床遍布全球海洋，集中在海山、海脊和海台的斜坡和頂部。數百萬年以來，海底洋流掃清了這些洋底的沉積物。這些海山有一些和陸地上的山脈一樣大。太平洋約有50000座海山，其富鈷結殼貯存量最豐，但經過詳細勘測及取樣的海山卻寥寥無幾。大西洋和印度洋的海山要少得多。
結殼中的礦物很可能是借細菌活動之助，從周圍冰冷的海水中析出沉澱到岩石表面。結殼形成厚度可達25厘米，面積寬達許多平方公里的鋪砌層。據估計，大約635萬平方公里的海底(占海底面積1.7%)為富鈷結殼所覆蓋。據此推算，鈷總量約為10億噸。
結殼無法在岩石表面為沉積物覆蓋之處形成。結殼分布於約400-4000米水深的海底，多金屬結核則分布在4000-5000米水深的海底。最厚的結殼鈷含量最為豐富，形成於800-2500米水深的海山外緣階地及頂部的寬闊鞍狀地帶上。
結殼一般以每1至3個月一個分子層(即每100萬年1至6毫米)的速率增長，是地球上最緩慢的自然過程之一。因此，形成一個厚厚的結殼層可需要多達6000萬年時間。一些結殼有跡象顯示，結殼在過去2000萬年經歷兩個形成期，鐵錳增生過程為一層生成於800萬-900萬年前的中新世的磷鈣土所中斷。這一層在新、老物質之間的間隔可以為尋找更老、更豐富的礦床提供線索。最低含氧層的礦床較豐的現象，使調查人員將鈷的富集部分歸因於海水中的低含氧量。
根據品位、儲量和海洋學等條件，最具開採潛力的結殼礦址位於赤道附近的中太平洋地區，尤其是強斯頓環礁和美國夏威夷群島、馬紹爾群島、密克羅尼西亞聯邦周圍的專屬經濟區，以及中太平洋國際海底區域。此外，水深較淺地區的結殼的礦物含量比例最高，是開採的一個重要因素。
特點
除鈷之外，結殼還是其他許多金屬和稀土元素的重要潛在來源，如鈦、鈰、鎳、鉑、錳、磷、鉈、碲、鋯、鎢、鉍和鉬。結殼由水羥錳礦(氧化錳)和水纖鐵礦(氧化鐵)組成。較厚結殼有一定數量的碳磷灰石，大部分結殼含少量石英和長石。結殼鈷含量很高，可高達1.7%；在某些海山的大片面積上，結殼的鈷平均含量可高達1%。這些鈷的含量比陸基鈷礦0.1%至0.2%的含量高得多。在鈷之後，結殼中最有價值的礦物依次為鈦、鈰、鎳和鋯。
另外一個重要考慮因素是結殼與其附著生長的基岩在物理性質方面的反差。結殼在各類岩石之上生成，因此使用普通的遙感技術難以區分結殼及其基岩。然而，結殼與基岩的不同之處在於結殼發出高得多的伽馬射線。因此在勘查上覆沉積物較薄的結殼以及測量海山上的結殼厚度時，以伽馬射線進行遙感可能是有用的工具。
未來採礦者在尋找可以開採的結殼時，很可能注意以下一些特點。包括：水深不超過1000-1500米，年齡在2000萬年以上的大海山，其頂部沒有大環礁或暗礁，所處位置有持續的強烈底流，上覆水體較淺並且為成熟的低氧帶，遠離大量注入海洋的河流和風生碎屑物。此外，他們要尋找的海底應起伏不大，位於山頂階地、鞍狀地帶或隘口，坡度平緩並且當地沒有火山活動。鈷平均含量至少應為0.8%，結殼平均厚度不低於4厘米。
工業用途
富鈷結殼所含金屬(主要是鈷、錳和鎳)用於鋼材可增加硬度、強度和抗蝕性等特殊性能。在工業化國家，約四分之一至二分之一的鈷消耗量用於航天工業，生產超合金。這些金屬也在化工和技術產業中用於生產光電電池和太陽電池、超導體、高級雷射系統、催化劑、燃料電池和強力磁以及切削工具等產品。
勘探開採
為了確定可能比較高產的地區的位置，未來的採礦者首先需要繪製結殼礦床詳圖和小比例尺海山地貌綜合圖，包括地震剖面圖。一旦確定了取樣站，就可以部署拖網、岩芯取樣機以及聲納攝像機和視頻攝像機，以查明結殼、岩石和沉積物的類別和分布情況。為此需要裝備齊全的大型研究船來操作海底聲波信標和拖拽設備，並處理大量樣品。在較後階段需要載人潛器或遙控作業系統（ROV）。為進行環境評估，需部署測流計錨定設備和生物取樣設備。
開採結殼的技術難度大大高於開採多金屬結核。採集結核比較容易，因為結核形成於鬆散沉積物基底之上，而結殼卻或松或緊地附著在基岩上。要成功開採結殼，就必須在回收結殼時避免採集過多基岩，否則會大大降低礦石質量。一個可能的結殼回收辦法是採用海底爬行採礦機，以水力提升管系統和連線電纜上接水面船隻。採礦機上的鉸接刀具將結殼碎裂，同時又儘量減少採集基岩數量。已經提出的一些創新系統包括：以水力噴射將結殼與基岩分離；對海山上的結殼進行原地化學瀝濾，以聲波分離結殼。除日本外，對結殼開採技術的研究和開發有限。儘管提出了各種想法，但這一技術的研究和開發尚在初期階段。
相關資料
海山環境
需要對海山生物群落的性質進行更多研究，以便積累可靠的依據，就結殼勘探和採礦造成的環境問題提出建議。除了知道其複雜和變化大的特點外，對這些群落知之甚少；位於同一深度的兩座海山可能有完全不同的生物組成。海山生物群落的組成和特點由流型、地貌、海底沉積物及岩石類型和覆蓋面積、海山大小、水深及海水含氧量等因素確定。
另外還必須了解海山周圍的海流，以便開發適當的採礦設備和技術，並確定被擾動沉積物顆粒和廢物的擴散途徑。海山阻擋海流流動，產生各種更強的渦流和上升流，從而增加生物的初級生產力。這些海流的影響在海山頂部周圍的外緣最為強烈，也正是在這些地方找到最厚的結殼。
經濟因素
鈷和其他許多賤金屬一樣，現貨市場價格在過去30個月裡持續下降，從1999年5月每磅20美元以上跌至每磅10美元以下。在歷史上，鈷價波動較大。在1979年前薩伊沙巴省發生動亂期間，鈷價在數周之內激增三倍。當時薩伊約占全球供應量的一半。鈷生產在地域上遠沒有以前集中。但從中、短期來看，需求仍趨於缺乏價格彈性。只要認為可能出現供應問題，價格仍可能迅速倍增。
鈷供應不確定的一個原因是，在薩伊和尚比亞這兩個主要生產國，鈷是銅礦業的副產品。因此，鈷的供應量取決於對銅的需求。碲的供應量也是如此。這種不確定性已促使企業尋找其他代用品，因此市場僅略有增長。如果可以為這些金屬開發出其他重要來源，這將提供較有力的誘因，在產品中重新使用這些金屬，從而增加消耗量。對鈷以外的一種或多種結殼富含金屬的需求，最終可能成為開採結殼的驅動力。
沉睡洋底千萬年
大洋富鈷結殼是一種主要賦存在太平洋，而非大西洋或印度洋，水下頂面平坦、兩翼陡峭、形似“圓台”的海山斜坡上，水深1000米～3500米，色黑似煤，質輕性脆，結構疏鬆，表面常布滿花蕾似的瘤狀體，厚度一般為幾毫米至十幾厘米，形狀為板、結構疏鬆、結核或礫狀等的海相固結沉積物。由於沉積時古海洋環境的差異，富鈷結殼常呈現為成分和顏色不斷變化的多層構造特徵，如褐煤狀、多孔狀或無煙煤狀結殼分層。此外，據實地勘查及系統科學研究，它在太平洋不同區域的儲存特徵和富集規律也是五彩紛呈、千奇百態。它已靜靜地沉睡在那裡數千萬年了。資料顯示，富鈷結殼金屬鈷含量可高達2%，是陸地最著名的含鈷礦床中非含銅硫化物礦床含鈷量的20倍；貴金屬鉑含量也相當於地球上地殼含鉑量的80倍。若與我國東太平洋海盆大洋多金屬結核開闢區相比，其鈷含量高3倍～4倍，鉑含量高10多倍，海底面覆蓋率高3倍～4倍，單位面積重量高4倍～6倍。據不完全統計，太平洋西部火山構造隆起帶上，富鈷結殼礦床的潛在資源量達10億噸，鈷金屬量達數百萬噸，經濟總價值已超過1000億美元。因此，自上世界80年代以來，它一直是世界海洋礦產資源研究開發領域的熱點。
得來要憑真功夫
早在上世紀50年代，美國中太平洋考察隊在開展大洋基礎地質科學考察時，就發現了太平洋水下海山上存在著鐵錳質的殼狀氧化物，但未引起重視。此後，美國、俄羅斯亦曾分別對夏威夷群島和中太平洋海山上的鐵錳氧化物開展過調查。直到1981年德國“太陽號”科考船率先對中太平洋富鈷結殼開展專門調查後，富鈷結殼才真正受到世界各國政府的高度重視和海洋學家的密切關注。我國於上世紀90年代中期拉開了富鈷結殼正式航次調查的序幕。
相關事件
2012年9月4日，根據外交部網站提供的訊息，國際海底管理局公布信息，確認中國率先提交富鈷結殼礦區申請。如獲海管局核准，中國將在西太平洋獲得面積為3000平方公里的富鈷結殼資源專屬勘探礦區。
2013年7月19日電（記者朱慶翔）國際海底管理局19日核准了中國大洋礦產資源研究開發協會（簡稱“大洋協會”）提出的西太平洋富鈷結殼礦區勘探申請。中國成為世界上首個就3種主要國際海底礦產資源均擁有專屬勘探礦區的國家。
