海底採礦是對海底礦產資源進行開採的工作，主要採集水深較淺的海底表層沉積物，如砂礦、磷灰石及多金屬結核等。現階段海底資源的開採關鍵技術主要有 2 個方面：一是海底礦體的採掘；二是礦石的水下提升運輸。而其中的核心是技術難度較大的海底採礦設備和礦石提升設備。目前， 世界上公認的最有套用前景的海底開採裝置有 3 種：鏈斗式採礦裝置、 氣壓式採礦裝置和水泵式採礦裝置。
基本介紹
- 中文名：海底採礦
- 外文名：submarine mining
- 學科：海洋地質學
- 釋義：海底礦產資源進行開採的工作
開發現狀,技術特點,技術挑戰,
開發現狀
與陸地礦產資源開發一樣，在開採海底礦產之前，也必須進行大量的地質勘查工作，研究礦床的地質成礦條件， 掌握礦床的地質構造和成因， 查明目標礦床的分布範圍、 面積、 埋深、 儲量、 品位以及當地自然條件和海陸運輸能力等。在此基礎上， 根據礦產的形態選擇合適的開採方法、 裝備和設施。然而， 就人類對海底礦物資源的了解情況而言，可以認為， 迄今為止海底仍然是一個未知的世界。據美國國家科學院專家估計，99%的海底尚未得到勘查或調查。其原因很簡單， 一是海底勘察的難度比陸地大得多， 必須依賴強力技術支持；二是相對容易的陸地資源尚未枯竭，人類對海底資源開發的需求並非迫切。所以， 人類對整個海底的研究尚處於較為初始的階段， 不僅對海底的區域地質構造、 地層、 岩性等情況研究甚少， 甚至連幾個大洋海底的地貌也沒有完全掌握， 只是對一些已知區域進行了比較詳細的研究與勘查。根據衛星測高技術資料， 超過 1 000 m 的海底山大約有 10 萬座， 僅在太平洋就有約 5 萬座， 而迄今只對其中 15 座進行了填圖和取樣。
根據已經掌握的資料， 目前人類可以利用的海底礦物資源主要有以下幾種形式：①多金屬結核(錳結核)；②海底 “黑煙囪” (錳結核)；③富鈷的鐵錳結核殼；④多金屬硫化礦。迄今發現的海底熱泉有 300 多處， 其中 65 % 在大洋中的山脈， 22 % 在弧後盆地，12 %在火山島弧， 1 % 在板塊中央弧。1978 年發現了第一個海底多金屬硫化礦床， 位於東太平洋海底高地， 高達 10 英尺。
眾所周知， 按照現代地質學理論， 海底礦床的形成與陸地礦床的成因基本上是一致的。所以大多數陸地資源的勘查技術都可以移植到海底資源勘察， 只是需要克服海洋的特殊環境所帶來的許多困難， 比如海水的壓力、 海水的腐蝕、 海底的黑暗等因素。經過多年開發套用的海洋大陸架礦床資源的勘探與開採技術、 海上油氣開採的鑽井平台技術以及海底石油勘探技術等都可以直接用於海底金屬礦物的勘探與開採。在陸地勘探套用已經成熟的航測、 遙感、 磁測技術以及海洋聲納探測技術都已套用于海底資源的勘探。地震反射勘察技術(Seismic reconnaissance) 使得海底勘探比陸地成本更低， 並且勘探深度可達近2 000 m。現在用於深海勘探的拖曳艙、 遙控艙、 海底機器人等技術日臻成熟， 已經大量套用於深海資源的勘探與開發作業。
技術特點
目前， 海底金屬礦產資源的開發剛剛起步， 還停留在深海底面表層礦產資源的開發階段， 開採方式還是以挖掘海底的鬆軟岩體為主。在海底金屬礦產資源開發處於前沿的兩家公司分別是加拿大的鸚鵡螺礦業公司(Nautilus Minerals)和總部設於澳大利亞的海王星礦業公司(Neptune Minerals)。現階段海底資源的開採關鍵技術主要有 2 個方面：一是海底礦體的採掘；二是礦石的水下提升運輸。而其中的核心是技術難度較大的海底採礦設備和礦石提升設備。目前， 世界上公認的最有套用前景的海底開採裝置有 3 種：鏈斗式採礦裝置、 氣壓式採礦裝置和水泵式採礦裝置。鏈斗式採礦裝置是在高強度的聚丙二醇脂繩上每隔 25 ～50 m 安裝 1 個採礦戽斗， 開採時船首的牽引機帶動繩索， 使戽斗不斷地在海底拖過，挖取錳結核並提升到船上。1970 年 8 月， 日本已在太平洋水深 4 000 m 處成功地進行了試驗。氣壓式採礦裝置是將集礦頭置於洋底， 開動船上的高壓氣泵， 高壓空氣沿輸氣管道向下， 從輸礦管的深、 中、 淺3 個部位注入， 在輸礦管中產生高速上升的固、 液、 氣三相混合流， 將經過篩濾系統選擇過的結核提升至採礦船內， 提升效率約 30 % ～35 %。水泵式採礦裝置是將高效的離心泵放在輸送管道中間的浮筒內， 浮筒內充以高壓空氣， 支撐離心泵和管道浮在水中；由於高效離心泵的作用而產生高速上升的水流， 使錳結核和水一起沿管道提升至採礦船內。
多金屬軟泥也是一種具有開採價值的深海礦產資源。德國已研製成功一種開採紅海多金屬軟泥的裝備， 即在採礦船下拖曳 1 根 2 000 m 長的鋼管柱，柱的末端裝有 1 個抽吸裝置;裝置內的電控擺篩能攪動像牙膏狀的軟泥， 通過真空抽吸裝置、 吸礦管， 把含有海水的金屬軟泥吸到採礦船， 然後經過處理並除去水分， 最後即可獲得含有 32 %鋅、 5 %銅和 0.074 %銀的濃縮金屬混合物。
海底採礦與海洋環境海底採礦面臨另一個嚴峻的問題就是對海洋環境的影響。現有的試驗表明， 當對海底礦物進行開採時， 可以產生 3 大環境問題：
1)對海底產生巨大影響。當採礦器械進行礦物採集時， 將會嚴重的破壞海底表面達數厘米， 並產生巨大的渦流， 這將對海底的動植物產生滅頂之災。
2)採礦船排放廢水。當將礦石從海底提升到水面裝船時， 不可避免的將大量的泥漿帶入到海洋表面， 這將產生一些金屬離子進入到海洋中造成污染。海底礦物的開採， 會將大量的海底泥漿帶入到海洋表面， 使海水的透光性變差， 直接影響到海洋植物的光合作用， 同時， 溫度較低的底層海水被帶到上層海面，也會使海水的溫度發生變化。
3)對海岸產生的影響。
技術挑戰
首先是技術難題。目前人類所掌握的知識， 尚不足以對海洋礦產資源的形成進行完全的解釋， 所以地質學家還不能像在陸地勘查找礦那樣， 對海底礦藏進行找礦預測。20 世紀 70 年代末當人們在海底先後發現鈷礦床和多金屬硫化礦床時， 科學家們甚至感到非常驚奇。
其次是海底地貌複雜， 基本上由一系列海底山丘和峽谷組成；礦床位處深海， 不少海底資源位於海平面以下 3 000 m 到 5 000 m；海底岩性變化複雜， 從軟泥到脆性岩殼， 以及堅硬岩體;海水壓力隨海洋深度增加而增加， 海底資源的開發要克服巨大的海水壓力；深度在數百英尺而不是數千英尺時， 採礦並不困難， 人們在淺海開採錫礦、 磷灰石、 工業用沙和礫石的歷史已經有幾十年。
最後是海底礦床基礎地質資料缺乏， 在一個一片漆黑的未知世界裡， 開發海底礦物將有許多的基礎問題需要解決。
