基本介紹
- 中文名：錳結核
- 外文名：halobolite
- 又稱：多金屬結核
- 實質：鐵、錳氧化物的集合體
- 顏色：常為黑色和褐黑色
- 形態：形態多樣
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礦石簡介
錳結核主要成分
錳結核錳結核中各種金屬成分的含量大約是：有經濟價值的有錳(27-30 %)、鎳(1.25-1.5 %)、銅(1-1.4 %)及鈷(0.2-0.25 %)。其他成分有鐵(6 %)、矽(5%)及鋁(3%)，亦有少量鈣、鈉、鎂、鉀、鈦及鋇，連帶有氫及氧。
銅、鈷、鎳等76種金屬元素是陸地上緊缺的礦產資源，有必要開採海底錳結核獲取這些金屬。美國錳礦全靠進口，對從錳結核生產錳也大感興趣，所以美國最為重視錳結核開發。美國在大洋錳結核開發技術方面也處於領先地位。
形成來源
來源
它的物質來源，大致有四方面：
錳結核
錳結核三是來自生物，浮游生物體內富集微量金屬，它們死亡後，屍體分解，金屬元素也就進入海水。
四是來自宇宙，有關資料表明，宇宙每年要向地球降落2000~5000噸宇宙塵埃，它們富含金屬元素，分解後也進入海洋。
原因
關於錳結核的生成原因，一般認為是沉降于海底的各種金屬的氧化物，以帶極性的分子形式，在電子引力作用下，以其他物體的細小顆粒為核，不斷聚集而成。這個理論也有不能自圓其說之處。錳在海水中的含量並不算多，為什麼卻會在錳結核中獨占鰲頭呢?錳結核的成因有待繼續研究。
研究試驗的錳結核開採方法也有許多種。比較成功的方法有鏈鬥法、水力升舉法和空氣升舉法等幾種。鏈斗式採取掘機誡就像舊式農用水車那樣，利用絞車帶動掛有許多戽斗的繩鏈不斷地把海底錳結核採到工作船上來。
水力升舉式海底採礦機械，是通過輸礦管道，利用水力把錳結核連泥帶水地從海底吸上來。空氣升舉法同水力升舉原理一樣，只是直接用高壓空氣連泥帶水地把錳結核吸到採礦工作船上來。
錳結核中金屬成份
錳結核中金屬成份80年代，美國、日本、德國等國礦產企業組成的跨國公司，使用這些機械，取得日產錳結核300~500噸的開採成績。在冶煉技術方面，美、法、德等國也都建成了日處理錳結核80噸以上的試驗工廠。總之，錳結核的開採、冶煉，在技術上已不成問題，一旦經濟上有利，便可形成新的產業，進入規模生產。
儲量分布
錳結核廣泛地分布於世界海洋2000~6000米水深海底的表層，而以生成於4000~6000米水深海底的品質最佳。錳結核總儲量估計在30000億噸以上。其中以北太平洋分布面積最廣，儲量占一半以上，約為17000億噸。錳結核密集的地方，每平方米麵積上就有100多公斤，簡直是一個挨一個鋪滿海底。在全世界的大洋里它的總儲量達10的12次方的三倍噸。
錳結核中50%以上是氧化鐵和氧化錳，還含有鎳、銅、鈷、鉬、鈦等20多種元素。僅就太平洋底的儲量而論，這種錳結核中含錳4000億噸、鎳164億噸、銅88億噸、鈷98億噸，其金屬資源相當於陸地上總儲量的幾百倍甚至上千倍。如果按照2006年世界金屬消耗水平計算，銅可供應600年，鎳可供應15000年，錳可供應24000年，鈷可滿足人類130000年的需要，如果把它們全開採出來，錳可供人類3.33萬年，鎳可以用2.53萬年，鈷可用34萬年，銅可以用980年。這是一筆多么巨大的財富啊！而且這種結核增長很快，每年以1000萬噸的速度在不斷堆積，因此，錳結核將成為一種人類取之不盡的"自生礦物"。錳結核是怎樣形成的呢？科學家估計，地球已有50億年的歷史，在這過程中，它在不斷地變動。通過地殼中岩漿和熱液的活動，以及地殼表面剝蝕搬運和沉積作用，形成了多種礦床。雨水的沖蝕使地面上溶解一部分礦物質流入了海內。在海水中錳和鐵本來是處於飽和狀態的，由於這種河流夾帶作用，使這兩種元素含量不斷增加，引起了過飽和沉澱，最初是以膠體態的含水氧化物沉澱出來。在沉澱過程中，又多方吸附銅、鈷等物質並與岩石碎屑、海洋生物遺骨等形成結核體，沉到海底後又隨著底流一起滾動，象滾雪球一樣，越滾越大，越滾越多，形成了大小不等的錳結核。
據估計，全世界各大洋底錳結核的總量可能有3萬億噸，光太平洋底錳結核就有17 000億噸，其中含錳有4000億噸，鎳164億噸，銅88億噸，鈷58億噸。
利用價值
有的錳結核錳含量達到55%，除錳以外還含有鐵、鎳、銅、鈷、鈦等20多種金屬元素，含量都很高。錳結核所富含的金屬，廣泛地套用於現代社會的各個方面。如金屬錳可用於製造錳鋼，極為堅硬，能抗衝擊、耐磨損、大量用於製造坦克、鋼軌、粉碎機等。錳結核所含的鐵是煉鋼的主要原料，所含的金屬鎳可用於製造不鏽鋼，所含的金屬鈷可用來製造特種鋼。所含的金屬銅大量用於製造電線。錳結核所含的金屬鈦，密度小、強度高、硬度大，廣泛套用於航空航天工業，有“空間金屬”的美稱。錳結核不僅儲量巨大，而且還會不斷地生長。生長速度因時因地而異，平均每千年長1毫米。以此計算，全球錳結核每年增長1000萬噸。錳結核堪稱“取之不盡，用之不竭”的可再生多金屬礦物資源。
錳結核里包含多種戰略物資，必將引起資源爭奪。1978年，日本採礦船用抽吸式和氣動提升式採集錳結核獲得成功。美國已用20萬噸級的採礦船，用自動控制的設備採集南太平洋底的錳結核。
礦石發現
1872～1876年，英國的一艘叫“挑戰者”號的三桅帆船，在海上進行了長達3年多的考察，這次考察收穫不小，隊員們帶回了一些黑不溜秋的像瘤子一樣的東西，是從不同地區的海底撈上來的，開始誰也不知道是什麼，於是就拿到化驗室去分析，結果發現這種像瘤子一樣的玩藝兒的主要成分是錳，於是有人就把這種黑玩意叫“錳礦瘤”，因為它又像患結核病人的結核，所以後來都叫錳結核或金屬結核。
後來，美國的海洋學家聽到英國考察隊的收穫後，也派人在太平洋海底尋找這種礦物，一次，在夏威夷附近的海底發現了一塊重達57千克的錳結核。更巧的一次是海洋學會的一條水下電纜發生故障，在修理電纜的過程中，他們發現了一個更大的錳結核，有136千克重。可惜的是，這些人嫌它太重，只給它描繪了一張圖，就又把它丟進了海里，結果一個極好的錳結核標本沒有能進入海洋博物館。
不久，前蘇聯的維特亞茲考察隊在印度洋海底也發現了含鐵和錳的鐵錳結核。但是，在第二次世界大戰以前，人們對深海里的這些東西並沒有很大興趣，一是陸地上的錳和鐵並不感到缺乏，二是到海底撈這些東西也挺費事，覺得不合算。但到第二次世界大戰之後，世界上生產的錳鋼越來越多，錳這類金屬(還有銅、鎳、鈷等)就愈來愈缺乏。於是，人們就想起了海底的這些寶貝。尤其是美國、法國、德國、前蘇聯、日本、紐西蘭、印度等國對深海錳結核開展了大量的勘察工作，都想從海底把這些金屬礦弄出來。要知道，有些錳結核中的錳含量高達50%，鐵含量達27%。有些錳結核中的二氧化錳含量竟達98%，甚至可以不進行什麼處理就能直接用來生產一種蓄電池。
深海錳結核
深海錳結核開發利用
國外
20世紀初，美國海洋調查船“信天翁號”在太平洋東部的許多地方採到了錳結核，並且得出初步的估計報告說：太平洋底存在錳結核的地方，其面積比美國都大。儘管如此，在那時也沒有引起人們多大的重視。
1959年，長期從事錳結核研究的美國科學家約翰·梅羅發表了他的關於錳結核商業性開發可行性的研究報告，引起許多國家政府和冶金企業的重視。此後，對於錳結核資源的調查、勘探大規模展開。開採、冶煉技術的研究、試驗也迅速推進。在這方面投資多、成績顯著的國家有美國、英國、法國、德國、日本、俄羅斯、印度及中國等。到80年代，全世界有100多家從事錳結核勘探開發的公司，並且成立了8個跨國集團公司。
中國
中國從70年代中期開始進行大洋錳結核調查。
1978年，“向陽紅05號”海洋調查船在太平洋4000米水深海底——首次撈獲錳結核。此後，從事大洋錳結核勘探的中國海洋調查船還有“向陽紅16號”、“向陽紅09號”、“海洋04號”、“大洋一號”等。經多年調查勘探，在夏威夷西南，北緯7度至13度，西經138度至157度的太平洋中部海區，探明一塊可采儲量為20億噸的富礦區。
深海錳結核
深海錳結核1991年3月，“聯合國海底管理局”正式批准“中國大洋礦產資源研究開發協會”的申請，從而使中國得到15萬平方公里的大洋錳結核礦產資源開發區。問時，依據1982年《聯合國海洋法公約》，中國繼印度、法國、日本、俄羅斯之後，成為第5個註冊登記的大洋錳結核採礦“先驅投資者”。
2011年7月28日，30日，中國5000米蛟龍號載人潛水器順利完成5000米級海上試驗第三，四次下水任務，“蛟龍”號成功下潛5000米深度後，給我們帶回來了5000米海底錳結核的畫面，這也是5000米海底錳結核畫面的首度曝光。“蛟龍”號同時帶回5000米海底錳結核樣本，中國開發海底錳結核礦源邁出重要一步。
2013年7月3日，正在進行首次試驗性套用航行的“蛟龍號”載人潛水器在南海“蛟龍海山”區下潛，並在海底發現大面積鐵錳結核。“蛟龍號”號帶回了8塊鐵錳結核，其中5塊比雞蛋略大，另外3塊則比成人拳頭還大，表層都呈黑色。
“蛟龍”號拍攝到的海底鐵錳結核
“蛟龍”號拍攝到的海底鐵錳結核在鐵錳結核樣品中，有一塊被潛水器機械手夾碎。同濟大學教授周懷陽指著這塊樣品對記者說：“裡面這個圓核就是火山的熔岩，外面一圈一圈的就是鐵錳氧化物，是上萬年逐漸形成的。如果打磨一下，就可以看到外面這些圈像樹的年輪一樣，具體這塊結核有多少年歷史需要在實驗室測定。”
按計畫，“蛟龍”號還將在這個海域下潛2次，繼續對“蛟龍海山”進行科學調查。
“這次遺憾的是沒有採集到岩石樣本，希望下兩個潛次能彌補這一缺憾。”周懷陽說，“南海的形成時間、形成方式和物質來源至今仍存疑問，而海山與南海基底的形成有密切關係。通過對海山岩石樣品的年齡測定、成分分析及其時空變化分析，可以對這一重大科學問題的解決提供幫助。”
