富钴结壳：海洋中的珍贵宝藏，分布广泛，资源远景巨大

富钴结壳：海洋中的珍贵宝藏，分布广泛，资源远景巨大

介绍

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起源

富钴结壳

主要产于水深800～3000米的海山、台地顶部及斜坡上，生长基质有玄武岩、玻璃玄武岩、蒙脱石等，主要生长时期可能为距今1000万年前和距今1600～1900万年前两个代，生长速率为27～48毫米/百万年。在太平洋皇帝海岭、中太平洋海山群、马绍尔群岛海岭、夏威夷海岭、麦哲伦海山、吉尔伯特海岭、莱恩群岛海岭、马克萨斯台地等均有发现，资源前景巨大。[3]

阵型分布

富钴铁锰壳氧化物矿床遍布全球各大洋，主要集中在海山、海脊和海台的斜坡和顶部。数百万年来，海底洋流将这些海底沉积物冲走。其中一些海山与陆地上的山脉一样高大。太平洋拥有约 50,000 座海山，是富钴壳矿床最多的海洋，但只有少数几座海山经过了仔细的勘测和采样。大西洋和印度洋的海山数量要少得多。

壳层中的矿物质很可能是由细菌活动从周围寒冷的海水中沉淀到岩石表面的。壳层形成厚达25厘米、覆盖数平方公里的铺砌层。据估计，约635万平方公​​里的海底（占海底面积的1.7%）被富钴壳层覆盖。据此推算，钴的总量约为10亿吨。

岩石表面被沉积物覆盖的地方无法形成地壳。地壳位于大约 400-4000 米的深度，而多金属结核则位于 米的深度。最厚的地壳富含钴，位于海山外缘的阶地上和顶部宽阔的鞍状山脊上，深度为 800-2500 米。

地壳通常以每 1 至 3 个月一个分子层（每 100 万年 1 至 6 毫米）的速度生长，这是地球上最慢的自然过程之一。因此，厚厚的地壳层可能需要长达 6000 万年才能形成。一些地壳显示出过去 2000 万年中形成两个阶段的证据，铁锰增生过程被 800 万至 900 万年前中新世形成的磷铁矿层打断。新旧物质之间的这种间隙可以为寻找更古老、更丰富的矿藏提供线索。最低氧层中矿藏的丰富性使研究人员将钴的富集部分归因于海水中低氧含量。

从品位、储量和海洋学条件来看，最有前景的壳矿开采区位于赤道附近的中太平洋，尤其是约翰斯顿岛和夏威夷群岛周边的专属经济区、马绍尔群岛、密克罗尼西亚联邦以及中太平洋的国际海底区域。另外，浅海区域壳矿含量最高，这也是开采的重要因素。

特征

除钴外，结壳也是许多其他金属和稀土元素的重要潜在来源，如钛、铈、镍、铂、锰、磷、铊、碲、锆、钨、铋和钼等。结壳由水锰矿（氧化锰）和水铁矿（氧化铁）组成，较厚的结壳有一定量的碳磷灰石，大多数结壳含有少量的石英和长石。结壳的钴含量很高，可达1.7%；在一些海山的大面积地区，结壳的平均钴含量可高达1%，这些钴的含量远远高于陆地钴矿0.1%～0.2%的含量。结壳中最有价值的矿物仅次于钴的是钛、铈、镍和锆。

另一个重要的考虑因素是地壳和其生长的基岩之间的物理特性对比。地壳形成于各种岩石上，因此使用常见的遥感技术很难区分地壳和基岩。然而，地壳与基岩的不同之处在于它们发射出更高的伽马射线。因此，伽马射线遥感可以成为一种有用的工具，用于探测上覆薄沉积物的地壳和测量海山的地壳厚度。

未来寻找可开采结壳的矿工可能会寻找以下特征。这些特征包括：大型海山深度不超过 1,000-1,500 米，历史超过 2000 万年，顶部没有大型环礁或珊瑚礁，位于具有强大而持续的底流、浅层上覆水域和成熟的低氧区的位置，远离流入海洋的大河和风吹碎屑。此外，他们还会寻找起伏较小的海底区域，位于山顶阶地、鞍部或山口，坡度平缓，没有局部火山活动。平均钴含量应至少为 0.8%，平均结壳厚度应不小于 4 厘米。

工业应用

富钴结壳中所含的金属（主要是钴、锰和镍）用于钢铁，以提高硬度、强度和耐腐蚀性等特殊性能。在工业化国家，约四分之一至二分之一的钴消耗量用于航空航天工业，以生产超级合金。这些金属还用于化学和技术工业，以生产光伏电池和太阳能电池、超导体、先进激光系统、催化剂、燃料电池和强力磁铁以及切削工具等产品。

勘探和采矿

为了找到潜在的产矿区，潜在采矿者首先需要详细的地壳沉积物地图和小比例尺的海山地貌综合图，包括地震剖面图。一旦确定了采样站，就可以部署拖网、岩芯采样器、声纳和摄像机来识别地壳、岩石和沉积物的类型和分布。这需要配备操作海底声学信标和拖曳设备并处理大量样品的大型研究船。后期需要载人潜水器或遥控潜水器 (ROV)。部署流速计锚和生物采样设备进行环境评估。

开采结壳的技术难度明显大于开采多金属结核。结核由于形成于松散的沉积物基底上，因此更容易采集，而结壳则松散或紧密地附着在基岩上。要成功开采结壳，在回收结壳时必须避免采集过多的基岩，否则矿石的质量将大大降低。回收结壳的一种可能方法是使用通过液压立管系统和连接电缆连接到水面船舶的海底爬行采矿机。采矿机上的铰接式切割器将结壳碎裂，同时最大限度地减少收集到的基岩量。已经提出的一些创新系统包括：使用液压喷射将结壳与基岩分离；在海山上原地化学浸出结壳；以及使用声波分离结壳。日本以外的结壳开采技术的研究和开发有限。尽管已经提出了各种想法，但这项技术的研究和开发仍处于早期阶段。[1]

相关信息报告

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海山环境

需要对海山群落的性质进行更多研究，以便为提出有关结壳勘探和开采所造成的环境问题的建议奠定坚实的基础。人们对这些群落知之甚少，只知道它们非常复杂且变化多端；同一深度的两个海山可能具有完全不同的生物组成。海山群落的组成和特征取决于洋流模式、地貌、海底沉积物和岩石类型及覆盖范围、海山大小、水深和海水含氧量等因素。

了解海山周围的洋流也很重要，这样才能开发适当的采矿设备和技术，并确定受干扰的沉积物颗粒和废物的扩散路径。海山会阻挡洋流，形成更强的涡流和上升流，从而提高生物的初级生产力。这些洋流的影响在海山顶部周围的外缘最强，那里有最厚的地壳。

经济因素

除了钴含量高于深海锰结核外，开采锰结壳还被认为具有优势，因为优质锰结壳储存在岛国专属经济区内，靠近沿海设施的浅水区。锰结壳的经济潜力在 20 世纪 70 年代末得到认可，尤其是 1978 年，当时世界最大的钴生产国扎伊尔（刚果民主共和国）的矿区爆发内战，钴价飙升。随着刚果民​​主共和国的产量持续下降，到 2000 年，赞比亚、加拿大和俄罗斯联邦合计占全球总产量的一半以上（29,500 吨）。

钴和许多其他基本金属一样，现货市场价格在过去 30 个月内下跌，从 1999 年 5 月的每磅 20 多美元跌至每磅 10 美元以下。钴的价格历来波动较大。1979 年，前扎伊尔沙巴省发生动乱，钴价在几周内上涨了两倍。当时，扎伊尔约占全球供应量的一半。钴生产的地理集中度远不如以前。但短期和中期内，需求仍然倾向于价格缺乏弹性。只要人们认为可能存在供应问题，价格仍可能迅速上涨。

钴供应不确定的原因之一是，在两个主要生产国扎伊尔和赞比亚，钴是铜矿开采的副产品。因此，钴的供应取决于对铜的需求。碲的供应也是如此。这种不确定性促使企业寻找其他替代品，因此市场仅略有增长。如果能够开发这些金属的其他重要来源，这将提供更强大的动力来在产品中重新使用这些金属，从而增加消费量。对钴以外的一种或多种富含地壳金属的需求最终可能成为开采地壳的驱动力。

在海底沉睡了数百万年

大洋富钴结壳是一种海相固结沉积物，主要分布在太平洋，大西洋和印度洋并不多见。它水下顶面平坦，两翼陡峭，形似海山斜坡上的“截头圆锥体”，水深1000～3500米，呈煤黑色，质轻而脆，结构疏松，表面常覆有芽状结核，厚度一般为几毫米至十几厘米，形状为板状、疏松结构、结核或砾石状。由于沉积时古海洋环境的差异，富钴结壳常呈现成分和颜色不断变化的多层结构特征，如褐煤状、多孔状或无烟煤状的结壳层理。此外，根据野外调查和系统的科学研究，其在太平洋不同区域的储集特征和富集规律也是丰富多彩、千差万别，它在那里已经静静地沉睡了数千万年。 数据显示，富钴结壳钴含量可高达2%，是陆地上最著名的含钴矿床中非铜硫化物矿床钴含量的20倍；贵金属铂含量也相当于地壳铂含量的80倍。与我国东太平洋盆地多金属结核发育区相比，其钴含量高3～4倍，铂含量高10倍以上，海底覆盖率高3～4倍，单位面积重量高4～6倍。据不完全统计，西太平洋火山构造隆起带富钴结壳矿床潜在资源量达10亿吨，钴金属量达数百万吨，总经济价值已超过1000亿美元。 因此自20世纪80年代以来一直是世界海洋矿产资源研究与开发领域的热点。

需要付出真正的努力才能得到它

早在上世纪50年代，美国中太平洋考察队在进行基础地质科学调查时，就发现了太平洋水下海山存在铁锰结壳氧化物，但并未引起人们的重视。此后，美国和俄罗斯也分别对夏威夷群岛和中太平洋海山进行了铁锰氧化物调查。直到1981年，德国“太阳”号科考船率先对中太平洋富钴结壳进行了专门调查，富钴结壳才真正受到世界各国政府的高度重视和海洋学家的密切关注。我国于上世纪90年代中期拉开了富钴结壳正式航次调查的序幕。

相关事件

2012年9月4日，据外交部网站提供的消息，国际海底管理局发布消息称，中国率先提出富钴结壳矿区申请，如获管理局批准，中国将获得西太平洋3000平方公里富钴结壳资源的独家勘探面积。

2013年7月19日（记者朱庆祥）国际海底管理局19日批准了中国大洋矿产资源研究开发协会（以下简称“中国大洋会”）提交的西太平洋富钴结壳矿区勘探申请。中国成为世界上第一个对三大国际海底矿产资源拥有专属勘探区域的国家。[2]