錳結核

錳結核是沉澱在大洋底的一種礦石，又稱多金屬結核、錳礦球、錳礦團、錳瘤等，它表面呈黑色或棕褐色，形狀如球狀或塊狀，含有30多種金屬元素，其中最有商業開發價值的是錳、銅、鈷、鎳等錳結核的形態多樣，有球狀、橢圓狀、馬鈴薯狀、葡萄狀、扁平狀、爐渣狀等。

錳結核的大小尺寸變化比較懸殊，從幾微米到幾十厘米的都有，重量最大的有幾十公斤。

錳結核中各種有經濟價值的金屬成分的含量大約是：

錳(27-30%)

鎳(1.25-1.5%)

銅(1-1.4%)及鈷(0.2-0.25%)

鐵(6%)

硅(5%)及鋁(3%)

亦有少量鈣、鈉、鎂、鉀、鈦及鋇，連帶有氫及氧。

錳結核存在的形式為硅酸鹽和難溶性高錳酸鹽(錳結核高錳酸亞鈦、高錳酸鐵、高錳酸鋁等)的混合物。

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 %)、硅(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。

錳結核的物質來源，大致有四方面：

一是來徠自陸地、大陸或島嶼的岩石風化后釋放出鐵、錳等元素，其中一部分被海流帶到大洋沉澱；

二是來自火山，岩漿噴發產生的大量氣體與海水相互作用時，從熔岩中搬走一定量的鐵、錳，使海水中錳、鐵越來越多；

三是來自生物，浮游生物體內富集微量金屬，它們死亡后，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，分解后也進入海洋。

在海水中錳和鐵本來是處於飽和狀態的，由於河流夾帶作用，使這兩種元素含量不斷增加，引起了過飽和沉澱，最初是以膠體太的含水氧化物沉澱出來。在沉澱過程中，又多方吸附銅、鈷等物質並欲岩石碎屑、海洋生物遺骨等形成結核體，沉到海底后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。

關於錳結核的生成原因，一般認為是沉降於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佔鰲頭呢？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錳結核中金屬成份核吸到採礦工作船上來。

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。在冶鍊技術方面，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、冶鍊，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。

錳結核廣泛地分佈於世界海洋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，其中北太平洋分佈面積最廣，儲量佔一半以上，約為17000億噸。錳結核密集的地方，每平方米面積上就有100多公斤。

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58億噸，其金屬資源相當於陸地上總儲量的幾百倍甚至上千倍。

如果按照目前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。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"。

錳結核廣泛地分佈於世界海洋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。其中以北太平洋分佈面積最廣，儲量占錳結核(4張)一半以上，約為17000億噸。錳結核密集的地方，每平方米面積上就有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。這是一筆多麼巨大的財富啊！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，沉到海底后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。

錳結核開採方法有許多種，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：

鏈斗式採掘機械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。

錳結核所富含的金屬，廣泛地應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。

錳結核所含的鐵是鍊鋼的主要原料，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，廣泛應用於航空航天工業，有“空間金屬”的美稱。

近幾十年來，隨著冶金工業的迅速發展，陸地上的資源日漸緊缺。於是，人們把注意力轉向海洋，洋底錳結核的開發和利用終於被舊事重提。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。美國在大洋錳結核開發技術方面處於領先地位。

20世紀80年代，美國、日本、德國等國礦產企業組成跨國公司，取得日產錳結核300~500噸的開採成績。在冶鍊技術方面，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。

中國的海洋調查船1979年開始採集南太平洋的錳結核樣品。1988年初，“海洋4號”船在南海尖峰山區水深1480米處採獲猛結核262.72公斤，其中最重的一塊為39.3公斤。1988年底，“向陽紅16號”船在太平洋圈定10萬平方公里的猛結核遠景礦區，為研究、開發和利用海底寶藏提供了寶貴的資料。

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——塊可采儲量為20億噸的富礦區。

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。

同時，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”。

發現過程

1873年2月18日，正在做全球海洋考察的英國調查船“挑戰者號”在非洲西北加那利群島的外洋，從海底采上來一些土豆大小深褐色的物體。經初步化驗分析，這種沉甸甸的團塊是由錳、鐵、鎳、銅、鈷等多金屬的化合物組成的，而其中以氧化錳為最多。剖開來看，發現這種團塊是以岩石碎屑，動、植物殘骸的細小顆粒，鯊魚牙齒等為核心，呈同心圓一層一層長成的，像一塊切開的蔥頭。由此，這種團塊被命名為"錳結核"。

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、冶鍊技術的研究、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。

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，廣泛地應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。錳結核所含的鐵是鍊鋼的主要原料，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，廣泛應用於航空航天工業，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。