海底采矿车计划今年下海采样:验证深海富钴结壳矿开采技术可行性

正长沙矿山研究院有限责任公司海洋采矿研究所不久前传来喜讯——"一种海底富钴结壳矿区采矿实验车"获得国家发明专利。该专利为"十二五"国家大洋重大专项"富钴结壳资源评价"的重点专项"富钴结壳开采可行性及规模取样装置研究"前期研究的阶段成果。该成果计划今年在西太平洋我国富钴结壳合同区内应用。     

中太平洋富钴结壳的研究

大洋富钴结壳是国际海底极为重要的矿产资源,它广泛地分布于水深５００～３０００ｍ的海底山坡上,覆盖率可达７０％～１００％,丰度达３０～７０ｋｇ／ｍ２,富含钴、镍、铜、铂、金、锰等多金属元素。从８０年代起,许多发达国家就开展了广泛的研究。本文从采矿工程角度对我国中太平洋富钴结壳初期调查所取得的资料进行分析研究,这对我国大洋富钴结壳的开发利用有着重要的实用价值和指导意义。     

富钴结壳微地形建模及分析

简述了海底富钴结壳的分布特征,把富钴结壳微地形简化为一系列圆锥表面,从数学的角度及采矿车采矿头的角度对富钴结壳的微地形进行了分析。认为以采矿头开采富钴结壳,其实就是再现富钴结壳层的下表面或基岩表面,因此可将其看作是数学上的曲面拟合问题。其次,从采矿头的角度提出了“伪突起”的概念,且找出了“伪突起”的大小与结壳厚度及要求的矿石贫化率之间的关系。本文的微地形建模及其分析对海底采矿车行走机构、采矿头的设计及富钴结壳厚度的检测等有一定的参考价值。     

海底采矿车获得国家发明专利

2017年12月,长沙矿山研究院有限责任公司院海洋采矿研究所传来喜讯：“一种海底富钴结壳矿区采矿实验车”荻批国家发明专利。该专利为“十二五”国家大洋重大专项“富钴结壳资源评价”的重点专项“富钴结壳开采可行性及规模取样装置研究”前期研究的阶段成果。     

富钴结壳采矿车微地形行走技术的研究现状

富钴结壳采矿车需要在复杂的海底矿区微地形上采集钴结壳,前提是解决微地形行走技术问题。针对富钴结壳微地形特点和物理特性,提出了富钴结壳采矿车的基本性能要求,总结了国内外富钴结壳采矿车的发展历程、结构型式设计并进行了综合评述,提出了富钴结壳采矿车亟待解决的关键技术问题和主要发展方向。     

我国富钴结壳矿床开采技术研究分析(下)

叙述了国际大洋矿产开采从多金属结核转向富钴结壳矿床开采技术研究的必然性;分析了我国在该项技术研究中应注意的几个问题;并参照国外经验,列举了实现我国富钴结壳矿床开采的11个技术课题。     

我国富钴结壳矿床开采技术研究分析(上)

叙述了国际大洋矿产开采从多金属结核转向富钴结壳矿床开采技术研究的必然性；分析了我国在该项技术研究中应注意的几个问题；并参照国外经验，列兴了实现我国富钴结壳矿床开采的１１个技术课题。     

适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究

大洋富钴结壳富含战略金属钴等元素,极具开采价值。然而富钴结壳厚度的变化及其赋存的海底微地形的复杂性使得其开采比较困难。为现有的适应富钴结壳微地形的采掘机构合理搭建控制系统,并针对该系统设计有效的控制算法成为目前的关键技术。针对采矿头的特点,对其控制系统的研究与设计,控制系统共由5部分组成:液压系统、微地形检测装置、通讯装置、控制和监测装置及数据存储装置。根据深海实际开采要求采用了广泛用于采掘机械的微控制器和监视器,设计了参数模糊自整定PID控制器。在深水池进行了模拟料切削试验。结果表明,该控制系统各部分协调性好,具有适应微地形的能力。     

我国富钴结壳矿床开采技术研究分析（下）

叙述了国际大洋矿产开采从多金属结核转向富钴结壳矿床开采技术研究的必然性,分析了我国在该项技术研究中应用注意的几个问题,并参照国外经验,列举了实现我国富钴结壳矿床开床的１１个技术课题。     

基于分形理论的富钴结壳微地形可视化实现

海底富钴结壳矿床的开采，需要实时掌握富钴结壳矿区的微地形特性。全文首先通过线形变换，把富钴结壳矿区所测的原始数字高程数据映射到[0，1]区间；然后，根据微地形的分形特性，采用常见的中点位移法对微地形高程数据进行分形插值，并进行三角网格剖分，在VC 环境下，利用OpenGL三雏图形标准，编程绘制出海底微地形图。整个系统编程算法精练高效、界面友好，并通过实验验证，仿真地形形象逼真、真实可靠，为实现深海微地形可视化提供了解决途径。     

板状富钴结壳浮选优化试验研究

在"十五"期间所开发板状富钴结壳浮选流程的基础上,进行了药剂制度的优化,优化后的工艺可以获得较高的浮选指标,该工艺流程为下一步富钴结壳的工业化生产提供了技术保障。优化后的选矿指标为:富钴结壳精矿含钴、锰分别为0.51%、17.82%,钴、锰的回收率分别为96.07%、96.65%。     

基于螺旋切削法破碎钴结壳分形行为研究

将分形理论应用于滚筒式采矿头截割钴结壳破碎情况的研究, 建立了富钴结壳破碎的分形模型, 推出了分形维数的理论计算公式和利用称重法处理的实际计算公式, 并通过大量实验验证了该模型的正确性。初步测定, 在2 ～4 cm 切削深度内, 破碎钴结壳分布的分形维数为2.5 左右, 由此证明破碎过程中的能耗比较符合邦德的裂缝学说。对破碎情况的研究表明滚筒式采矿头破碎剥离钴结壳的方法是比较理想的。     

大洋富钴结壳调查进展及开采技术

大洋富钴结壳富含陆地上相对缺乏的战略金属钴等元素,而世界各国尤其是发达国家对钴的需求量日益增加,因此许多国家将目光转向深海富钴结壳的开发。介绍了德国、美国、日本、韩国以及中国等国的调查开发情况,并分析和探讨了富钴结壳切削破碎方法和技术。     

某大洋富钴结壳选矿试验研究

富钴结壳是海洋中最具潜在经济价值的矿产类型之一,其加工技术研究一直是深海资源开发技术发展的热点。富钴结壳矿石以铁锰水合氧化物为主,锰、钴、铁主要赋存在结壳矿物的铁锰水合氧化物中,而富钴结壳中的基岩脉石因站位不同而有所不同,致使适宜富钴结壳选矿的方案也有所不同。现根据太平洋某站位富钴结壳矿石的矿物组成特点,对其进行了强磁选、重选-强磁选和浮选三个方案的试验研究,在试验的基础上确定了各方案处理该富钴结壳矿石相应的最佳试验参数。在对三方案试验指标和优缺点对比分析的基础上,提出了采用强磁选处理该站位富钴结壳矿石的选矿回收方案建议。     

海底地质勘探多次取芯钻机试验研究

富钴结壳多次取芯钻机是可以一次下水、多次取芯的深海底矿产资源勘探、地质调查的重大技术装备。长沙矿山研究院成功研制出我国第1台富钴结壳多次取芯钻机,参加海上试验并取得成功。在介绍富钴结壳钻机的基本机构和参数的基础上,对钻机设计的创新点与技术难点进行了分析,尤其是对钻机的多次取芯技术进行了详细阐述。     

世界海洋结核结壳稀土成因初探

大洋海底蕴藏着丰富的稀土矿产资源,包括深海富稀土软泥和多金属锰结核和富钴结壳。本文则关注了多金属锰结核和富钴结壳中的稀土元素的富集机制。作者首先统计了全世界范围内各重要海域的结核与结壳的稀土元素和钇(REY)的含量,发现重稀土和钇(HEY)在结核结壳中的比重普遍大于15%,而结核与结壳的稀土含量则普遍高于深海洋泥,其中结壳的稀土含量普遍高于结核。针对这类重要的稀土矿藏,作者以库克群岛为例,初步研究了稀土富集机制。分析认为,稀土元素与铁和磷酸盐的含量具有强相关性,且铁锰结核或结壳中的稀土很可能是主要通过胶状羟基氧化铁吸附而缓慢富集起来的。     

BPMA在大洋富钴结壳稀有、稀土元素赋存状态研究中的应用

富钴结壳由于富含Co、Ni、Cu、Mo、Pt、Ti及REE等有价元素,且储量极为丰富,具有巨大的开发潜力。但目前对于这些稀有、稀土元素的赋存状态研究并不深刻,且多认为它们基本都是以类质同象或者吸附态的方式分布于水合铁锰氧化物中。本次利用矿物自动分析系统BPMA在寻找微细粒稀散金属方面的优势,找到了富钴结壳中多种未见报道的独立矿物,查清了这些有价元素的赋存状态,丰富了富钴结壳的矿物学内容,也为该类海底沉积资源的开发利用提供依据。同时,该技术方法也为研究类似稀有金属矿床提供借鉴,有望在微观地质研究以及资源精细加工等方面取得广泛应用。     

海底取样对富钴结壳力学性能影响的模型

富钴结壳宏观力学性能参数是富钴结壳采矿车设计的关键参数之一。针对深海取样，建立了海水压力变化对钴结壳作用的数学模型，计算了取样时由于海水深度的变化而引起的作用于钴结壳上的附加压力，并利用SEM和OM研究了结壳微细观形态。结果表明，在取样速度不大时此种附加压力很小，结壳样品中未观察到由于附加力的作用而形成的微观裂纹，取样对富钴结壳力学性能影响不大。     

洋底富钴结壳矿床微地形和物理特性

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了洋底富钴结壳矿区的微地形和矿床赋存特征，介绍了结壳层、基底层以及海洋沉积物的物理特性；这些特性对采矿机的工作原理选择与工作机构设计和具体组织开采作业具有重要意义。