錳結(jié)核這個名稱的來歷，是和它的構(gòu)造緊緊聯(lián)系在一起的。這種礦產(chǎn)含錳、鐵較多，加之每塊礦石往往都有一個由生物骨骼或巖石碎片構(gòu)成的核，所以被稱作錳結(jié)核或鐵錳結(jié)核。它最早是在 100 多年前，即 1873 年 2 月由深海考察船挑戰(zhàn)者號在進(jìn)行海洋環(huán)球考察過程中發(fā)現(xiàn)的。
1872 年，英國海洋調(diào)查船挑戰(zhàn)者號，在海洋學(xué)家湯姆森教授的率領(lǐng)下從英國希爾內(nèi)斯港出發(fā)，駛向浩瀚的大西洋。1873 年 2 月 18 日，挑戰(zhàn)者號航行到加納利群島的費(fèi)羅島西南大約 300 公里的海域作業(yè)，他們用拖網(wǎng)采集洋底沉積物樣品時，偶然發(fā)現(xiàn)了一種類似鵝卵石的東西，他們當(dāng)時還沒想到，沉睡在海底億萬年的深海珍寶讓他們發(fā)現(xiàn)了。1873 年 3 月 7 日，他們再次從拖網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)了這種奇怪的鵝卵石。之所以奇怪，是因?yàn)轾Z卵石大都分布在海濱和淺灘，四五千米深的大洋底哪來的鵝卵石呢？這一次，引起了湯姆森教授的極大興趣，他當(dāng)即作了記錄。后來，他們又在大西洋、印度洋和太平洋采得了這種鵝卵石，這些樣品被大英博物館當(dāng)作海底珍品收藏了起來。1882 年，約?雷默爵士和地質(zhì)學(xué)家雷納教授才系統(tǒng)地對這些樣品進(jìn)行了研究，9 年以后，他們倆發(fā)表了詳細(xì)的研究報告，把這種鵝卵石正式命名為錳結(jié)核。
為了更多地得到海洋礦產(chǎn)資源，從 70 年代起，許多國家把深海底錳結(jié)核的開發(fā)研究，列為海洋科學(xué)研究的重要課題，并首要進(jìn)行礦區(qū)的錳結(jié)核分布、儲藏量、金屬含量和開采環(huán)境條件方面的調(diào)查。通過調(diào)查證實(shí)，錳結(jié)核的儲藏量極為巨大，分布面積甚廣。根據(jù)分析，結(jié)核中除了鐵和錳外，還含有銅、鎳、鈷等 30 多種金屬元素、稀土元素和放射性元素，其中錳、鎳、鈷在目前技術(shù)條件下都具有工業(yè)意義。從結(jié)核中回收金屬的試驗(yàn)也取得了成功。美國已設(shè)計出特制的冶金爐，用電解法提取銅、鈷、鎳、錳，純度達(dá)到 90％以上。1978 年 3 月，由日本、加拿大等國參加的國際企業(yè)集團(tuán)，用氣吸法采礦系統(tǒng)，在太平洋夏威夷東南水深 5000 米的深海底，采出了 300 多噸錳結(jié)核，從而轉(zhuǎn)入了即將開發(fā)階段。據(jù)統(tǒng)計。目前在大洋底發(fā)現(xiàn)具有經(jīng)濟(jì)遠(yuǎn)景的錳結(jié)核礦區(qū)有 500 多處。
1979 年，我國海洋科學(xué)工作者在太平洋赤道海域考察中，從 4000～5000 米水深的深海底取得了錳結(jié)核礦樣，其中最大的一枚錳結(jié)核直徑為 5 厘米，標(biāo)志著我國研究、利用和開發(fā)海底礦產(chǎn)資源進(jìn)入了新的階段。
錳結(jié)核的形狀是多種多樣的。有的呈塊狀；有的呈薄薄一層附在海底巖石上；而大多數(shù)都呈結(jié)核狀，有的渾圓，有的有棱有角，有的許多結(jié)核聚集在一起，成為葡萄狀或其他更為復(fù)雜的形狀，這就是通常所說的錳結(jié)核。結(jié)核的顏色從黑色到黃褐色，一般以土里色為常見。多數(shù)結(jié)核的表面模糊不清， 但也有的透明度很好，如美國東海岸外采到的結(jié)核，就有似玻璃的光澤。
錳結(jié)核的個體有大有小，相差十分懸殊。小的如同沙粒一樣，直徑還不到 1 毫米，甚至更小，要放在顯微鏡下才能觀察；大的直徑可達(dá)幾十厘米；最常見的是在 0．5 厘米到 25 厘米之間，有的巨型結(jié)核，直徑在 1 米以上，重達(dá)幾十至幾百公斤。1967 年，深海研究潛艇阿魯明諾號采到了一顆 90公斤重的錳結(jié)核，蘇聯(lián)調(diào)查船勇士號在第 43 次航行在夏威夷島西部水下山脈的斜坡處，于 3800 米深的海底中發(fā)現(xiàn)了一顆至今世界上最大的錳結(jié)核塊，重達(dá) 2000 公斤。
結(jié)核的硬度不大，一般只有摩氏硬度級的 1～4 度，平均在 3 度。
錳結(jié)核的內(nèi)部中心有一核，該核可能是一粒海底火山碎屑，或碳酸鹽質(zhì)或磷酸鹽質(zhì)巖屑，也可能是鯊類齒、鯨類耳骨、有孔貝殼或宇宙塵等。核外是清晰的環(huán)帶狀構(gòu)造。錳結(jié)核的化學(xué)成分包括錳、鐵、鎳、鈷、銅等 28 種，它們高出地殼中平均值的 27～46 倍，高出海水中含量的 100 萬倍。同一地點(diǎn)的錳結(jié)核，其總體成分彼此都很一致。單個結(jié)構(gòu)說來，最外層接觸海水的一面，其中鐵、鈷和鉛含量相對少。就錳來說，被海底沉積物埋沒的半核中含量最高，泥?水界面趨向減少，到接觸海水的半核含量最低。鐵的分布則與錳相反。這種外層分布的特征，內(nèi)層并不存在。內(nèi)層的成分趨向均一。
錳結(jié)核勘探和開采的一個突出的優(yōu)點(diǎn)是，在海洋底部沉積的表層上，礦物清晰可見，所以可用裝有照相機(jī)和錄像機(jī)的水下電視作為了解礦藏分布和厚度的有效手段。前蘇聯(lián)的技術(shù)人員已經(jīng)制造出了一種遠(yuǎn)距離的可操縱系統(tǒng)，用它來調(diào)查和精確估計已了解的礦藏，經(jīng)實(shí)驗(yàn)已取得了顯著效果，這個系統(tǒng)是由一部電視機(jī)、一個自動裝置和兩臺水動的電子計算機(jī)組成，工作起來很方便。這是一種直接勘探手段。
直接手段雖能獲得樣品，可準(zhǔn)確地測定錳結(jié)核的富集度、品位等，但使用這種方法需要大量的時間，工作效率低，因而人們正研究一種勘探途徑，即間接勘探。
錳結(jié)核的開采正逐步走向成熟。目前一般認(rèn)為有 3 種方法比較經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
一種是空氣提升采礦系統(tǒng)，由高壓氣泵、采礦管、集礦裝置等部分構(gòu)成。高壓氣泵安裝在船上，采礦時，首先在船上開動高壓氣泵，氣泵產(chǎn)生的高壓空氣通過輸氣管道向下從采礦管的深、中、淺三個部分輸入，在采礦中產(chǎn)生高速上升的固、氣、液三相混全流，將經(jīng)過集礦裝置的篩濾系統(tǒng)選擇過的錳結(jié)核提升到采礦船內(nèi)，其提升效率為 30％～50％，這種采礦系統(tǒng)已于 1970年試驗(yàn)成功，它能在 5000 米水深處達(dá)到日產(chǎn) 300 噸錳結(jié)核的采礦能力。
一種是水力提升式采礦系統(tǒng)。主要由采礦管、浮筒、高壓水泵和集礦裝置 4 部分組成。采礦管懸掛在采礦船和浮筒下，起輸送錳結(jié)核的作用；浮筒安裝在采礦管道上部 15％的地方，中間充以高壓空氣，以支撐水泵的重量；
高壓水泵裝置在浮筒內(nèi)，它的功率為 8000 馬力，通過高壓使采礦管道內(nèi)產(chǎn)生每秒 5 米的高速上升水流，使錳結(jié)核和水一起由海底提升到采礦船內(nèi)。集礦裝置起挑選、采集錳結(jié)核的作用。1975 年采礦試驗(yàn)已獲成功，現(xiàn)能達(dá)到日產(chǎn)500 噸的采礦能力。
一種是連續(xù)鏈斗采礦系統(tǒng)，是在高強(qiáng)度的聚丙二醇脂材料編成的繩上，每隔 25～50 米安裝一個采礦戽斗。采礦時，船上的牽引機(jī)帶動繩索，使戽斗不斷在海底拖過挖取錳結(jié)核，并將其提升到采礦船上，卸入船內(nèi)儲倉。這種采礦法是由日本人發(fā)明的，1970 年 8～9 月在希塔提島以北 400 公里、水深4000 米處進(jìn)行了試驗(yàn)，并獲得了成功。這種裝置結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、采礦成本低。
各國時錳結(jié)核的勘探和開發(fā)日益活躍。美國在深海錳結(jié)核勘探、試采和加工處理等技術(shù)方面，處于領(lǐng)先地位。美國開發(fā)的重點(diǎn)是夏威夷群島至美國本土之間的海域，其中有的海區(qū)的普查工作已經(jīng)完成，現(xiàn)已進(jìn)行到詳查和開發(fā)階段。日本是從 60 年代開始了錳結(jié)核的調(diào)查工作，真正大規(guī)模的調(diào)查是在70 年代以后。前蘇聯(lián)對錳結(jié)核的調(diào)查則是從 50 年代開始的，前蘇聯(lián)科學(xué)家并在 1964 年編制了《太平洋底錳結(jié)核分布圖》，70 年代以后，對太平洋錳富礦區(qū)進(jìn)行了勘探。法國人在 1974 年成立了法國錳結(jié)核研究公司，主要進(jìn)行礦區(qū)勘探：法國并與日本合作，在法屬社會群島的塔布堤島以北進(jìn)行了多次調(diào)查和開采方法的試驗(yàn)。
中國對大洋錳結(jié)核的調(diào)查工作開展較晚，正式調(diào)查是在 1983 年 5～7 月進(jìn)行的。1983 年以后，中國又多次派遣向陽紅 16號和海洋 4號船進(jìn)行了錳結(jié)核的調(diào)查，1985 年和 1986 年航次的調(diào)查區(qū)域從中太平洋擴(kuò)大到東太平洋，采用了國際上先進(jìn)的聲波探測技術(shù)和海底照相，調(diào)查研究的程度有了更大的提高，并圈出了數(shù)萬平方公里的富礦區(qū)?，F(xiàn)在，中國已正式向國際申請，在太平洋中北部圈定了兩塊先行投資區(qū)，并在國內(nèi)成立了相應(yīng)組織。
不過，盡管各國對大洋錳結(jié)核的可采儲量和極大的開采價值注目已久了，但由于錳結(jié)核的開發(fā)是一項高投資多風(fēng)險的新興產(chǎn)業(yè)，受技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素的限制，其開發(fā)進(jìn)程不可能像海洋石油和天然氣那樣快。從目前的情況看，最先進(jìn)行商業(yè)性開發(fā)錳結(jié)核的，可能是美國和日本，其中以美國為主的海洋產(chǎn)業(yè)協(xié)會準(zhǔn)備在 1995 年以后投資 15 億美元，每年生產(chǎn) 100～200 萬噸干錳結(jié)核，同時，在加利福尼亞建一座日處理 5000 噸錳結(jié)核的加工提煉廠。日本國土資源貧乏，對大洋錳結(jié)核抱有極大的希望，已制訂出 1994 年前的開發(fā)計劃，現(xiàn)正在作各項準(zhǔn)備工作，以期在 1994 年進(jìn)行大洋錳結(jié)核的商業(yè)開發(fā)，據(jù)估計，在 1990～1995 年期間，全世界商業(yè)開發(fā)大洋錳結(jié)核每年可為100～400 萬噸，1995 年以后可達(dá) 1000 萬噸，到 2000 年，將會有大的飛躍，到 2025 年后，大洋錳結(jié)核將有可能成為世界穩(wěn)定的礦物來源。
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