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科普-中华学生百科全书-第章

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“锰结核”。

    为了更多地得到海洋矿产资源,从 70 年代起,许多国家把深海底锰结核

的开发研究,列为海洋科学研究的重要课题,并首要进行矿区的锰结核分布、

储藏量、金属含量和开采环境条件方面的调查。通过调查证实,锰结核的储

藏量极为巨大,分布面积甚广。根据分析,结核中除了铁和锰外,还含有铜、

镍、钴等 30 多种金属元素、稀土元素和放射性元素,其中锰、镍、钴在目前

技术条件下都具有工业意义。从结核中回收金属的试验也取得了成功。美国

已设计出特制的冶金炉,用电解法提取铜、钴、镍、锰,纯度达到 90%以上。

1978 年 3 月,由日本、加拿大等国参加的国际企业集团,用气吸法采矿系统,

在太平洋夏威夷东南水深 5000 米的深海底,采出了 300 多吨锰结核,从而转

入了即将开发阶段。据统计。目前在大洋底发现具有经济远景的锰结核矿区

有 500 多处。

    1979 年,我国海洋科学工作者在太平洋赤道海域考察中,从 4000~5000

米水深的深海底取得了锰结核矿样,其中最大的一枚锰结核直径为 5 厘米,

标志着我国研究、利用和开发海底矿产资源进入了新的阶段。

    锰结核的形状是多种多样的。有的呈块状;有的呈薄薄一层附在海底岩

石上;而大多数都呈结核状,有的浑圆,有的有棱有角,有的许多结核聚集

在一起,成为葡萄状或其他更为复杂的形状,这就是通常所说的锰结核。结

核的颜色从黑色到黄褐色,一般以土里色为常见。多数结核的表面模糊不清,

但也有的透明度很好,如美国东海岸外采到的结核,就有似玻璃的光泽。

     锰结核的个体有大有小,相差十分悬殊。小的如同沙粒一样,直径还不

到 1 毫米,甚至更小,要放在显微镜下才能观察;大的直径可达几十厘米;

最常见的是在 0.5 厘米到 25 厘米之间,有的巨型结核,直径在 1 米以上,重

达几十至几百公斤。1967 年,深海研究潜艇“阿鲁明诺号”采到了一颗 90

公斤重的锰结核,苏联调查船“勇士号”在第 43 次航行在夏威夷岛西部水下

山脉的斜坡处,于 3800 米深的海底中发现了一颗至今世界上最大的锰结核

块,重达 2000 公斤。

     结核的硬度不大,一般只有摩氏硬度级的 1~4 度,平均在 3 度。

     锰结核的内部中心有一核,该核可能是一粒海底火山碎屑,或碳酸盐质

或磷酸盐质岩屑,也可能是鲨类齿、鲸类耳骨、有孔贝壳或宇宙尘等。核外

是清晰的环带状构造。

     锰结核的化学成分包括锰、铁、镍、钴、铜等 28 种,它们高出地壳中平

均值的 27~46 倍,高出海水中含量的 100 万倍。同一地点的锰结核,其总体

成分彼此都很一致。单个结构说来,最外层接触海水的一面,其中铁、钴和

铅含量相对少。就锰来说,被海底沉积物埋没的半核中含量最高,泥—水界

面趋向减少,到接触海水的半核含量最低。铁的分布则与锰相反。这种外层

分布的特征,内层并不存在。内层的成分趋向均一。

     锰结核勘探和开采的一个突出的优点是,在海洋底部沉积的表层上,矿

物清晰可见,所以可用装有照相机和录像机的水下电视作为了解矿藏分布和

厚度的有效手段。前苏联的技术人员已经制造出了一种远距离的可操纵系

统,用它来调查和精确估计已了解的矿藏,经实验已取得了显著效果,这个

系统是由一部电视机、一个自动装置和两台水动的电子计算机组成,工作起

来很方便。这是一种直接勘探手段。

     直接手段虽能获得样品,可准确地测定锰结核的富集度、品位等,但使

用这种方法需要大量的时间,工作效率低,因而人们正研究一种勘探途径,

即间接勘探。

     锰结核的开采正逐步走向成熟。目前一般认为有 3 种方法比较经济、实

用。

     一种是空气提升采矿系统,由高压气泵、采矿管、集矿装置等部分构成。

高压气泵安装在船上,采矿时,首先在船上开动高压气泵,气泵产生的高压

空气通过输气管道向下从采矿管的深、中、浅三个部分输入,在采矿中产生

高速上升的固、气、液三相混全流,将经过集矿装置的筛滤系统选择过的锰

结核提升到采矿船内,其提升效率为 30%~50%,这种采矿系统已于 1970

年试验成功,它能在 5000 米水深处达到日产 300 吨锰结核的采矿能力。

     一种是水力提升式采矿系统。主要由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装

置 4 部分组成。采矿管悬挂在采矿船和浮筒下,起输送锰结核的作用;浮筒

安装在采矿管道上部 15%的地方,中间充以高压空气,以支撑水泵的重量;

高压水泵装置在浮筒内,它的功率为 8000 马力,通过高压使采矿管道内产生

每秒 5 米的高速上升水流,使锰结核和水一起由海底提升到采矿船内。集矿

装置起挑选、采集锰结核的作用。1975 年采矿试验已获成功,现能达到日产

500 吨的采矿能力。

    一种是连续链斗采矿系统,是在高强度的聚丙二醇脂材料编成的绳上,

每隔 25~50 米安装一个采矿戽斗。采矿时,船上的牵引机带动绳索,使戽斗

不断在海底拖过挖取锰结核,并将其提升到采矿船上,卸入船内储仓。这种

采矿法是由日本人发明的,1970 年 8~9 月在希塔提岛以北 400 公里、水深

4000 米处进行了试验,并获得了成功。这种装置结构简单、适应性强、采矿

成本低。

    各国时锰结核的勘探和开发日益活跃。美国在深海锰结核勘探、试采和

加工处理等技术方面,处于领先地位。美国开发的重点是夏威夷群岛至美国

本土之间的海域,其中有的海区的普查工作已经完成,现已进行到详查和开

发阶段。日本是从 60 年代开始了锰结核的调查工作,真正大规模的调查是在

70 年代以后。前苏联对锰结核的调查则是从 50 年代开始的,前苏联科学家

并在 1964 年编制了《太平洋底锰结核分布图》,70 年代以后,对太平洋锰

富矿区进行了勘探。法国人在 1974 年成立了法国锰结核研究公司,主要进行

矿区勘探:法国并与日本合作,在法属社会群岛的塔布堤岛以北进行了多次

调查和开采方法的试验。

    中国对大洋锰结核的调查工作开展较晚,正式调查是在 1983 年 5~7 月

进行的。1983 年以后,中国又多次派遣“向阳红 16”号和“海洋 4”号船进

行了锰结核的调查,1985 年和 1986 年航次的调查区域从中太平洋扩大到东

太平洋,采用了国际上先进的声波探测技术和海底照相,调查研究的程度有

了更大的提高,并圈出了数万平方公里的富矿区。现在,中国已正式向国际

申请,在太平洋中北部圈定了两块先行投资区,并在国内成立了相应组织。

    不过,尽管各国对大洋锰结核的可采储量和极大的开采价值注目已久

了,但由于锰结核的开发是一项高投资多风险的新兴产业,受技术因素和经

济因素的限制,其开发进程不可能像海洋石油和天然气那样快。从目前的情

况看,最先进行商业性开发锰结核的,可能是美国和日本,其中以美国为主

的海洋产业协会准备在 1995 年以后投资 15 亿美元,每年生产 100~200 万吨

干锰结核,同时,在加利福尼亚建一座日处理 5000 吨锰结核的加工提炼厂。

日本国土资源贫乏,对大洋锰结核抱有极大的希望,已制订出 1994 年前的开

发计划,现正在作各项准备工作,以期在 1994 年进行大洋锰结核的商业开

发,据估计,在 1990~1995 年期间,全世界商业开发大洋锰结核每年可为

100~400 万吨,1995 年以后可达 1000 万吨,到 2000 年,将会有大的飞跃,

到 2025 年后,大洋锰结核将有可能成为世界稳定的矿物来源。

    核燃料——铀

    “燧人氏”是我国古代传说中发明钻木取火的人,燧人就是“取火的人”

的意思。

    关于“燧人氏”发明钻木取火的方法,在我国古代流传着这样一段有趣

的传说。据说,在上古时候有一个太阳和月亮都照不到的地方,在那儿真是

昼夜不分,天日不见。但奇怪的是,在那儿的森林里,却到处都有灿烂的火

光,照耀得四下里如同白昼。有一个人为了弄清产生火光的缘由,便来到森

林里进行调查,他经过仔细的观察后发现,在森林里有许多鸟用嘴凿洞吃虫,

它们一啄,树上就会有火光发出。这个人由此而发明了钻木取火的方法,从

此人类结束了吃生食,喝生水的历史。人们为了纪念他,便把他称做“燧人

氏”。

    传说毕竟是传说,但有一点却是实实在在的,那就是在今天,我们仍然

不可能离开“火”。

    从化学上说,火是含有碳的物质和氧化发生化学变化,生成二氧化碳,

同时放出光和热的一种燃烧现象。几千年来,我们就是靠含碳物质和氧气之

间的化学变化,取得温暖光明和力量,来建立起现代化生活的。

    但是,由碳和氧气发生化学变化所产生的火,并不是世界上最强有力的:

“原子能”比火要强大千万倍。它是最近几十年,通过科学家的辛勤劳动,

不断探索,才被发现和利用的新的“火种”。

    1896 年,法国物理学家贝克勒尔正在日以继夜地从事磷光现象的研究。

所谓磷光现象,就是一种物质受到太阳光照射后,在黑暗中能够继续发光的

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