一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，屬于有色金屬采礦技術(shù)領(lǐng)域，涉及大洋海底金屬礦物的開采利用。將從大洋海底開采出來的多金屬硫化物塊狀礦物通過重力除水，置于密閉系統(tǒng)避免空氣流動(dòng)，抽真空至系統(tǒng)壓力為100?1000Pa，儲(chǔ)存時(shí)間不超過180天，減少大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化，避免大洋金屬硫化物因自然氧化導(dǎo)致部分金屬離子溶于水后使得有價(jià)金屬損失和環(huán)境污染的不良后果，為大洋金屬硫化物開采、冶煉和利用奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于有色金屬采礦技術(shù)領(lǐng)域，涉及大洋海底金屬礦物的開采利用，尤其涉及一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀(jì)是人類開發(fā)利用海洋的世紀(jì)。深海海域作為人類最后一片未開發(fā)區(qū)域，蘊(yùn)藏著豐富的資源，成為世界各國(guó)爭(zhēng)取海洋權(quán)益、發(fā)展高新技術(shù)、開展國(guó)際合作及展示自身實(shí)力的重要場(chǎng)所。
[0003]海底熱液礦是具有戰(zhàn)略意義的海底多金屬礦產(chǎn)資源，主要元素為鐵、銅、鉛、鋅及銀、金、鈷、鎳、鉑等，在世界大洋水深數(shù)百米至3500m處均有分布，主要出現(xiàn)在2000m深處的大洋中脊和地層斷裂活動(dòng)帶。當(dāng)前，海底熱液礦的開采日益受到關(guān)注。
[0004]1948年，瑞典科學(xué)家利用“信天翁號(hào)”(Albatross)考察船在紅海中部Atlantis I深淵附近發(fā)現(xiàn)了熱液多金屬軟泥，揭開了海底熱液活動(dòng)研究的序幕。二十世紀(jì)七十年代，海底熱液活動(dòng)的研究集中在大洋中脊。1972年，通過拖網(wǎng)在大西洋硫化物丘體中采集到低溫?zé)嵋簶悠?，在Galapagos裂谷用拖曳工具發(fā)現(xiàn)熱液丘。1979年，生物學(xué)家們首次勘查到了第一個(gè)“黑煙囪”。
[0005]現(xiàn)代海底熱液硫化物調(diào)查發(fā)現(xiàn)的過程也是人類對(duì)其認(rèn)識(shí)逐漸深入和發(fā)展的過程。截止到2005年，已發(fā)現(xiàn)的熱液活動(dòng)區(qū)的總數(shù)已超過215個(gè)。2007年，中國(guó)“大洋一號(hào)”深海考察船在水深2800m的西南印度洋中脊，發(fā)現(xiàn)了新的海底熱液活動(dòng)區(qū)(黑煙囪)。
[0006]海底塊狀多金屬硫化物(SMS:Seafloor Massive Sulfide)是繼多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼等深海礦產(chǎn)資源人類認(rèn)識(shí)到的又一種新的海底礦產(chǎn)資源，由于其賦存水深較淺、距離陸地較近，經(jīng)濟(jì)價(jià)值也相對(duì)較高，被認(rèn)為具有較好的開采價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。
[0007]盡管人類發(fā)現(xiàn)多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、SMS等深海礦產(chǎn)資源已有幾十年的歷史，但深海礦產(chǎn)資源的商業(yè)開采卻尚未真正開始。應(yīng)當(dāng)說，20世紀(jì)70年代末幾個(gè)國(guó)際財(cái)團(tuán)在太平洋所進(jìn)行的深海多金屬結(jié)核現(xiàn)場(chǎng)開采試驗(yàn)在一定程度上表明了深海采礦的可行性，而近年來深海(水深超過2000m以上)石油開采工業(yè)的發(fā)展也能夠給深海采礦以經(jīng)驗(yàn)和信心。與海底多金屬結(jié)核以數(shù)厘米級(jí)的結(jié)核狀賦存于稀軟的海底沉積物表面的情況不一樣，SMS的賦存狀態(tài)為海底崎嶇不平的煙囪狀巖石，有些高達(dá)十幾米。根據(jù)對(duì)大量樣品的力學(xué)性能測(cè)試，SMS的斷裂性能類似于煤，韌性和塑性類似于鹽和碳酸鉀，軸向壓縮強(qiáng)度小于40MPa。對(duì)于這類巖石的切割，陸上采煤業(yè)已有相當(dāng)成熟的技術(shù)。而且，如上所述，鷚鵡螺礦業(yè)所進(jìn)行海底原位切削采樣試驗(yàn)已初步證明了 SMS巖石切削采集的可行性。
[0008]目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)深海多金屬硫化物的研究多集中于其地質(zhì)特征、成因方面、海底熱液成礦機(jī)理等方面，主要研究如沖繩海槽硫化物中流體包裹體中氦、氖、氬同位素組成及硫化物黑煙囪的枝狀構(gòu)造及地質(zhì)意義，大西洋TGA熱液區(qū)沉積物鋨同位素組成、稀土元素地球化學(xué)特征，海底硫化物不同礦物硫同位素組成差異等;探討了熱液硫化物產(chǎn)生的部位及礦床形成條件;研究了馬里亞納海溝海槽熱液區(qū)的黑煙囪體化學(xué)成分及變化特征、區(qū)域巖石學(xué)特征，太平洋不同海區(qū)黃鐵礦型特征等。
[0009]針對(duì)多金屬硫化物資源性質(zhì)、特征、分布及評(píng)價(jià)也有一定的研究，如俄羅斯對(duì)海底固體資源進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，編制出大洋礦產(chǎn)資源圖，包括鐵錳結(jié)核結(jié)殼、銅鋅硫化物、金屬軟泥及鹵水、含碳酸鹽磷礦沉積、結(jié)晶天然氣水合物及陸架砂礦等;美國(guó)等自1977年以來的深海鉆探及大洋鉆探計(jì)劃已在世界范圍內(nèi)找到多處硫化物礦床，并圈定了儲(chǔ)量，同時(shí)美、英、日等的洋中脊計(jì)劃正在進(jìn)行;我國(guó)在“九五”期間完成了“世界海底熱液硫化物礦點(diǎn)資源評(píng)價(jià)和編圖”課題。
[0010]大洋多金屬硫化物中有價(jià)金屬的氧化，導(dǎo)致礦物在選礦過程中由于被氧化而溶出進(jìn)入水相，造成有價(jià)金屬損失；同時(shí)，若選礦過程中金屬由于被氧化進(jìn)入水相，因水相在選礦工序中不能全部回用，還會(huì)造成重金屬污染等環(huán)境問題。目前未見有關(guān)大洋多金屬硫化物在開采過程中自然氧化行為的研究報(bào)導(dǎo)，而這對(duì)于礦物的選冶利用至關(guān)重要，迫切需要一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，從而為海底塊狀多金屬硫化物的商業(yè)開采奠定基礎(chǔ)。
[0012]本發(fā)明的發(fā)明人通過選取具有典型代表性區(qū)域的多金屬硫化物礦樣，對(duì)礦石進(jìn)行礦物賦存粒度、溫度、濕度、通風(fēng)及放置時(shí)間對(duì)海底熱液硫化物礦物自然氧化行為的影響研究，查明影響礦物自然氧化行為的關(guān)鍵因素。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過一系列研究，發(fā)現(xiàn)海底塊狀多金屬硫化物在開采過程中自然氧化行為具有以下規(guī)律。
[0013]海底塊狀多金屬硫化物在開采過程中的自然氧化，會(huì)導(dǎo)致礦物中有價(jià)金屬的氧化，使得礦物在選礦過程中由于被氧化而溶出進(jìn)入水相，造成有價(jià)金屬損失；另外，若選礦過程中金屬由于被氧化進(jìn)入水相，因水相在選礦工序中不能全部回用，還會(huì)造成重金屬污染等環(huán)境問題。海底塊狀多金屬硫化物在潮濕條件下氧化速率要略高于干燥下的氧化速率，在空氣流動(dòng)或者礦物翻動(dòng)條件下氧化速率加快。
[0014]發(fā)明人基于發(fā)現(xiàn)的上述規(guī)律，通過比較不同實(shí)驗(yàn)條件與自然堆放若干時(shí)間后大洋多金屬硫化物的氧化程度，得出了減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的技術(shù)方案如下。
[0015]—種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，將大洋海底塊狀多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)，利用重力使多金屬硫化物含水率降至20%以下，保存時(shí)間不超過180天。
[0016]進(jìn)一步地，將除水后的多金屬硫化物放置于密閉系統(tǒng)內(nèi)抽真空。
[0017]進(jìn)一步地，所述重力除水系統(tǒng)為底部設(shè)有滲水結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)槽。
[0018]進(jìn)一步地，所述滲水結(jié)構(gòu)為篩孔結(jié)構(gòu)或者格柵結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步地，所述密閉系統(tǒng)為所述儲(chǔ)槽加裝密封結(jié)構(gòu)，重力除水時(shí)打開密封結(jié)構(gòu)讓水滲出，重力除水完成后封閉密封結(jié)構(gòu)。
[0020]進(jìn)一步地，密閉系統(tǒng)抽真空后的壓力為100-1000Pa。
[0021]進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)槽為玻璃鋼儲(chǔ)槽。
[0022]進(jìn)一步地，所述密閉系統(tǒng)設(shè)有遮光結(jié)構(gòu)，避免陽光照射導(dǎo)致溫度升高導(dǎo)致的氧化速率加快。
[0023]本發(fā)明中的百分比均為質(zhì)量基準(zhǔn)。
[0024]本發(fā)明提供的減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，將開采過程中自然氧化程度盡可能降低，避免了自然氧化過程中金屬成分的損失以及由此帶來的環(huán)境污染。
【具體實(shí)施方式】
[0025]—種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，將大洋海底塊狀多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)，利用重力使多金屬硫化物含水率降至20%以下。然后將除水后的多金屬硫化物放置于密閉系統(tǒng)內(nèi)抽真空，保存時(shí)間不超過180天。
[0026]比較例I
[0027]將大洋海底塊狀多金屬硫化物開采后自然堆放，堆放10天、20天、30天和180天后多金屬硫化物的有價(jià)金屬氧化率分別為6.5%、7.8%、9.0%和29.0 %。
[0028]實(shí)施例1
[0029]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)除水，控制含水率在15%左右，10天、30天、80和180天后多金屬硫化物的有價(jià)金屬氧化率分別為3.5%、3.9%、4.2%和6.9%。
[0030]實(shí)施例2
[0031 ]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)除水，控制含水率在15 %左右，抽真空至系統(tǒng)壓力為lOOOPa，遮光保存，10天、30天、80和180天后多金屬硫化物的有價(jià)金屬氧化率分別為1.0%、1.1%、1.3%和2.1%。
[0032]實(shí)施例3
[0033]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)除水，控制含水率在15%左右，抽真空至系統(tǒng)壓力為lOOPa，遮光保存，10天、30天、80和180天后多金屬硫化物的有價(jià)金屬氧化率分別為0.5%、0.5%、0.5%和0.9%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種減緩大洋多金屬硫化物開采過程中自然氧化的方法，其特征在于，將大洋海底塊狀多金屬硫化物放置于重力除水系統(tǒng)內(nèi)，利用重力使多金屬硫化物含水率降至20%以下，保存時(shí)間不超過180天。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將除水后的多金屬硫化物放置于密閉系統(tǒng)內(nèi)抽真空。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述重力除水系統(tǒng)為底部設(shè)有滲水結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)槽。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述滲水結(jié)構(gòu)為篩孔結(jié)構(gòu)或者格柵結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述密閉系統(tǒng)為所述儲(chǔ)槽加裝密封結(jié)構(gòu)，重力除水時(shí)打開密封結(jié)構(gòu)讓水滲出，重力除水完成后封閉密封結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，密閉系統(tǒng)抽真空后的壓力為100-1000Pa。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)槽為玻璃鋼儲(chǔ)槽。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述密閉系統(tǒng)設(shè)有遮光結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】E21C50/00GK106050238SQ201610356613
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日
【發(fā)明人】周立杰, 鄭朝振, 王海北, 蔣訓(xùn)雄, 汪勝東, 范艷青, 王玉芳, 李達(dá), 劉巍, 馮林永, 張登高, 靳冉公
【申請(qǐng)人】北京礦冶研究總院