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領域，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，置于密閉系統避免空氣流動，抽真空至系統壓力為100?1000Pa，儲存時間不超過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致部分金屬離子溶于水后使得有價金屬損失和環境污染的不良后果，為大洋金屬硫化物開采、冶煉和利用奠定基礎。
【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
技術領域
[0001]本發明屬于有色金屬采礦技術領域，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】
[0002]21世紀是人類開發利用海洋的世紀。深海海域作為人類最后一片未開發區域，蘊藏著豐富的資源，成為世界各國爭取海洋權益、發展高新技術、開展國際合作及展示自身實力的重要場所。
[0003]海底熱液礦是具有戰略意義的海底多金屬礦產資源，主要元素為鐵、銅、鉛、鋅及銀、金、鈷、鎳、鉑等，在世界大洋水深數百米至3500m處均有分布，主要出現在2000m深處的大洋中脊和地層斷裂活動帶。當前，海底熱液礦的開采日益受到關注。
[0004]1948年，瑞典科學家利用“信天翁號”(Albatross)考察船在紅海中部Atlantis I深淵附近發現了熱液多金屬軟泥，揭開了海底熱液活動研究的序幕。二十世紀七十年代，海底熱液活動的研究集中在大洋中脊。1972年，通過拖網在大西洋硫化物丘體中采集到低溫熱液樣品，在Galapagos裂谷用拖曳工具發現熱液丘。1979年，生物學家們首次勘查到了第一個“黑煙囪”。
[0005]現代海底熱液硫化物調查發現的過程也是人類對其認識逐漸深入和發展的過程。截止到2005年，已發現的熱液活動區的總數已超過215個。2007年，中國“大洋一號”深海考察船在水深2800m的西南印度洋中脊，發現了新的海底熱液活動區(黑煙囪)。
[0006]海底塊狀多金屬硫化物(SMS:Seafloor Massive Sulfide)是繼多金屬結核、富鈷結殼等深海礦產資源人類認識到的又一種新的海底礦產資源，由于其賦存水深較淺、距離陸地較近，經濟價值也相對較高，被認為具有較好的開采價值和優勢。
[0007]盡管人類發現多金屬結核、富鈷結殼、SMS等深海礦產資源已有幾十年的歷史，但深海礦產資源的商業開采卻尚未真正開始。應當說，20世紀70年代末幾個國際財團在太平洋所進行的深海多金屬結核現場開采試驗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)石油開采工業的發展也能夠給深海采礦以經驗和信心。與海底多金屬結核以數厘米級的結核狀賦存于稀軟的海底沉積物表面的情況不一樣，SMS的賦存狀態為海底崎嶇不平的煙囪狀巖石，有些高達十幾米。根據對大量樣品的力學性能測試，SMS的斷裂性能類似于煤，韌性和塑性類似于鹽和碳酸鉀，軸向壓縮強度小于40MPa。對于這類巖石的切割，陸上采煤業已有相當成熟的技術。而且，如上所述，鷚鵡螺礦業所進行海底原位切削采樣試驗已初步證明了 SMS巖石切削采集的可行性。
[0008]目前，國內外對深海多金屬硫化物的研究多集中于其地質特征、成因方面、海底熱液成礦機理等方面，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造及地質意義，大西洋TGA熱液區沉積物鋨同位素組成、稀土元素地球化學特征，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的黑煙囪體化學成分及變化特征、區域巖石學特征，太平洋不同海區黃鐵礦型特征等。
[0009]針對多金屬硫化物資源性質、特征、分布及評價也有一定的研究，如俄羅斯對海底固體資源進行了詳細調查，編制出大洋礦產資源圖，包括鐵錳結核結殼、銅鋅硫化物、金屬軟泥及鹵水、含碳酸鹽磷礦沉積、結晶天然氣水合物及陸架砂礦等;美國等自1977年以來的深海鉆探及大洋鉆探計劃已在世界范圍內找到多處硫化物礦床，并圈定了儲量，同時美、英、日等的洋中脊計劃正在進行;我國在“九五”期間完成了“世界海底熱液硫化物礦點資源評價和編圖”課題。
[0010]大洋多金屬硫化物中有價金屬的氧化，導致礦物在選礦過程中由于被氧化而溶出進入水相，造成有價金屬損失；同時，若選礦過程中金屬由于被氧化進入水相，因水相在選礦工序中不能全部回用，還會造成重金屬污染等環境問題。目前未見有關大洋多金屬硫化物在開采過程中自然氧化行為的研究報導，而這對于礦物的選冶利用至關重要，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。

【發明內容】

[0011]本發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開采奠定基礎。
[0012]本發明的發明人通過選取具有典型代表性區域的多金屬硫化物礦樣，對礦石進行礦物賦存粒度、溫度、濕度、通風及放置時間對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鍵因素。本發明的發明人經過一系列研究，發現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律。
[0013]海底塊狀多金屬硫化物在開采過程中的自然氧化，會導致礦物中有價金屬的氧化，使得礦物在選礦過程中由于被氧化而溶出進入水相，造成有價金屬損失；另外，若選礦過程中金屬由于被氧化進入水相，因水相在選礦工序中不能全部回用，還會造成重金屬污染等環境問題。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，在空氣流動或者礦物翻動條件下氧化速率加快。
[0014]發明人基于發現的上述規律，通過比較不同實驗條件與自然堆放若干時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內，利用重力使多金屬硫化物含水率降至20%以下，保存時間不超過180天。
[0016]進一步地，將除水后的多金屬硫化物放置于密閉系統內抽真空。
[0017]進一步地，所述重力除水系統為底部設有滲水結構的儲槽。
[0018]進一步地，所述滲水結構為篩孔結構或者格柵結構。
[0019]進一步地，所述密閉系統為所述儲槽加裝密封結構，重力除水時打開密封結構讓水滲出，重力除水完成后封閉密封結構。
[0020]進一步地，密閉系統抽真空后的壓力為100-1000Pa。
[0021]進一步地，所述儲槽為玻璃鋼儲槽。
[0022]進一步地，所述密閉系統設有遮光結構，避免陽光照射導致溫度升高導致的氧化速率加快。
[0023]本發明中的百分比均為質量基準。
[0024]本發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境污染。
【具體實施方式】
[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內，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內抽真空，保存時間不超過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金屬氧化率分別為6.5%、7.8%、9.0%和29.0 %。
[0028]實施例1
[0029]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統內除水，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金屬氧化率分別為3.5%、3.9%、4.2%和6.9%。
[0030]實施例2
[0031 ]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統內除水，控制含水率在15 %左右，抽真空至系統壓力為lOOOPa，遮光保存，10天、30天、80和180天后多金屬硫化物的有價金屬氧化率分別為1.0%、1.1%、1.3%和2.1%。
[0032]實施例3
[0033]將大洋海底多金屬硫化物放置于重力除水系統內除水，控制含水率在15%左右，抽真空至系統壓力為lOOPa，遮光保存，10天、30天、80和180天后多金屬硫化物的有價金屬氧化率分別為0.5%、0.5%、0.5%和0.9%。
【主權項】
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內，利用重力使多金屬硫化物含水率降至20%以下，保存時間不超過180天。2.根據權利要求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內抽真空。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述重力除水系統為底部設有滲水結構的儲槽。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述滲水結構為篩孔結構或者格柵結構。5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述密閉系統為所述儲槽加裝密封結構，重力除水時打開密封結構讓水滲出，重力除水完成后封閉密封結構。6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，密閉系統抽真空后的壓力為100-1000Pa。7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述儲槽為玻璃鋼儲槽。8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述密閉系統設有遮光結構。
【文檔編號】E21C50/00GK106050238SQ201610356613
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】周立杰, 鄭朝振, 王海北, 蔣訓雄, 汪勝東, 范艷青, 王玉芳, 李達, 劉巍, 馮林永, 張登高, 靳冉公
【申請人】北京礦冶研究總院