第510期【齐悦读—线上共读—透视新科技】“齐悦读”[线上共读] 《深海采矿》
讲座题目：透视新科技——深海采矿
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：李向阳，中国大洋矿产资源研究开发协会高级工程师。
李怀明，自然资源部第二海洋研究所高级工程师。
讲座时间：2023年11月20日～11月26日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——深海采矿
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目，我是主持人胜春。深海海底面积广阔，并有着丰富的矿产资源，这也成为很多科学家关注的热点。我们为什么要到深海去采矿呢？在这里又会有怎样的发现？我们通过短片来开始我们今天的节目。海洋中孕育着丰富的资源，除了我们熟知的渔业资源外，在深海巨大的水体下还蕴藏着富饶的矿产资源，它们也将成为未来世界解决资源问题的一个主要方向。2020年9月，中国科学院深海所等单位的深海采矿联合实验团队，搭载探索二号科考船完成了深海采矿车与载人潜水器的单船首次联合作业试验，这次试验使用了我国自主研制的深海采矿车。在水深1.3千米的海山区进行了切削、行走和环境影响等综合试验，以此对采矿车在海山区的综合采矿能力进行分析评估。那么，在海底潜藏着哪些能被我们利用的矿产，我们又将如何在广袤的大海中寻找到这些矿产呢？首先我们给大家介绍一下我们今天请来的两位嘉宾，第一位是中国大洋矿产资源研究开发协会的高级工程师李向阳，接下来一位是自然资源部第二海洋研究所的高级工程师李怀明。两位还是要给我们做一下科普，先解释一下深海是什么样的概念？
地球是一个蓝色的星球，海洋占到地球面积的71%，但是我们目前其实对深海并没有一个确切的定义。通常来说我们会把海洋的水深，大于200米的海洋称为深海。深海的特点其实我们可以用三个特点来总结，第一个就是黑暗。我们知道在海洋中，我们人眼所能够探测到的可见光，在海洋中是200米，也就是说在深海的海底其实是漆黑一片的。第二个的话就是寒冷，那么在海洋中其实没有太阳的热量的。随着海洋的这种水深的增加，海水的温度会逐渐地降低，大约在2000米的时候，海水的温度降到了2oC。第三个特点的话，就是这个巨大的水体所形成的高压。而我们深海的平均的水深是4000米，也就是说在4000米的海底，我们人类也需要承担的是400个大气压的压力。所以说我们可以想象，在这种寒冷、高压和这种黑暗的这种环境里，其实人类是无法生存的，更别提采矿了。
这个陆地上有的这个地形地貌，那么海底它依然有，就跟我们陆地上有整个安第斯山脉一样，同样的海底的话，绕地球有一圈的洋中脊，大概有几万公里长，所以在海底的话，实际上它的地形地貌也十分复杂。跟陆地上非常相像。对，海山、海岭、海盆，各种各样的（地形）一样的。那深海既然我们看不见，又漆黑一片，我们为什么要去那里采矿，这里面蕴含的未来的资源到底有多大？深海的资源量是无法估计的，这是我们目前认识到的海洋，还远远地不足以去来让我们回答，就是深海究竟有多少的资源，多少资源量或者是能够供我们将来的使用。其实我们对待深海资源的认识，其实也并不是那么深入，我们目前能够探测到的也只有20%到30%。这个是非常大的一个工作量，深海海洋蕴藏的资源量，其实是真正的将来能支撑我们，未来的这种相关的工业或其他的发展。刚才两位也介绍了这个深海当中，它的地形陆地上有的，几乎海底都能够看得到。这个陆地上既然有的矿藏，海底里的矿藏跟陆地上到底有什么不一样呢？
那么与陆地上这种矿产资源相比，其实我们知道，首先的环境就不一样，可能我想更显著的两个特点，我们可能更容易去理解。第一个是海洋的资源量特点大，这是一个非常重要的特点。第二个特点，就是我们从名字也可以看出来，我们目前比较关注的（矿产）大约有5种。就是多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳、富稀土的沉积物以及天然气水合物，这是我们目前比较关注的5种的深海海底的矿产资源，我们叫多金属结核。多金属结核在陆地上是没有的，只有海底有的，（富钴）结壳也一样的道理。从资源量的价值来说，就是这种多金属结核，资源量非常巨大。在海底的矿藏里面是资源量最大的，锰、铁的话大概50%左右，然后其他的铜、钴、镍大概3%左右，这种资源是海底独有的，陆地上没有，其实多金属结核里边更多的含量的是铁和锰，铁和锰的含量可能占到一半以上。但其实我们更多关注的，其实（是）里边富集的这种铜、钴、镍、稀土这些元素，这是与我们陆地上看到的可能单一的，比如说金矿、煤矿，单一的矿种其实有很大差别的。说到这儿，我们看一下相关的短片。
据统计，世界洋底储藏的多金属结核约有3万亿吨，其中锰的产量可供人类使用1.8万年，镍可用2.5万年。毫不夸张地说，海洋中几乎拥有陆地上所具备的各种矿产资源，同时还存在许多陆地上没有的一些资源。陆地采矿一般会按照矿藏品类来划分矿区，一般每个矿区都是同一品类的矿产。但是在海洋中，在一个矿区所采集的矿产资源，往往能从中提取出多种金属资源，这与陆地上煤矿、金矿等这些单一矿床完全不同。那这些海底的这些矿藏，它是怎么形成的？深海的海底的矿产资源的形成，其实是与海水都息息相关的，然后我们可以举个例子，我们以富钴结壳和多金属结核为例。富钴结壳和多金属结核，目前认为它的成矿的物质，主要来自于海水。我们会在深海的海底会发现很多这种小石块，甚至发现大量的鲨鱼的牙齿。当深海的环境发生变化的时候，海水中的这种相关的矿物的这种成分，比如说这些相关金属，就会在这些小石块或者是鲨鱼牙齿里边去沉淀下来，它会不断地持续地增长。可能经过百万年尺度，这是可能十几个百万年，或者说几个百万年。我们就可以看到海底上这种平铺在海面上的这些多金属结核了。
但是另外一种，还有一种就是多金属硫化物，然后在洋中脊这些区域会有大量的岩浆的物质，这样的海水最后会形成热液，可能最高达到400oC的热液。热液又会顺着这种裂隙会往上运移，当它一旦喷出海底，我们知道400oC的热液流体与周围的2oC的海水会发生剧烈的这种反应，沉淀出大量的这种多金属硫化物的这种相关的物质。其实我们目前对这种深海矿产资源的这种形成，包括形成机制、原理，理论上是大家其实是形成共识的，有这种相关的理论的模型。但是很多的细节其实还是不了解，这其实是很需要进行大量的这种不同尺度的观测研究，才能真正掌握的。陆地矿产的开采，它都是有一定区域的。在海底这个区域是怎么划分的？根据联合国海法公约，界定了这种海洋里边不同的区域，有领海，有经济专属区，这些之类的话，都是国家管制。分属各个国家的，它是有这种相关的专属的权利的里边。但是在这些（区域）之外，我们知道国际海底地区，就是说不属于任何国家管辖范围的这种区域，（海洋）里边有2亿平方公里，占到了全球（海洋）面积的60%，所以这些区域是不受任何国家管理（辖）的。我们把这些区域，其实叫做国际海底区域。
那么国际海底区域里边相关的这种底土，以及上面所库存的这种资源，这个其实是属于全人类的，这也是全人类的勘探的规章和规范。其实目前的话，世界上各个国家也正在遵循着这规章和规范，来进行相关的勘探的活动。那在海底主要矿产的分布，我们现在了解吗？通过我们前期的勘探，应该说是基本上是比较清楚的，一个是多金属结核。大家都知道，就是在海底的平原（上）的分布，就是二维的分布。然后整个多金属结核，就是像土豆一样散落在这个海底的。它下面就是用沉积物支撑着，我们采矿的话可能直接像收土豆一样，把它收走就可以了。另外一种就是富钴结壳，是在海山上。海山上的山顶有一层大概七八公分（厘米）这样厚的，一层薄薄的多金属的氧化物。其次之外的话就是多金属硫化物，就是在那个基本上海底是属于三维分布，除了表面能看到以外，（海底）深部它还有，基本目前我们看到的这三种资源的分布情况，就是这样一种情况。所以从勘探的难度来说，二维分布其实比较简单的，只要我们下去看见了，很浅的打个钻起个样，就能够知道他的资源的库存情况，那三维的话呢，可能我们要打个深钻啊，才能够知道它的资源的富（库）存情况，三维的话可能我们要打个深钻，才能够知道它的资源的情况。
两位在谈到探索深海矿藏的时候，你们的兴奋的眼神让你觉得，那里有那么多东西，甚至你也提到了，这是支撑未来人类社会发展的重要的资源组成部分。刚才您说到那种海洋当中，独有的那种矿产，这些跟我们普通人到底有什么关系？大家都应该知道，你能开得了车，那是因为有钢铁支撑，有镍、铜、钴资源来支撑着我们的整个的汽车产业，甚至稀土资源。大家知道，我们每（辆）车上都有电机，永磁电机那里面是离不开稀土的。你的车要漂亮，那必须得有锌、镍这些金属资源，然后你的汽车想要有更远的续航力，那你必须得有钴、镍。甚至猛这种资源来做电池，这是我们整个国民经济的一个基础矿产资源，跟我们老百姓其实息息相关。比如说您手机用的电池，甚至里面的元器件，里面大量用到了很多的稀有金属。这个都是我们所有搞矿的矿产资源给提供的，我们来看看相关的短片。
近年来兴起了大量的新能源高新技术产业，这些产业对于钴、镍、稀土等金属的依赖性很大，而这些金属在深海矿产资源中都非常富集。比如在富钴结壳和多金属结核中提取的钴金属，就是制造电池的关键材料。稀土元素在我们生活中的应用更为广泛，液晶显示器、硬盘存储器，手机都离不开稀土元素。在这些金属早已成为各行各业必不可少的资源之时，海底世界在千百万年中形成的矿产，自然吸引着每一个国家的目光，但要找到这些丰厚的矿藏，却需要先进的深海装备和探测等技术作为支撑。目前我们科技发展，运用我们科技手段可以探测到的这些矿藏主要的方法是什么？可以分两个层次讲，第一，我们可能需要去找的矿。就是我们需要知道，哪个地方有矿产资源？都有比较明显的显著的表面的特征。第二个我想刚才我们这个节目刚才谈的我们是采矿。采矿是一个经济的活动，这个区域的资源量足以支撑将来进行经济的开采活动。这是我们需要找到更优质的或者更富集的这种矿产资源的位置在哪儿？
这个可能更需要我们去用更系统的，或者更先进的这种相关调查设备。比如多金属结核，我们可能就会使用AUV，就是水下机器人。水下机器人，这我们在可以在海底进行大范围的长时间的照相摄像，我们会获得海底的大量的照片。通过这些照片的信息，我们可以读取里面的多金属结核的分布的形态，进行数据的分析。数据的分析，这些信息可以支撑我们对这一个更局部的区域，进行大量的矿藏分布的了解。对于陆地上采矿，我们了解地可能更多一点，采完了之后，我们通过交通运输就可以把它运出来。海里头这怎么运上来，那么深的地方，你们是怎么做的？最早其实搞深海采矿，从上世纪70年代就开始了，有人说直接拿个斗，在海底打一斗。然后拉上来，连续不断地用斗打上来就行了，咱且不说它的经济性。它就说可行性来说，你就是有一个连续的要去拿斗子往上面来拉矿，比如说多金属结核在5千米的地方，拿一个5千米的绳子，然后拿一个斗在那兜来兜去的，你肯定斗自己就缠到一起去了。然后另外一个话有人提出来，我们是不是可以像我们蛟龙（号），像深海勇士（号）一样，我下去以后拿点儿矿，然后再上来。这是不是也可以通过机械手是吗？
对，通过机械手采上来，这是可以的。但是你的效率是多少呢？大家应该知道我们蛟龙（号），深海勇士（号），奋斗者号它的作业的原理。它是拿多少东西，它得往海里扔多少东西，它才能保持平衡才能上来。那也就是说我一年要是采300万吨矿的话，我要往海里扔300万吨的东西，这样显然是从一个商业开发价值来说是不可能的。经过这么多年的摸索，实际上我们大家都统一地认为，应该是一种通过水泵管线这种泵矿的方式，在海底采完了以后，通过矿浆泵的方式泵到水面上来。到了采矿船上以后，然后再把采的矿运到运输船上去，然后运输船拉到陆地或者拉到。然后再拉到后面的选矿场，再去做后面的这种金属的提炼工作，基本上是这么一个原理。我们理想状态是从深海的深处，一直到海平面，我们建立一个运输的渠道。从运输到开采到这个加工一体化，这是最理想的一个状态，但是目前到那一步还有多远？我们从（党的）十八大以来，我们都一直提到的，深海进入、深海探测、深海开发。目前的话我们刚刚进入到第三，目前的话世界上没有一例做到深海的是商业采矿的，走得（离）商业开发最近的就是2008年开始，他们叫素尔瓦拉1（号）项目，是当时叫鹦鹉螺采矿公司。
开发的这个项目，他们采的是叫铜金矿，但做着做着的话，他就会发现它这个资源量。最后的话，只有100多万吨的铜金矿，100多万（吨）铜金矿，按照它的成本计算的话，根本不够他投入了这么多的钱，所以深海采矿从商业价值来说，它现在有很大的风险。所以为什么现在的话，各个国家都在联合着做，做前期的探索，技术探索，想把前面的这些商业上不确定的东西，给它在实验室的阶段，让政府能够把这些风险给前期先担起来。我们通过短片来看一下。深海采矿的主要工作平台是采矿船，它不仅可以快捷地完成，从老矿点转移到新矿点，甚至不需要搭建任何海底基础设施便可以完成采矿任务。一体化全流程采矿船是未来深海采矿最重要的硬件设施，主要组成模块有采矿船、提升系统、采矿机等。采矿机顾名思义是在水下完成采矿任务的主要机器，由于海底地形的特殊性，采矿机像坦克一样的履带式前进系统，能够使采矿机在海底满足不同地形的行走要求。同时，采矿机配备的定位系统，仿佛是它在水下长了眼睛，而不是拖到哪儿采到哪儿地盲目工作。采矿机采集完成的矿浆将通过水利提升式采矿系统，直接以水力的方式抽取输送到海面采矿船上，并完成最终脱水及储存工序，这便是集合了开采、传输、提炼一体化的海底采矿全产业链技术。
我们国家目前深海采矿的能力是什么样的？是一个什么状况？我们国家从（上世纪）90年代开始，一直是稳步地在做这项工作，这里面的话有很多的，这个技术是跟国际上我认为有差距，也有先进的地方。从深度来说，上世纪70年代（国外）做的时候就到了5千米，而且采上了几百吨的矿，用了两三个月的时间。（上世纪）70年代的时候采矿，那就是拖着在海底拖着，拿着一个5千米的管子在那拖着海底采矿车。那个采矿车就是管子拖到哪里就采到哪里，那么很多指标它就是没法衡量的，比如说采矿率、采集率。什么叫采集率呢？比如说我这个地方有100吨矿，你能够从里面给我采多少来。如果只能够采5吨，你就5%的（采集率），就是说你采矿的指标很难衡量。因此的话，我们认为它就是一个技术原理的试验。而我们现在的话，做千米级试验的时候，我们就要求它，比如说我比如说100平米的地方，比如说80平米，你必须给我采完。这样的话我需要它更要精准，导航定位，这个功能要特别全，要能够保证我这个，别说本来找了一个很好的矿。但是我只是取了5%，你至少的话，比如说80%、70%，未来的竞争就是这些指标的竞争。我也可能有1万平方公里的矿，我能够开9000平方公里，这是我的本事，有可能别人只能开5000平方公里，这就是不同的技术水平，这就是技术发展的一个趋势。
到目前为止，我们国家对这个深海采矿技术的这个研究，可以做到哪些事情？还有哪些瓶颈？未来将会怎么走？其实我们国家从上世纪70年代，就开始深海海底的这种矿产资源的调查，那么经过40多年，现在在国际上有30个矿产资源的勘探合同，而我们国家有5个（合同），其实也是代表我们国家目前是。国家海底区域这里边资源的勘探合同数量最多的，包含的这种矿种的类型最全。这说明什么？它本身就是一种国家实力的体现，这是我们国家能够有能力，在全球的三大洋去进行这些相关的勘探活动。第二，这些矿产资源，签订的合同都是为了进入开发的基础。你首先有资源才能谈到开发，你只有了解更多的资源的情况，那你才能给社会上或者给国际社会做更多的贡献。有了量的保证，才可能进行到质的升华。对，而且才知道，深海海底面积这么大，其实我们说是进行了很多年的这种调查研究。但是依然有很多地方我们不知道的，我们可能知道目前只有可能有三种矿产资源，（多金属）结核，（多金属）硫化物，或者说富钴结壳，但是谁又能知道还有没有其他的，我们调查程度是不够的。我们认识不够的，还有更多的这种待发现的东西需要去了解。说到这儿，我们看一下相关的短片。
海底矿产资源被誉为全人类共同的继承财产，深海海底采矿的经济效益，最终会成为全人类的共享利益。人类对海底的环境评估，对矿藏进行勘探工作以及后续的开发活动，都将在国际海底管理局所制定的规则和严格的监督下进行。然而，目前相关规章还在不断完善，尤其需要权衡的是缺乏深海采矿技术和资金的发展中国家的利益。所以，在相关法律政策以及后续利益分配制度得到完善之前，深海采矿都将暂时处于探索阶段，但这一举措也为缔约国采矿的技术研发提供了充足的时间。未来，当深海采矿真正步入商业化阶段时，成熟的技术不仅可以保证最小程度地影响海底生态环境，同时也为达到在有限区域内精准快速地开采目标，提供了有力的硬件支持。未来我们的目标是什么？对于采矿技术的这个未来的发展方向来说，在我看来的话两条腿并行走。一条腿是找到富矿以后，要把周围的环境的机制搞清楚，尤其是环境影响评价。在采矿过程中，可能会对这个地方造成影响要搞清楚。比如说我在多金属结核区碰到了一个海参，我不知道这个海参是在这个一万平方公里以内，就这么一只，还是有多只，跟这种类型（类似）的还有多少个，它为什么长在这里。我们如果在这里采矿了以后，它会不会就灭绝了？
我们大家现在都已经生态文明思想已经深入人心了，我去利用资源的同时，我还要保护环境。所以说海洋环境，未来也会是我们深海采矿五大理念之间的一个绿色的事情。我们采矿技术怎么是绿色的？怎么对海洋环境的影响最少的？这也是我们未来采矿技术发展的方向，也是我们未来真正到商业开发阶段的一个底线。就是开采跟环境去衡量的时候，一定是环境是占第一位的。对，对采矿技术来说也一样，您一个采矿技术，具有环境的优越性，比如说扰动低。因为结核的话就在地上，就去采，采完了以后，你的采矿采完了以后，你扬尘大概20米，人家别人大约是10米。那么显然的话，10米的采矿车就是绿色的采矿车，未来的话都会用10米的采矿车来采矿，而不会用20米的采矿车。同样的一个道理，目前国际上大家都普遍认为，一个商业的开发，商业的一个矿区，就像目前这种多金属结核的这种品位价值来说，一年要产300万吨，连续产20年，基本上能够回本，能够挣钱。但是，实际上现在的技术能力，没有任何一个国家能够一天能产，比如说一万吨，没有一个能做得到。因此的话，未来这个采矿的技术能力，这个要发展，要搞更大的车，要靠更大的泵。肯定海底矿未来要进入商业开发价值，必然是一个跟陆地矿有竞争价值的时候，它才能够进入到商业开发阶段。
我这么理解，就是到那天实现的时候，这深海采矿不仅仅是一个工作，或者不仅仅是个采矿这个过程，它肯定是建立在我们对深海的环境、深海的地质、深海的那种演变，充分认识的基础上才能实现的。当您说的那一天去到来的时候，我认为我们对深海的认识，其实已经到了一个非常深刻或者非常系统的一个阶段。一旦深海采矿有一天实现的时候，就无论从环保的角度，还是这个经济价值的角度，那一天对我们人类真正生活的改变和影响会是什么？国际海底的资源是现今为止，是唯一的全人类的共同继承财产。也就是说您采出矿来以后，不仅是你采矿者这个国家的，其他国家也会从中受益。在我看来，它更多的是实现了一种人类命运共同体的一个真正的例子。我们采出矿了以后，除了我们自己投入的一些真正的惠益是全世界分享的，那么它的价值，它的意义，我觉得它不仅仅是一个，我们老百姓觉得经济上的一个，是不是更便宜了，其实更多地我看到的还是全世界的大同，是实现了全人类共同继承财产的一个实例。今天，把两位请到我们演播室当中，进行对于这个深海采矿的话题的探讨，也感谢各位收看我们今天的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的内容，可以下载我们央视频，那今天的节目就到这了，我是胜春，咱们下期节目再见。
（通讯员 邓辉）
