长在海山上的富钴结壳

富钴结壳定义
富钴结壳又称钴结壳、铁锰结壳，英文名为cobalt-rich ferromanganese crusts。是生长在海底基岩上富含锰、钴、铂、稀土等金属元素的壳状矿床。因钴含量是多金属结核的3倍左右，因而名为富钴结壳。


富钴结壳分布

富钴铁锰结壳氧化矿床遍布全球海洋，集中在水深400～4000米的海山、海脊和海台的斜坡和顶部。从地理分布上看，结壳的富集区主要在赤道附近的低纬度区，多数在南纬、北纬30°以内。而世界上海山最多的大洋是太平洋，有文献记载达1万多个，结壳分布也以太平洋为最广、最富。特别是西太平洋，海山多，结壳品位较高，其最老的洋壳在西太平洋马里亚纳海沟附近。
结壳形成厚度可达25厘米，面积宽达许多平方公里的铺砌层。据估计，大约635万平方公里的海底(占海底面积1.7％)为富钴结壳所覆盖。据此推算，钴总量约为10亿吨。
 
富钴结壳成分

除钴之外，结壳还是其它许多金属和稀土元素的重要潜在来源，如钛、铈、镍、铂、锰、磷、铊、碲、锆、钨、铋和钼。结壳由水羟锰矿(氧化锰)和水纤铁矿(氧化铁)组成。较厚结壳有一定数量的碳磷灰石，大部分结壳含少量石英和长石。结壳钴含量很高，可高达1.7％；在某些海山的大片面积上，结壳的钴平均含量可高达1％。这些钴的含量比陆基钴矿0.1％至0.2％的含量高得多。在钴之后，结壳中最有价值的矿物依次为钛、铈、镍和锆。
富钴结壳工业用途

富钴结壳所含金属(主要是钴、锰和镍)用于钢材可增加硬度、强度和抗蚀性等特殊性能。在工业化国家，约四分之一至二分之一的钴消耗量用于航天工业，生产超合金。这些金属也在化工和高新技术产业中用于生产光电电池和太阳电池、超导体、高级激光系统、催化剂、燃料电池和强力磁以及切削工具等产品。
 
国际海底富钴结壳勘探章程

2012年7月27日国际海底管理局18届会议审议通过《“区域”内富钴结壳探矿和勘探规章》，是继国际海底管理局分别于2001年、2010年审议通过多金属结核、多金属硫化物规章后通过的第三个《规章》，至此，国际海底管理局基本完成了在国际海底区域内有商业开发利用前景的3种资源的有关规章，也标志着对国际海底区域多金属结核、多金属硫化物和富钴结壳资源的探矿和勘探活动有了法律依据。
 
国际社会富钴结壳勘探现状

1981年在中太平洋地区第一次对结壳进行系统调查。早期工作由德国、美国、前苏联(后为俄罗斯联邦)、日本、法国、英国、中国和韩国的科研队伍进行。

我国在国际海底富钴结壳勘探现状

中国首次获得富钴结壳样品是1987年，“海洋四号”调查船太平洋约翰斯顿岛东南海域采获2OO多公斤富钴结壳。1997、1998年中国“海洋四号”、“大洋一号”科学调查船分别在西太平洋麦哲伦海山区、中太平洋海山区进行了4个航段富钴结壳侦察性调查，采集样品数百公斤。自此，我国富钴结壳调查工作几乎没有中断过。
 
我国成为第一个申请国际海底富钴结壳勘探合同的国家

2012年7月27日，中国大洋矿产资源研究开发协会（中国大洋协会）根据国际海底管理局理事会核准的《“区域”内富钴结壳探矿和勘探规章》（《规章》）开放和规范富钴结壳开采的精神，率先向国际海底管理局提交了一份请求核准“区域”（国家管辖范围外的海床和底土）内富钴结壳勘探工作计划的申请书。申请区位于西太平洋海山区，面积约3000平方公里，由150个20平方公里的区块构成，并局限在550公里×550公里范围内。
申请区域位于目前所知的富钴结壳资源分布最为富集的西太平洋海山区域，是中国大洋协会在过去15年调查成果基础上选定的。在大洋协会自1997年开始的15年调查中，17个航次中（早期由“海洋四号” 船执行4个航次，后来又由“大洋一号” 船执行11个航次，“海洋六号”船执行2个航次）安排了富钴结壳调查工作。调查重点在位于北纬10°N-25°N的西太平洋海山区域，调查面积超过30万平方公里，航程超过50万海里。利用了多波束地形测量、浅地层钻探取样等技术，获得了“包括麦哲伦海山区在内的西太平洋海山区富钴结壳的资源前景较好”的初步结论。
2013年海管局第19届会议将审议并决定是否核准上述申请。
如获海管局核准，我国将在西太平洋获得面积为3000平方公里的富钴结壳资源专属勘探矿区。这将是我继2001年在东北太平洋获得多金属结核矿区、2011年在西南印度洋获得多金属硫化物矿区之后，在国际海底领域取得的又一重大成就，使我国成为世界上首个就三种主要国际海底资源均拥有勘探矿区的国家。

 
我国富钴结壳调查模式

多种手段联合调查结壳资源:在多波束全覆盖地形测量基础上，以浅地层剖面测量、海底摄像加深海浅钻三位一体的调查方式，可以比较准确地评价结壳的分布范围以及厚度。这一调查方式较调查初期的拖网取样方法，所获取的资料更为精确，基本满足了现阶段结壳资源评价的需要。
从结壳调查的技术手段看，多波束测深系统、浅地层剖面测量系统、海底摄像、深海浅钻等，这些我国主体的调查手段在国际上尚属于先进行列。
大洋资源调查相辅相成的另一项工作是大洋环境调查。国际社会对深海采矿引起的环境问题关注度高。大洋环境评价工作目前也是我国大洋工作的一项重要内容。要先把海洋环境本底调查清楚，这是区别于陆地找矿工作的一个特点。
 
富钴结壳成因研究

结壳无法在岩石表面为沉积物覆盖之处形成，而形成于约400-4，000米水深的的海山、海脊和海台的斜坡和顶部。
结壳一般以每1至3个月一个分子层(即每100万年1至6毫米)的速率增长，是地球上最缓慢的自然过程之一。因此，形成一个厚厚的结壳层可需要多达6，000万年时间。一些结壳有迹象显示，结壳在过去2，000万年经历两个形成期，铁锰增生过程为一层生成于800万-900万年前的中新世的磷钙土所中断。这一层在新、老物质之间的间隔可以为寻找更老、更丰富的矿床提供线索。最低含氧层的矿床较丰的现象，使调查人员将钴的富集部分归因于海水中的低含氧量。
富钻结壳的成矿机制有多种见解，主流观点是化学成矿说， 另外还有生物成矿说等。也有学者认为我们认为， 富钻结壳的成矿主要是物理化学作用的结果，细菌等微生物可能参与了成矿。在海水中存在一个最低含氧带（OMZ） 。 在此带内，来自内源、外源和水成等多种来源的Fe 、Mn 等成矿元素含量丰富。在OMZ下方，由于氧化作用，Fe 、Mn 首先形成水合氧化物胶体， 同时R 也可能在此时从海水中分离出来； 在Fe-Mn 氧化物沉淀过程中， 由于表面吸附作用， 具有合适表面电荷的Co2+、Ni2+等离子， 被吸附到胶体颗粒表面， 逐步富集成矿； 在微生物和上升海流的作用下。磷酸盐组分加入到结壳中， 形成夹层。
 
信息来源：
1. 中新网 www.china.com.cn/education/2012-09/05/content_26439077.htm
2. 中华人民共和国常驻国际海底管理局代表处 china-isa.jm.china-embassy.org/chn/gjhd/hdzy/t218970.htm
3. 何高文,陈圣源. 试谈富钴结壳的成矿机制. 南海地质研究