О наличии глубоководных океанических минералов известно уже более века. Однако исследования, направленные на понимание их генезиса, распределения и ресурсного потенциала, начались совсем недавно.
Ферромарганцевые (Fe-Mn) конкреции стали первыми, что подверглись детальному изучению, причем программы в полном объеме осуществлялись в 1970-х годах, а добыча конкреций в зоне Кларион-Клиппертон должна была начаться в конце 1970-х - начале 1980-х годов, но так и не началась. Вскоре после этого последовало открытие гидротермальных систем вдоль Галапагосского хребта в 1977 году; после этого, в 1979 г., были обнаружены мощные системы черного дыма в Восточной части Тихого океана.
Исследование Fe-Mn корок получило известность в начале 1980-х годов. Низкие цены на металлы на мировых рынках ослабляли энтузиазм по поводу разработки глубоководных районов океана до 2000-х годов, хотя исследования и работы в это время продолжались. В настоящее время планируется, что в ближайшие два-три года начнут действовать три глубоководные шахты, и заключены контракты на разведку обширных участков глубоководного океанического дна. К тому же, каждый год заключаются новые контракты.
Традиционные интересы касаются добычи Ni-Cu-Mn для конкреций, Co-Ni-Mn для корок и Cu-Zn-Au-Ag для сульфидов морского дна. Исследования, проведенные за последние десять лет, показали, что существуют и другие редкие металлы и редкоземельные элементы (РЗЭ), которые являются потенциальными побочными продуктами добычи основных металлов, представляющих интерес. Например, помимо основных металлов, в конкрециях имеются также значительные концентрации Co, Li, и Zr; корки имеют высокие концентрации Bi, Mo, Nb, Pt, Te, Th, Ti, W, Y и Zr; а в некоторых средах, особенно в вулканических дугах, - высокие концентрации As, Cd, Ga Ge, Se, In.
Fe-Mn корки. Распределение и общие характеристики.
Корки Fe-Mn осаждаются из холодных донных вод на поверхность подводных гор, гребней и плато в виде покрытий на скалах в районах, где в течение миллионов лет не образуются отложения. Корки обычно встречаются на глубинах от 400 до 700 м, а самые толстые и богатые металлами корки встречаются на глубинах от 800 до 2500 м. Распределение корок и характеристики подводных гор указывают на то, что операции по добыче, вероятно, будут проводиться на глубинах от 1500 до 2500 м. Корки встречаются также на хребтах дна полярных океанов, но их принцип их распределения пока малоизвестен.
Текущая деятельность и основные участники разработки месторождений полезных ископаемых в глубоководных районах океана.
По состоянию на январь 2013 года разведочные контракты были подписаны или ожидают подписания примерно на 1 843 350 км2 морского дна, причем примерно половина из них - прибрежными государствами, а остальная часть - Международным органом по морскому дну в районах за пределами действия национальной юрисдикции. В июле 2012 года Совет и Ассамблея МСА приняли правила добычи корок Fe-Mn и вскоре после этого получили два плана работы по контрактным районам в западной части Тихого океана и один план работы, который, как ожидается, будет представлен. Следует добавить эти 9000 км2 к общей контрактной площади, хотя они и не будут официально предоставлены до тех пор, пока не будут утверждены Советом и Ассамблеей и подписаны МСА и подрядчиками. Следующие государства через свои федеральные ведомства подписали контракты на конкреционные районы Fe-Mn площадью около 75 000 км2 каждый: Германия, Индия, Китай, Южная Корея, Россия, Северная Корея, Франция, Япония, Болгария, Куба, Чешская Республика, Польша, Словакия;
Кроме того, четыре компании заключили или продолжают заключать контракты на 75 000 кв. км конкреций и один контракт на 58 620 кв. км2. Добыча ускоряется, и регулярно поступают новые запросы на заключение контрактов.
Технические проблемы.
Имеется большой объем литературы, посвященный потенциальным технологиям разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в глубоководных районах океана. Однако технологии первого поколения имеются в наличии или разрабатываются в настоящее время только для добычи конкреций Fe-Mn, но не для Fe-Mn корок.
Технология добычи для конкреций Fe-Mn была адаптирована на основе технологии, используемой в глубоководных нефтяных операциях, таких как выемка труб на морском дне, и технологии добычи алмазов из морских россыпей, которая в настоящее время адаптируется от операций на шельфе к глубоководным операциям. Корки Fe-Mn сталкиваются с двумя основными технологическими препятствиями, которые необходимо преодолеть: одно - для разведки и определения характеристик рудников, а другое - для разработки.
Крайне важно, чтобы был разработан инструмент для разведки, который был бы установлен в башнях, и позволял измерять толщину (тоннаж) коры на месте.
Лучшим вариантом может быть разработка многоспектрального сейсмического прибора или детектора гамма-излучения, и проблемы с ослаблением его сигнала в морской воде должны быть преодолены. Из всех физических свойств самых разных типов горных пород субстрата по сравнению с Fe-Mn корками, гамма-излучение показывает наибольшее различие.
Второй вопрос заключается в разработке горнодобывающего инструмента, который сможет отделить кору Fe-Mn от грунта, на котором она закреплена, без сбора самой грунтовой породы, что значительно разбавит содержание руды. Это удаление должно происходить на неровном и часто шероховатом морском дне на глубине 1500-2500 м, с корками, прикрепленными с различной степенью сложности в зависимости от типа грунтовой породы, что потребует значительных технологических инноваций.
Будущие направления.
Ресурсный потенциал Fe-Mn корок и конкреций, находящихся в Мировом океане, не очень хорошо известен; наиболее характерным месторождением является центральноазиатский бассейн. Однако важно, чтобы морские месторождения полезных ископаемых оценивались с использованием методов, применяемых к месторождениям на суше, чтобы их можно было понять как потенциальные источники редких, стратегических и критических металлов. Сравнительные оценки должны охватывать весь цикл интересующих товаров и экологические обоснования для каждого из них.
С инженерной точки зрения, для того чтобы добыча коры стала жизнеспособной, требуется несколько важных прорывов, в то время как технология добычи конкреций проще и поэтому находится на заключительных этапах разработки. Самым большим препятствием для разведки Fe-Mn корок является измерение толщины коры на месте и в режиме реального времени. Самым большим физическим препятствием же для добычи руды является чистое отделение коры Fe-Mn от грунтовых пород, которое происходит на неровном и шероховатом дне. Эти технологические проблемы могут быть решены, если будут изучены физические свойства Fe-Mn корок и пород субстрата; необходимо также проанализировать широкий спектр типов проб, особенно толстых фосфатных корок.
Более трудной задачей является измерение на месте физических свойств проб, насыщенных морской водой. Эти измерения необходимы для понимания механизмов секвестрации металлов из морской воды, контрастирующих пород коры и субстрата для разработки технологий разведки, а также для характеристики прочности и восприимчивости коры к различным стратегиям добычи.
Хотя в добывающей металлургии и достигаются значительные успехи, необходимы дальнейшие внедрения "зеленых" технологий, которые позволили бы сократить расходы. Поскольку все крупные и мелкие металлы в корках и конкрециях могут быть растворены простым кислотным выщелачиванием, следует разработать химические и биохимические процессы селективного извлечения представляющих интерес металлов, например с использованием специальных связующих веществ.
Затем оставшийся материал может быть передан другому добывающему оператору для извлечения дополнительных металлов, представляющих интерес, при наличии экономического стимула или стратегической необходимости.
