综述：深海多金属结核采矿：成本降低与效率提升技术综述

《International Journal of Mining Science and Technology》：Deep-sea polymetallic nodule mining: a review of cost reduction and efficiency technologies

　　

徐立新|刘亚娇|洪志超

摘要

现有关于深海多金属结核开采的综述仅关注了单个设备的结构优化，缺乏针对“降低成本和提高效率”这一核心双重目标的全产业链关键技术的系统分析，这无法支持商业化进程。为填补这一空白，本文基于“精准海底结核采集–长距离稳定运输”的全产业链技术框架，系统梳理了三个核心阶段（海底采矿车辆移动性、矿物采集和矿石提升）的技术进展和瓶颈，并探讨了可行的成本节约和效率提升方案。研究结果表明，结核富集区独特的软沉积物特性（含水量312%–577%，内摩擦角<8°，无排水抗剪强度4.0–15.5 kPa）是限制设备稳定性的主要因素。优化后的尖锐三角形履带鞋在典型工作条件（滑移率15%，行驶速度0.6 m/s）下可将最大牵引力提高120%；而加厚三角形履带鞋则在重量减轻18%的情况下使牵引力提高70.4%。液压采集技术目前占据主导地位，其中科安达效应方案的最大效率可达87%，多级离心液压提升技术成为工程研究的重点。创新性地，采矿与碳封存的协同作用使单位收入增加了606.3%，同时降低了62.8%的二氧化碳封存成本；而用于废水能量回收的ORC系统可满足总采矿电力需求的15–20%。实现商业化的主要障碍包括移动性与采集系统不协调、管道运输不稳定、材料对极端条件的适应性差以及成本过高。本文明确了全产业链优化的关键突破方向，为深海多金属结核开采技术的产业化提供了系统框架和技术参考。