海洋沉积物，巨大的金属元素储库，深海开采未来可期？

广州海洋地质调查局8月3日对外公布，近期该局深海元素循环与资源效应团队研究发现，富含铁锰氧化物的深海远洋沉积物是海洋中锌的主要储库，这些氧化物如同微小的“捕锌器”，从浩瀚的海水中捕获并富集锌元素。

这一发现改变我们对海洋锌元素分布的认知，指示了深海沉积物可能是很多关键金属的重要储库，为我国乃至全球深海矿产资源研究提供了新的视角和方向。

传统观点认为，海洋锌主要赋存在海底的铁锰结核和海山上的富钴结壳之中。“这是因为过去的几十年里，人们对海洋探索的关注点主要是铁锰结核和富钴结壳等金属矿，而忽略了‘平平无奇’的海洋沉积物。广州海洋地质调查局40多年来长期从事深海大洋地质调查研究工作。团队由此获取了大量的海洋沉积物样品和数据，通过对比分析太平洋深海远洋沉积物中锌元素含量和同位素特征，发现深海中的锌主要赋存于沉积物的铁锰氧化物中。

什么是铁锰氧化物？

铁锰氧化物（Iron-Manganese Oxides）通常是指铁和锰在氧化条件下形成的复合氧化物。它们广泛存在于海洋沉积物中，尤其是在深海环境中，形成了所谓的锰结核或锰结壳。这些铁锰氧化物在海洋沉积物中起着重要的作用，不仅是多种金属元素（如镍、钴、铜、锌等）的主要储存库，还在全球的地球化学循环中扮演重要角色。

• 组成与结构：
  • 锰氧化物：以锰的氧化物形式存在，通常包括不同氧化态的锰（如MnO₂）。它们往往具有层状或结晶结构，能够吸附其他金属离子。
  • 铁氧化物：常见形式包括赤铁矿（Fe₂O₃）和磁铁矿（Fe₃O₄）。铁锰氧化物往往具有很高的吸附能力，能够吸附大量的重金属和微量元素。
• 地球化学作用：
  • 金属富集：铁锰氧化物具有较强的吸附能力，能够从海水中富集各种金属，如镍、钴、铜、锌等。这些金属可以随着沉积物的形成沉积在海底，从而形成丰富的矿物资源。
  • 环境指示物：由于它们对金属的高吸附性，铁锰氧化物常被用作环境变化的指示物，特别是在研究海洋化学和古气候时。
• 资源与应用：
  • 矿产资源：铁锰结核和锰结壳因富含有价值的金属元素，被视为未来潜在的矿产资源，尤其是在全球对稀有金属需求不断增长的背景下。
  • 污染物清除：由于其对重金属和有机污染物的吸附能力，铁锰氧化物在水处理和环境修复中具有广泛的应用潜力。

铁锰氧化物如何形成的？

铁锰氧化物主要在氧化条件下形成，通常在海洋沉积物的氧化层中生成。这些氧化物的形成与海水的氧化还原环境、金属离子的浓度、沉积物颗粒的性质等因素密切相关。

在深海环境中，铁锰氧化物的形成过程非常缓慢，通常需要数百万年的时间才能形成可观的结核或结壳。这些结构往往具有很高的稳定性，能够在沉积物中长期保存。

铁锰氧化物的作用是什么？

• 沉积物形成：铁锰氧化物在海洋沉积物中广泛存在，尤其是在深海区域。这些矿物质的沉积可以影响海底的地质和化学特性。
• 营养元素的循环：铁和锰是海洋中重要的营养元素。铁锰氧化物可以帮助这些元素在海洋中循环，从而影响海洋生物的生产力。例如，铁的供应对于浮游植物的生长至关重要。
• 污染物去除：铁锰氧化物具有吸附和还原作用，可以去除海水中的一些污染物和有害物质，如重金属和有机物。
• 海洋化学作用：铁锰氧化物可以影响海水的化学性质，包括pH值和氧化还原状态，这对海洋生态系统的健康至关重要。

铁锰氧化物在全球地球化学循环中扮演着关键角色，对研究海洋环境和资源开发具有重要意义。

铁锰氧化物发现的锌是否可以用于未来锌的开采？

目前，锌的主要来源有矿石开采、回收利用、冶炼副产品提取、海洋沉积物获取。目前矿石开采仍然是锌的主要供应来源。

截至2023年，全球已探明的锌矿储量约为6000万至7000万吨（按锌含量计算）。按目前的开采速度计算，已探明储量大约可以支撑40至50年的开采。总体来看，尽管当前的已探明储量看起来能够支持几十年的需求，但实际情况会受到许多变化因素的影响。锌的持续供应依赖于不断的勘探、新资源的发现和技术进步。

海洋铁锰氧化物中锌的开采取决于锌的浓度、提取技术、市场需求、环境影响、经济规模等多个因素，常用的方法包括化学浸出、浮选和电解。如果现有技术能够高效地从海洋铁锰氧化物中提取锌，且成本较低，则可能是一个有吸引力的选择。总的来说，在海洋铁锰氧化物中提取锌可能有一定的经济潜力，但需要综合考虑锌的浓度、提取技术、市场需求、环境影响以及经济规模等因素。

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