怎样高效的找黄铜矿,海底热液和冷泉的区别?
冷泉跟热液的形态类似,最大的区别是温度,冷泉流体温度3℃到5℃,和周围的海水温度几乎一致。
冷泉和热液是海底生命极度活跃的特殊生境,通常认为化能自养型微生物是热液和冷泉生态系统的主要初级生产者,可以高效的利用热液和冷泉流体中的化学能。热液生态系统的初级生产者嗜热细菌和古细菌,其初级能量来源于地球深部上升喷出流体提供的化学能,它们氧化热液中硫化物(如H2S,FeS)和甲烷获得能量,还原二氧化碳制造有机物,而不依赖光合作用。
深海热液又称为“黑烟囱”,主要是海底深处喷出的高温流体遇到海水时混合形成的“黑烟”,这些黑烟富含硫化物颗粒,流体成分主要是甲烷、二氧化碳和硫化氢,温度可以高达400摄氏度。冷泉跟热液的形态类似,最大的区别是温度,冷泉流体温度3℃到5℃,和周围的海水温度几乎一致。
在几千米的深海中,没有阳光,但却存在生命。深海中的热液和冷泉,孕育了极端的生命现象,颠覆了“万物生长靠太阳”的基本理论。
近几十年来,随着各种海洋勘探工具的快速发展,人类对海洋的认识也迅速从二维进展到三维、四维,获取了不同深度、时间上不同类型的大量数据资料,逐步揭开了其神秘面纱,海洋也在不断地惊艳着我们。从变幻多彩的海平面、到美丽繁华的热带浅海生物,再到漆黑荒凉的深海海底,又到奇形怪状的深渊生物,我们的海洋观不断地被刷新。今天,就给大家介绍下深海里的两种神秘的特殊环境——热泉和冷泉。
海底热泉(又称海底热液)系统的发现是以1948年瑞典科学家利用“信天翁号”(AlBatross)考察船在红海发现高温高盐溶液为标志。1963-1965年国际印度洋调查期间,在红海的轴部及中央盆地中识别出层化的高温高盐溶液,发现了热液多金属软泥,从而揭开了海底热液活动研究的序幕。在随后的调研中,在大洋中脊多处发现了黑烟囱、块状硫化物及喷口生物,海底热液活动也成了科学家了解地球深部构造及地球生命起源的一个重要窗口。
海底热液活动在离散板块边界和汇聚板块边界均可出现,但都集中在拉张性构造带上,主要分布于洋中脊、弧后扩张中心等。其形成的机理是:海水沿裂谷张性断裂或裂隙渗入洋壳内部,受炽热的熔岩影响后与基底玄武岩发生反应,形成酸性、还原且富硫化物与成矿金属的热液,温度高达350~400℃。反应程度随温度和压力的增加而增加,直到岩石变得难以渗透,含矿热液就上升回到海底。当它们从喷口涌出时与冷海水相遇,导致黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐的快速沉淀,最后不断堆积成一种烟囱状的地貌。烟囱高低粗细各不相同,高的可以达到一百多米,矮的也有几米到几十米。因温度和组分差异,形成白烟囱或黑烟囱:当热液温度为100~350℃时,形成主要由硫酸盐矿物(硬石膏、重晶石)、二氧化硅和白铁矿组成的白烟囱。当温度≥350℃时,形成由暗色硫化物如磁黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿等堆积而成的黑烟囱。
热液生态系统与陆地-浅海光合作用为基础的生命体系有根本区别,它们形成以嗜热硫还原细菌为基础生产力的食物链,构成一个自养自给的共生系统,目前认为海底热液是其营养物质的初始来源。这一环境内的生物组成主要有细菌、双壳类、铠甲虾,与细菌共生的巨型管栖动物、管水母、腹足类和一些鱼类,这在压力巨大、一片漆黑的海底形成了一片繁华的生命奇景。这一群落随着“热液”的长消而出没,当“热液”停止喷发,这一群落也随着消失。当新的“热液”产生时,又能形成新的群落。
多金属硫化物矿床是热液活动的产物,富含Cu、Zn、Fe、Mn、Pb、Ba、Ag、Au、Co、Mo等金属和稀有金属,赋存于2000~3000米水深的海底,是继大洋锰结核和结壳之后发现的又一具有巨大开发远景的海底矿产资源。它和深海热液喷口生物、大洋多金属结核、富钻结壳、天然气水合物等新型资源一起被誉为21世纪人类可持续发展的战略接替资源,具有很好的科研与商业应用前景。
海底冷泉从发现到现在已经近40年,是继海底热液之后的又一重大发现,二者都反映了海底的极端环境。来自海底沉积界面之下的以水、碳氢化合物 (天然气和石油)、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出,并产生系列的物理、化学及生物作用,这种作用及其产物称为冷泉。既然海底热泉是热的,那么冷泉也是冷的喽?其实,海底冷泉的温度与周围海水温度相近,约2~4℃。冷泉常呈线性群产出,主要集中在断层和裂隙较发育地区,经常伴随着大量自生碳酸盐岩、生物群落、泥火山、麻坑、泥底辟等较为宏观的地质现象。
导致冷泉形成的因素主要包括:
①海底沉积物埋藏或者沉积物滑动、运移及重新沉积;
②全球气候变冷或变暖引起海平面的升降,从而使海底压力和温度变化;
③构造抬升或海平面下降使压力降低;
④与地震有关的压力快速变化、火山喷发、地温梯度升降;
⑤海底底层水变暖或温盐环流变化,冬季变冷和夏季升温引起的海底环境变化。
冷泉的流体可能来自于下部地层中长期存在的油气系统,也可能是海底天然气水合物分解释放的烃类(CH4等)。因此,当上述因素出现时,流体会沿着泥火山、构造面或沉积物裂隙向上运移和排放,便会形成甲烷冷泉。根据冷泉流体溢出速度的不同,将其分为快速冷泉和慢速冷泉。快速冷泉常产自泥火山,流体为富甲烷的流体携带大量细粒沉积物;慢速冷泉流体富油或气,在空间上快速和慢速冷泉常过渡伴生。冷泉流体的流量在时间和空间上也是不断变化的,控制因素主要有潮汐作用、构造作用、孔隙流体与海水的浓度差产生的对流、生物泵作用(海底生物活动改造流体的流动方式)等。
冷泉生物系统是指示海底冷泉非常直接的标志。甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌参与到冷泉流体中的甲烷与硫酸根离子的缺氧甲烷氧化反应中,为化能自养生物提供了碳源和能量,成为冷泉生态系的初级生产者。在其基础上又发育着菌席和深海双壳类(贻贝类和蛤类)及蠕虫(管状群蠕虫和冰蠕虫)多毛类动物以及海星、海胆、海虾等一级消费者,其中管状蠕虫只出现在冷泉流速较低的环境。二级消费者有鱼、螃蟹、扁形虫、冷水珊瑚等。所以冷泉活动区域一般都是海底生命极度活跃的地方,和热液生态系统并称为“深海绿洲”。
全球海洋环境中可能发育有900多处海底冷泉活动区,每年释放大量 CO2 和 CH4等烃类气体到大气中,而 CH4的温室效应是相同质量 CO2的20倍以上,因此是全球变化的重要影响因子。我国近海冷泉区主要有 7个,其中南海海域分布6个,东海冲绳海槽1个。2015年“海马”号 ROV 在珠江口盆地西部海域发现了海底巨型活动性“冷泉”,被命名为“海马冷泉”。该冷泉浅表层富含天然气水合物、自生碳酸盐岩大量出露、冷泉生物群广泛发育,是非常典型冷泉系统。
研究冷泉具有重要的科研意义。冷泉是探寻天然气水合物的重要标志之一;冷泉生态系统是研究地球深部生物圈的窗口;冷泉溢出的 CH4 和 CO2是可能造成全球气候变化的重要因素;同时,研究全球圈层相互作用和全球变化也是科学前沿之一。
什么是铁矿石的品位?
铁矿石的品位指的是铁矿石中铁元素的质量分数,通俗来说就是含铁量。比如说,铁矿石的品位为62,指的是其中铁元素的质量分数为62%
对于赤铁矿(主要成分为Fe2O3),理论最高品位为70%
对于磁铁矿(主要成分为Fe3O4),理论最高品位为72.4%
对于菱铁矿(主要成分为FeCO3),理论最高品位为48.3%
对于褐铁矿(主要成分为Fe2O3.H2O),理论最高品位为62.9% 铁矿石中有益与无益元素:铁矿石中的杂质很多,根据其对冶炼过程及其对产品质量的影响又可分为有益的与有害的两类。
1.有害杂质(元素)
指影响选冶的杂质。常见和最主要的有害杂质有:硫、磷、砷、钾、钠、氟等。
(1)磷
磷在矿石中一般以磷灰石(3CaO?P2O5)状态存在,也有以蓝铁矿(3FeO?As3O5)状态存在。磷在高炉中全部被还原并大部分进入生铁。含磷多的钢铁在低温加工时易破裂,即所谓“冷脆”。
(2)硫
硫在矿石中主要以黄铁矿(FeS2)存在,也有以黄铜矿(FeS?、CuS)或硫酸盐(CaSO4.2H2O\BaSO4)状态存在。冶炼时硫部分被还原进入生铁,钢铁中含硫在其热加工时易产生“热脆”。高炉冶炼时虽然可以脱硫,但却要多消耗焦碳(提高炉温)和石灰石(提高炉渣碱度),以至提高生产成本,因此入炉铁矿石要求含硫应
(3)钾、钠
常存在于霓石、钠闪石、云石之中。它们的最大危害性是降低铁矿石的软化点,常常因此造成高炉结瘤。含钾、钠高的矿石往往容易影响高炉冶炼的顺行。
(4)砷
砷在一般铁矿石中很少,但在褐铁矿中比较常见,它以毒砂(FeAs2S)或其它氧化物(As2O3、As3O5)的形态存在,砷在冶炼时大部分进入生铁,当钢中砷含量超过0.1%时会使钢冷脆冷脆,并影响钢的焊接性能。
2.有益元素(杂质)
铁矿石中有些元素对冶炼过程不一定带来好处,但是它们却往往能改善产品的某些性能,象这些元素我们称它为有益元素。这类元素常见的有:锰、镍、铬、钒、钛等。 铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料,一般低于50%品位的铁矿石需要经过选矿才能冶炼利用。
天然矿石(铁矿石)经过破碎、磨碎、磁选、浮选、重选等程序逐渐选出铁。针对中国铁矿石存在的特点,以及钢铁工业对铁精矿更高的要求等给中国选矿工作者提出了新的挑战。因此对中国冶金矿山选矿技术有了更深的发展要求,随之而来的就是促发选矿设备的进一步提高。
选矿工艺流程应该尽可能的高效、简单,比如抓好节能设备的开发,要尽可能以最合适的流程取得最佳的效果等。在选矿厂中,破碎和磨碎作业的设备投资、生产费用、电能消耗和钢材消耗往往所占的比例最大,故破碎和磨碎设备的计算选择及操作管理的好坏,在很大程度上决定着选矿厂的经济效益。
中国铁矿资源中易选的铁矿资源日益减少,铁矿资源特点是贫矿多,富矿少,伴生矿产多,矿石组分比较复杂,矿石嵌布粒度大多较细,给选矿造成一定的困难。从技术上来讲,迫切需要先进的技术、先进的工艺和先进的设备,来推动贫铁矿资源的高效开发与利用。从经济效益来讲,选矿厂对于贫铁矿的生产,必须扩大生产规模,必须扩大原矿的处理能力,节能降耗,降低选矿加工成本,才会有较好的经济效益。在矿石进入磨矿作业之前,将混入矿石中的一部分脉石矿物预选剔除,实现该丢早丢,以利于提高原矿品位。
采用超细碎粗粒抛尾优化的预选工艺,这是贫铁矿提高生产能力、节能降耗、创造较好的经济效益行之有效的方法。
深湘辊式柱磨机与低品位铁矿的作用
嵌布粒度极细低品位铁矿石在进行超细碎作业时,由于铁矿石在料层的状况下,受到快速旋转的磨辊反复多次碾压和搓揉,使得矿石碾压成细粒及粉末状。从而使有用矿物与脉石的结合界面即会发生疲劳断裂或发生微裂纹和内应力,部分的结合界面也会完全分离。
这样很大一部分有用矿物便获得了完全的单体解离,另一部分没有完全单体解离的颗粒内部的结合界面处,也会产生微裂纹或内应力。当获得了完全单体解离或部分单体解离的颗粒,进入预选作业粗粒抛尾时,便可获得品位较高的粗精矿和品位较低的尾矿。
这种脉石矿物较少的粗精矿进入球磨机时,没有完全单体解离的颗粒内部的结合界面,由于含有大量的微裂纹和内应力,因此在球磨机中,这部分颗粒中的有用矿物和脉石便很容易获得更好的单体解离。这样粗精矿磨矿后有利于磁选精选作业提高最终精矿的品位。
嵌布粒度极细低品位铁矿石经辊式柱磨机超细碎后,预选:干式弱磁选可以抛弃40%左右品位较低的尾矿,湿式弱磁选可以抛弃50%左右品位较低的尾矿。其原因在于辊式磨机超细碎产品的粒度很小,粒度分布范围广,其中-5mm以下的粒级达80%以上,-1mm以下的粒级达50%以上,-200目粒级达20%左右,其超细碎产品呈粉末状,所以这种粒级分布的铁矿石进行预选,粗粒抛尾时会获得显著的选别效果。