保定海锆钛砂矿资源开发与利用方案

曾轩^{1, 2}，阳宁^{1, 2}，金星^{1, 2}，张明^{1, 2}

(1. 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南 长沙，410012；

2. 长沙矿冶研究院有限责任公司 深海矿产资源开发利用研究所，湖南 长沙，410012)

摘 要：

市保定海锆钛砂矿的矿产资源概况、地质构造、海洋水文气象条件、开采技术条件、资源储量情况、产品需求情况以及技术经济条件，结合深海采矿中海上开采、管道输送、尾矿处理等技术，提出在海上进行采矿及粗选、粗精矿输送上岸精选、尾矿回填的整体方案。提出海上射吸式船采矿、采矿船上布置筛分-螺旋重选工艺进行粗选、粗精矿由自卸砂驳船运上岸、粗选尾矿管运至采空区回填、岸上粗精矿由强磁选-湿法重选-磁电联合选矿工艺进行精选。对海上作业安全、开采环境影响进行分析，提出相应的解决方案。

关键词：

滨海砂矿；海洋采矿；开发方案；

中图分类号：P744.2          文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2011)S2-0277-08

Exploitation and utilization scheme of Zr-Ti placers in Baoding Sea

ZENG Xuan^{1, 2}, YANG Ning^{1, 2}, JIN Xing^{1, 2}, ZHANG Ming^{1, 2}

(1. State Key Laboratory of Exploitation and Utilization of Deep-sea Mineral Resources, Changsha 410012, China;

2. The Research Department of Exploitation and Utilization of Deep-sea Mineral Resources,

Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co., Ltd, Changsha 410012, China)

Abstract: The Zi-Ti placer in Baoding Sea, Wanning, Hainan Province, China, was analyzed in various aspects such as its general situation, mine reserve, product demand, geological structure, marine hydrometeorology, mining technology and technical economics. Based on these elaborated analysis, a practical scheme was proposed for the exploration of offshore placers in large scales and the use of deep sea mining technologies, including offshore producing, pipeline transportation and tailing deposal. In addition, it is suggested that rougher concentrate by a combined heavy separation process of screen separating-spiral concentration employed in the fire-suction ship on which placers are mined is shipped by dumping barges to the coast, and fined by another combined process of high intensity magnetic separation-wet process-magnetic electric joint separation, while the tailings are pipeline-transported to backfill the underground goafs. Solutions are provided as well according to offshore working safety and environmental impacts.

Key words: beach placers; ocean mining; exploration scheme

锆英石主要用于制作耐火材料、铸型用砂、陶瓷及搪瓷器具等，我国70%锆英砂用于陶瓷工业，消费量约占全球产量的35%，其中80%的锆英砂依赖进口，是锆英砂第一大进口国。钛铁矿则主要用以制取海绵钛、钛合金、人造金红石、钛白粉等，其制品广泛用于航空航天、建筑、海洋、核能和电力等领域。

海南省万宁市保定海锆钛砂矿属海南省迄今探明的最大滨海浅海相沉积的大型锆英石、钛铁矿砂矿床，海南泰鑫矿业有限公司2009年自海南省国土环境资源厅竞得保定海锆钛砂矿采矿权，目前正在筹建开采。

锆、钛深加工是该矿采矿权出让的前提条件。矿山生产的锆、钛资源的毛矿、精矿等矿产品不得出售， 必须进行深加工。因此，泰鑫矿业公司亦分别投入资金着手新建5万t/a硫酸法金红石型高档钛白粉深加工线及2万t/a超细硅酸锆微粉生产线，年消耗52%钛铁矿约10万t、锆英石约2万t。

1  矿区概况

1.1  地理位置

矿区位于海南省万宁市保定海(或乌场镇)一带以南的南海近岸浅海区域，地理极值坐标为：东经110°26′00″～110°33′15″，北纬18°42′15″～18°46′15″，面积37.805 5 km²，行政区划属万宁市管辖。万宁市南距三亚市112 km，北离海口市139 km，陆上有海南岛东线高速公路和223国道从矿区西北侧近岸通过，距海岸线公路里程约6 km。沿岸带各乡镇、港口也都有公路与万宁市及东线高速公路和223国道相接，公路已通达到所有乡村。目前万宁市有大小港口8个，较大的有万州港和乌场港，与我国东南沿海港口航线相连，各港口海路可与岛内外各港口通航，交通方便。

1.2  矿区资源概况

1.2.1  勘探储量

海南省地质勘查局九三四地质队2008年4月提交了《海南省万宁市保定海矿区锆钛砂矿详查报告》^[1]，2008年8月由海南省国土环境资源厅批准备案，批准的资源储量情况如表1所示。

表1  2008年海南省万宁市保定海矿区矿产资源储量情况

Table 1  Mineral resources for mine area in Baoding Sea Wanning, Hainan

砂矿平均品位如下：锆英石1.86 kg/m³、钛铁矿7.87 kg/m³。品位变化系数锆英石81.07%、钛铁矿56.95%。

1.2.2  地质情况及开采技术条件

矿区位于最大水深不超过50 m的保定海西岸～后海角之间。矿体总体上呈大致平行于海岸线的走向北东、平缓倾向南东的不规则多边形，其中段宽而两端窄，连续性好，东西向宽度12.566 km，南北向宽度7.126 km(平均宽度3.110 km)，矿体(层)厚度0.50～19.20 m、平均厚度10.08 m，厚度变化系数53.21%，其总体变化趋势是北东段和南东段较厚、中段较薄，北西部较厚、南东部变薄。

区域内地层发育不全，除局部地区有古生代地层小规模或零星出露外，第四系地层分布广泛，第四系主要分布于东部滨海沉积平原地带，主要有全新统(Qh)、烟墩组(Qh³y)、八所组(Qp³bs)和北海组(Qp²b)，岩性主要为砂砾、砂和黏土；其中烟墩组(Qh³y)为本区陆上和海上锆钛砂矿的主要赋存层位，八所组(Qp³bs)为次要含矿层位。

矿区地层主要为第四系滨海相碎屑沉积，矿层为粉细砂～粗砂，矿层底部为致密黏土层。矿区海底表层沉积物主要是粉细砂和粗砂。矿层近乎水平层状分布，层间起伏较小，厚度较稳定，主要赋存于水深10～30 m间的地层中，基本无顶板围岩，底板围岩与矿层清晰易辨，界线清楚，且矿体中不含夹石。受海水压力影响，矿层自上而下含水量逐渐减少，并在孔隙水的粘滞胶结作用下变得致密坚硬，这给采矿作业带来一定难度。但开采时在扰动状态下，矿层物质将随海水连续流动，使得采矿作业又变得很容易。

1.2.3  海洋水文气象条件

该区全年无霜冻，年平均气温为24.8 ℃；年平均降水量为2 152.3 mm，其中9～10月降水量最多，约占全年40%，一年中春季最多风向为西南南风，夏季最多风向为西南风，秋季最多风向为东北风，冬季以西北北风为主，年平均风速约为3.5 m/s。该区域对开采活动有影响的主要气象灾害有热带气旋、雷暴、暴雨等，热带气旋一般出现在5～11月，盛期在8～10月。

该海区秋冬季节月平均波高较大，分别在1.1～1.3 m，相应周期也较大，在5.3～6.0 s之间。最大波高出现在10月。根据相关统计资料，每年1，10，11和12月的平均波高超过驳船的施工极限。

该海区平均潮差0.71 m，最大潮差1.97 m。峰值分别出现在春末夏初的6～7月和秋末冬初的11～12月。该海区海流以潮流为主，属不规则全日潮流。平均涨潮流速约为25 cm/s，平均落潮流速约为11 cm/s，落、涨潮流速比约为0.44。平均涨潮历时约为6 h    42 min，落潮历时约为15 h，涨落历时比约为0.45。总体看，该海区流速不大，流向也较稳定。

因此，本区矿床开采方式一般适合采砂船开采、粗选作业，但必须充分注意和防范季节性台风暴雨、风暴潮、寒潮、海浪海流、海水腐蚀性等因素对采矿船、设备选择、生产作业与员工安全以及原矿粗选排海尾砂下沉回填采空区或漂沉压覆未采矿体等的影响。

1.2.4  矿石矿物组成情况

原矿石中主要矿物成分为石英，占矿物总量的90%以上。矿石矿物主要以锆英石为主，伴生有钛铁矿可综合利用；其他少量矿物有电气石、磁铁矿、白钛石、金红石、绿泥石；微量矿物有锐钛矿、蓝晶石、石榴石、绿帘石、磷钇矿、独居石、长石等。矿石中含泥量为1.28%～15.27%，平均为5.30%。全区矿体平均品位锆英石1.86 kg/m³、钛铁矿7.87 kg/m³，以中品位矿石为特征。钛铁矿和锆英石主要呈0.05～0.125 mm的单矿物颗粒散布在矿石中，易分选。

2  主要建设方案

2.1  建设规模

(1) 开采总量

根据实验室实验同时参考海南海滨砂矿的采选生产实践，拟定采矿回采率80%，矿石贫化率8%，毛精矿品位ZrO₂ 7.67%、TiO₂ 26%，粗选回收率ZrO₂ 85%、TiO₂ 83%，锆精矿90%为一级品含ZrO₂ 65%, 10%为二级品含ZrO₂ 63%；精矿回收率ZrO₂ 95%、TiO₂ 83%，选矿总回收率ZrO₂ 80.75%，TiO₂ 76.36%。

扣除矿区边界边坡的设计损失量，可计算出设计可采储量为35 934.45×10⁴ t，设计采出矿石总量为   39 059.18×10⁴ t。

(2) 工作制

在海上开采作业过程中，采矿船可抗风级为5级，施工极限波高为2 m，施工安全极限波高为4 m，流速2 m/s，雾级2级^[2-3]。根据海洋水文气象条件，每年有约7个月时间对开采作业影响较大，而考虑到在这些月份中没有超过施工极限波高及没有热带气旋的可以开采作业的时间，以及如需躲避时的收工及重新开工的时间等各种条件，设计每年停工的时间为3.5～4个月，再借鉴各地海岸船舶工作及海上船舶工作制度，本项目工作制度按250 d/a，24 h/d，3 班/d，8     h/班计算。

(3) 产能及服务年限

考虑到本项目产品需求已经确定的特殊性，设计本矿山年生产锆英石精矿如下：

含ZrO₂ 65%(质量分数)的一级锆英石精矿^[4]     18 000 t，占90%；含ZrO₂ 63%的二级锆英石精矿^[4]     2 000 t，占10%。

由此计算原矿砂产能为2 368.0×10⁴ t/a，矿山的服 务年限^[5]如下：可采储量÷[矿山生产能力×(1-矿石贫化率)]=35 934.45×10⁴÷[2 368.0×10⁴×(1-8%)]≈16.50 a。

根据矿区资源量和精选厂的经济规模，选择年产锆英石精矿2×10⁴ t，钛铁矿精矿8.51×10⁴ t的建设规模较为合适，这一规模兼顾了矿区开采年限、选矿厂合适的建设经济规模、我国采选作业船舶的设备制造能力以及港口能力。

2.2  产品方案

根据资源情况，设计产品方案如下。

(1) 锆英石：2×10⁴ t/a。含ZrO₂ 65%的一级锆英石精矿1.8×10⁴ t，占90%；含ZrO₂ 63%的二级锆英石精矿0.2×10⁴ t，占10%。

(2) 钛铁矿：8.510×10⁴ t/a。该钛铁矿是TiO₂含量≥50%的二级钛铁矿精矿^[6]。

另根据矿区采集样品的选矿试验分析结果可知：本矿区还可产出如下两种有经济价值的产品：

(3) 金红石：0.851×10⁴ t/a，TiO₂含量≥88%。

(4) 独居石：0.12×10⁴ t/a，TR₂O₃+ThO₂含量≥60% (TR表示稀土)。

2.3  开采方式及首采区

考虑到矿物储量、离岸距离、开采复杂程度等因素，拟对整个获得采矿权矿区的开发工程划分为三期进行开采。其中水深18 m以浅区域为一、二期工程 区，面积约为18 km²，剩余区域为三期工程区域。

由于本项目国内尚无先例可循，泰鑫公司计划在正式开采前将进行本项目采选联合试验，试验地点设置在该区域赤村与新潭村之间的滨海，试验计划将尾砂在岸上进行后续处理及排放，因此经试验开采后，该试验部分区域将成为采空区，故将此区域作为矿区开采的首采区，以便于后续开采的尾矿回填。

2.4  开拓运输方案及厂址选择

因滨海砂矿开采海上作业的特殊性，根据开采矿区内的矿体赋存条件、海底地形等因素，采用采选船直接开采海底砂矿，划分矿块，逐块开采，依次回填的开拓方式。

采选船位于开采区边移动边开采，开采上来的矿浆直接在采选船上进行粗选，粗选后尾矿直接排入采空区。

从海底采集的原砂矿在采选船进行粗选后得到的粗精矿船运上岸，由自卸汽车转运至精选厂精选。

在太阳河口岸边适宜位置设置堆料场1 000 m²，堆场附近岸边向海中修建木质栈桥至2 m水深处，栈桥上布置胶带运输机，运砂船运输粗精矿到岸后停靠到栈桥边，由船上的自卸皮带将粗精矿矿砂卸载至栈桥上的运输皮带上，再由皮带运送200~300 m至岸上简易堆料场暂时堆放。堆料场内的粗精矿由装载机装入自卸汽车转运至精选厂。

图1  开拓运输方案及矿块划分示意图

Fig.1  Development & haulage plan and mine block division

精选厂厂址位于万宁市东澳镇，太阳河入海口以南附近。厂址距海南东线高速公路约10 km，附近已有东澳镇变电所架设的110 kV的高压线路通过。生 产用水取自太阳河，水源能满足生产用水，取水点至厂区距离不超过1 km。

2.5  主要开采工艺流程

主要开采工艺流程如图2所示。

3  采矿方案制定

3.1  采掘方式

本矿区矿层为粉细砂～粗砂，主要赋存于水深10～30 m间的地层中，基本无顶板围岩，底板围岩与矿层清晰易辨，界线清楚，可直接采用现有浅海采砂工艺开采。目前最常用的采掘方式，根据结构性能的不同，可分为吸扬式、绞吸式、斗轮式和耙吸式^[7]。其性能比较如表2所示。综合本矿区砂矿赋存形态、船舶造价、采矿工艺和采矿成本等因素，在本项目开采中，采用吸扬式采集法。

图2  主要工艺流程图

Fig.2  Flow chart of main process

3.2  开采工艺路线

开采工艺路线包括如下四步：

(1) 采选船的矿块定位

采选船航行到指定的矿块位置后，由一条或多条锚缆定位。

(2) 吸砂头采砂及船舶移动

吸砂管悬挂在平底船前部开档处，另一端通过支臂悬挂在支架或A型架上。支臂悬挂系统与支臂绞车相连以控制吸砂管的位置。在吸沙时，船通过绞车系统缓慢向前移动。

表2  几种采掘方式的比较

Table 2  Comparison of mining methods

当船刚开挖时没有砂坑，斜坡、海床、吸管与水平面间的角度都非常小。只有完全位于吸砂口附近影响水流动区域的海砂才被吸入，在这个过程产生了一个小沙坑。同时，采选船通过前绞车向前拉动，则吸砂管插入深度更大，这个动作将重复进行。当砂坑变得越来越深且吸砂管角度变得越来越陡(更有利于砂的吸入和输送)，生产量将大幅上升。这个过程一直继续直到吸砂口足够深或直到生产量已达到泥泵没有能力使其再进一步增大时结束^[8]。

当达到平衡状态后，采选船主机手将通过使船沿海床回采路线移动，有规律地把船向前拖且持续下放吸管并保持这种平衡状态。当完成一处开采作业后，由锚缆拖行船舶沿回采路线向前步进至下一工作点。

(3) 原矿处理及泵送装置的输送

将砂泵吸扬的矿砂经过选矿设备粗选，得到的尾砂通过输送泵加压，经排砂管、浮管连接头以及原矿输送管道输送到采空区回填。粗精矿由自卸砂驳运往岸边。

(4) 采选船的移动方式

采矿船采用折返式移动的回采路线，如图3所示。

图3  回采路线示意图

Fig.3  Diagram of mining lines

3.3  原矿运输及处理

采集至海面船上的原矿，其产量高达2 480 m³/h，将其进行粗选有几种输运方式，即直接在采矿船上粗选、海上平台粗选、输送上岸粗选。

(1) 采矿船上粗选：优点在于节省了大规模的原矿转运环节，原矿由水下泥泵直接泵入船上粗选环节，粗选尾矿就近排入采空区，需要长距离运输的矿量从运输2 480 m³/h的原矿降低为只需运输18.62 m³/h的粗精矿，可直接采用自卸驳船运输。而不足之处在于其对采矿船上设备的排布要求紧凑，对采矿船的规模要求较大，稳定性要求较高，需特别设计建造及改装。

(2) 海上平台粗选：优点在于可减少选矿环节跟随移动次数，提高稳定性，且可设计专门的定位稳定桩，进一步加强选矿平台的稳定性。其缺点在于必须另行投资改/建造专门的选矿平台，成本投入过多，且由于选矿平台无动力，需拖航，也增加了辅助船舶的需求，降低了避风避潮时的灵活性。

(3) 输送上岸粗选：输送原矿上岸粗选，然后再将占原矿98%以上的尾矿输送回采空区回填，来回输送量太大，还需在岸上专门布置堆场，运输、维护成本太高。本方案不予采用。

因此，从安全、环保、经济、节能等环节考虑，宜直接将原矿在采矿船上粗选，粗选尾矿回填采空 区，只运输粗精矿上岸。

3.4  海上作业船舶及动力

采区工作的主要船舶有：1艘采选船，2艘自卸砂驳，各船上人员的通勤，船舶淡水、油料的输送以及无动力船舶的移动等由多功能船舶来实现，如表3  所示。

表3  主要船舶清单

Table 3  List of main vessels

由于柴油发电成本远高于工业用电成本，为了降低采矿和粗选成本，采矿、步进移动和粗选设备用电采用岸电供电，生产过程中将静态电缆敷设到工作地点附近，再用动态电缆连接到采选船上。动态电缆可以随采选船进行移动。自卸砂驳、多功能船、采选船的推进主机采用柴油机作动力。采选船推进主机采用柴油机直接驱动，负荷为859 kW×2；作业机械、矿选用电、采矿用电采用岸电电源方式驱动，总负荷为    4 800 kW。

4  选矿及尾矿处理

4.1  粗选

本项目粗选环节布置在采矿船上，根据选矿试验结果，海砂中大于0.25 mm粒级含量约占46%，而有用矿物不到6%，采用直线脱水筛可以先筛去近一半的粗砂，既达到筛分效果又达到减少螺旋溜槽数量和减轻船的负荷的目的。经比选，采用ZTS2480直线脱水筛，筛去自射流吸砂船吸上船后大于0.25 mm的粗粒海砂，筛下细砂进入粗选工艺流程。一段粗选螺旋产出3个产品：粗精矿、中矿和尾矿。中矿用泵送入二段扫选螺旋，二段扫选产出二个产品，精矿并入一段粗选的粗精矿、尾矿并入一段粗选的尾矿。粗精矿为粗选毛精矿，用自卸砂驳送至岸上再用汽车转运到精选厂进行精选。粗精矿品位为ZrO₂含量≥7.6%，TiO₂含量≥26%。计算采选船年产粗精矿量17.78×10⁴ t。

4.2  精选

为了得到合格的锆英石和钛铁矿精矿产品，设计在万宁市东澳镇太阳河出海口南岸附近建设一座年处理粗精矿量17.78×10⁴ t的精选厂(占地面积约200亩)，采取直接抽取太阳河水的方式供水，精选厂正常情况需生产直流用水(一次水)65/87 m³/h。(太阳河的多年平均流量为9.8 m³/s，足够满足要求^[9-10])。

粗精矿经强磁选选出磁性料钛铁精矿，非磁性料运至晒矿场用自然晒干方法脱去水分，然后用电选进行进一步的锆钛分离，选出导电料、金红石和非导电料含锆较高的富锆料进行湿法重选，将石英和脉石分选出去后，得到比较纯的粗锆精矿，再经自然干燥后又进行多次电选、磁选而产出最终锆精矿。

4.3  尾矿处理

船选装置产生的尾矿量约为2 474.2 m³/h。主要成分为SiO₂。由于尾矿中盐分含量较高，其特性不适于直接作为商业用砂处理，尾矿填海造地则由于对当地环境影响太大不宜采用。因此，经综合比较，采用管道(≤1 km)直接输送船选尾矿至已采空矿块回填。回填时，排尾管道排口应尽可能地接近采空区海底进行深排，以尽可能减少排尾造成的环境影响。这样既避免了其他方法来回长距离来回输送粗精矿/尾矿的高成本，也可以大大降低对环境的影响。精选厂尾矿量不大，主要为石英砂(含SiO₂ 90%左右)，可以作为商业用砂处理。

5  海域使用论证及环境保护

5.1  海域使用论证

本项目锆钛砂矿开采与项目所在海域的海洋功能区相兼容，项目用海符合《海南省矿产资源总体规划(2001～2010)》、《海南省海洋经济发展规划》等相关规划。选址区域的社会条件、自然资源、环境条件满足项目用海要求，用海方式、面积、期限合理。项目运营过程中在海洋主管部门的监督、指导下，采取措施保护生态环境，减少对周围水体环境的影响，并协调好相关利益者的关系，该项目使用海域是可行的。

5.2  矿区地质环境报告

本区锆、钛矿矿体，赋存于海底表层，基本无顶板围岩。由于海底沉积物主要为松散的含矿中细～粉细砂和局部的粗砂，其底板为黏土层或局部基岩、礁石，开采并不会造成工程地质灾害问题，但在本区海上采矿作业时要做好预防地震灾害及其引发的其他地质灾害的准备。

5.3  主要环境影响因素分析与评价

(1) 海底

根据开采工艺分析，砂矿经开采回填后，矿区海底表面将会随潮汐和海流的作用得以恢复，且由于经海上粗选后98%以上的矿石都排回了海底，海底表面下降几乎为零，对海水深度的改变、坡度的改变可以忽略。

(2) 海岸

因为开采活动仅限于砂层，对底板结构损害极小，开采后海底表面变化不大，不会造成海岸线的侵蚀。

(3) 水体

在开采过程中，采用重力选矿，不添加任何化学药剂，对水体不产生化学污染。但由于开采的搅拌作用和排尾时的水流作用，在开采点和排尾点附近，水体将出现短时间的混浊。矿区大部分区域覆盖粗砂和粉细砂，含泥成分很少，在对有细泥沙覆盖的少数矿块开采时，含泥浊液需要较长时间才能澄清，虽说在澄清过程中，可能影响矿区边沿的海水，使水体暂时变浊，但不影响海水的化学成分，而且在排放时，可降低矿浆浓度，稀释水体，减轻影响。再者，根据矿区海流分析，在浅海养殖区边沿，海流的作用将使有可能来自矿区悬浊液流向外海，不会影响浅海养殖。此外，船上考虑增设生活污水处理系统，使排放达标。精选厂采用电磁和重力选矿，漂洗精矿的淡水也将随尾矿一起回填处理，污水经处理合格后外排当地受纳水体，对水体无污染。

(4) 海上废气排放

采选船和选矿船选用符合国家规定的排放标准柴油机，排放的尾气不会对水体和空气产生危害。

(5) 精选厂

精选厂对废气、废水、废渣均考虑设计相应环保设施，确保三废排放达到国家规定的排放标准。

(6) 环境事故风险评价等级

本项目采矿作业期间无有毒有害物质产生，没有重大危险源，考虑到潜在的船舶溢油事故及采矿区以外的附近海域存在珊瑚礁生态系统，确定本评价项目的环境风险评价工作为二级^[11]。

5.4  综合治理方案

由于本方案属首例，矿山地质环境影响尚无实例及先例可循，而其开发利用的方式决定了其与一般陆上露天开采不同，不会造成诸如崩塌、泥石流等的影响，也几乎不存在土地沙化及复垦等的问题。仅借鉴类似规范^[12]，就矿山的综合治理进行粗略分析，制订治理方案如下：

(1) 海底开采的性质决定了其不存在矿区表层土的处置、边坡保护和整治、地下水抽取过度导致失衡、诱发地质灾害等问题。

(2) 对岸上土地、植被的占用和破坏仅限于岸上粗精矿堆场、精选厂、精选尾矿堆场、附属生活设施等，在矿区开采完毕后，应根据当地政府的规划及需要，在其指导下更改岸上设施及建筑的用途，或者拆除岸上设施，进行土地复垦和植被恢复工作。

(3) 在开采时，做好采区规划及尾矿近海底排放可降低海水浑浊影响范围及时间，且最终都将澄清。岸上精选尾矿由于可以商业应用，只需做好存放及运输管理，也可避免造成环境影响。

(4) 对于开采及排尾造成的生物资源的影响，可在采砂结束之后，通过人工放流等方式促进生物资源的恢复。

开采过程造成的环境影响只要开采过程按照相关规定及计划有序进行，对矿山环境的影响是暂时的，也完全可以达到很好的治理效果。

6  海上作业安全

海底矿产资源的开发具有作业环境恶劣、投资大、风险大的特点，这些特殊性决定了海底矿产资源开发是一个高风险、高投入的行业。因此更应该加强海上作业的安全措施，才能保证在获得海底矿产资源的同时得到较好的经济回报。

6.1  主要危险因素

海上作业的危险因素与海上船舶航行和陆上矿业开发有很大差别，其主要特点在于：人员与设备高度集中、恶劣的自然环境、地质条件复杂、独立于海上的工程设施、由于采选船与运输船是海上生产设施，因此客观存在着发生火灾、人员落水淹溺、电气事故、船舶靠离泊事故、燃油泄漏事故等危险因素。

因此，在海上开采作业前，应针对海上采矿作业中存在的主要危险因素，借鉴相关海上作业操作规程与规范，建立完善的安全生产管理体系、落实安全生产责任制、配备先进的设备设施等制定及完善各安全防范措施。

6.2  避风避潮方案

根据天气预报及现场监测，当海上作业的风浪流条件可能或已超过正常施工极限时，应采取措施降低影响，例如降低产量，改变船舶方向等。当海上条件可能或将超过施工安全极限时，应立即启动海上躲避应急预案。海上100 km范围内的清澜港200 km范围内有三亚港均可供5 000 t级船舶停靠避风。

作业时，特别是在热带气旋及风暴潮多发时节及应及时关注天气预报，掌握海上气象动态，当需要躲避时，应及时实施应预案，提前躲避可能的台风。当有台风经过或者海浪浪高影响到了作业时，首先采选船停止采矿作业，收回吸砂头，同时等待船上粗选设备内处理的矿砂排空后，停止采选岸电供电，将动态电缆从采选船上脱离，拴上浮标，沉入海底，待风浪过后再从海底捞出连接至船上继续进行作业。静态电缆则由于敷设在海底，不受海浪台风影响。之后各作业船舶驶离作业区域并前往相应等级避风港口躲避。船舶上的尾矿管道由于本身装配有浮桶，悬浮在海中，且长度有限(≤1 km)，当需躲避时，可直接由船舶拖航撤离。

船上人员则固定好船上设备、对重要设备设施做好防护措施，待船靠岸后从船上撤离躲避风浪。

7  经济效益及社会效益

本项目建设的经济效益和社会效益分析如下。

(1) 经济效益

本项目预计总投资6.9亿元，达产年平均利润总额1.4亿元，达产年销售税金及附加3 688.68万元。投资利润率20.42%；投资利税率25.76%；投资回收期5.68年(含建设期1年)；全员劳动生产率80.86万元/人，所得税后项目全部投资的财务内部收益率19.91%，项目经济效益较好。

(2) 社会效益

同时大规模矿山开采一定会给当地经济带来好处。本工程建成后，将为海南省新增产值2.7亿元/年，增加销售税收3 688.68万元/年，所得税收入3 529.32万元/年，就业机会328个。

另外以设备大型化和完善的三废治理措施为国内外同类厂家以后建厂树立榜样，促使大家走节能环保、低碳经济的道路，对社会有益。同时由于我国锆英石精矿大量依赖进口，海南保定海锆钛矿的开采，将在一定程度上缓解我国的进口压力、维护国民经济健康发展。

8  存在的主要问题及建议

(1) 开发方案设计研究的基础资料为《详查报告》，由于地质工作程度较低，方案制定时，存在许多不确定因数，建议下阶段设计时，应根据补充勘探地质报告及试采结果作相应的调整。

(2) 粗选厂布置在船舶上建设成本高，运行费用高，需要加强管理降低成本。

(3) 滨海砂矿的开采造成的环境影响应该降低到最小程度，同时，应注意做好与当地居民的协调工作。

海上作业时，应随时关注气象变化，在出现恶劣海况时应及时采取措施，以保证安全。

9  结束语

本项目特点是在于采用近海船舶采砂作业，且粗选工序安排在海上采矿船上，为国内首例大规模滨海砂矿海上开采工程项目，带有探索性质。相信随着本项目的实施，将推动开采技术的发展，为我国同类矿产的开采提供新的方法。另外，该项目的实施也将为泰鑫矿业公司投资兴建的5万t/a硫酸法金红石型高档钛白粉深加工线及2万t/a的超细硅酸锆微粉生产线项目提供丰富的原料来源，这些项目一旦形成一条完整的产业链，将大大提高矿产品价值，其项目开发前景广阔。

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(编辑 龙怀中)

收稿日期：2011-06-15；修回日期：2011-07-15

通信作者：曾轩(1983-)，男，湖南冷水江人，助理工程师，从事深海采矿技术研究；电话：0731-88657290；E-mail: csuzengxuan@163.com

摘要：分析海南省万宁市保定海锆钛砂矿的矿产资源概况、地质构造、海洋水文气象条件、开采技术条件、资源储量情况、产品需求情况以及技术经济条件，结合深海采矿中海上开采、管道输送、尾矿处理等技术，提出在海上进行采矿及粗选、粗精矿输送上岸精选、尾矿回填的整体方案。提出海上射吸式船采矿、采矿船上布置筛分-螺旋重选工艺进行粗选、粗精矿由自卸砂驳船运上岸、粗选尾矿管运至采空区回填、岸上粗精矿由强磁选-湿法重选-磁电联合选矿工艺进行精选。对海上作业安全、开采环境影响进行分析，提出相应的解决方案。