Làm thế nào để khai thác mangan vón cục dưới đáy biển?

Dưới biển có nhiều khoáng vật, đặc biệt là ở vùng biển sâu 2.000 - 6000 m phân bố một lượng lớn mangan vón cục.

Ngoại hình của mangan vón cục giống như đá cuội, bên trong là nhiều tầng dày đặc, đường kính khoảng từ 1 - 25 cm, lớn nhất có thể đạt 1 m nặng mấy trăm kg. Nó thường gồm hơn 70 loại nguyên tố, trong đó hàm lượng cao có mangan, đồng, côban và niken. Tổng sản lượng mangan vón cục dưới biển trên toàn cầu là 3.000 tỉ tấn, trong đó có 400 tỉ tấn mangan, 8,8 tỉ tấn đồng, 16,4 tỉ tấn niken, 9,8 tỉ tấn côban, lần lượt lớn hơn trữ lượng trên lục địa từ mấy chục đến mấy nghìn lần, có giá trị khai thác công nghiệp cao, được mệnh danh là nguồn khoáng sản của thế kỷ XXI.

Việc khai thác mangan vón cục vô cùng khó khăn. Trước hết vì nó phân bố ở tầng đáy biển rất sâu. Ở đó áp lực nước rất lớn, yêu cầu rất cao đối với tính chịu áp và tính bị nước biển ăn mòn đối với các thiết bị khai thác.

Thứ hai là muốn khai thác mangan vón cục từ độ sâu mấy nghìn mét lên đến boong tàu trên mặt biển, nếu không có thiết bị nâng cao với hiệu suất lớn và những thiết bị khai thác tiên tiến thì không thể thực hiện được. Ngoài ra để nâng cao hiệu suất khai thác, còn cần phải có một hệ thống giám sát, hiển thị, ghi chép và điều khiển có độ chính xác cao và tin cậy. Cho nên các nước trên thế giới đến nay vẫn chưa có phương pháp khai thác nào hoàn thiện. Trước mắt nói chung người ta cho rằng ba phương pháp tương đối thích hợp.

Một là dùng hệ thống khai thác thiết bị nâng vận chuyển thuỷ lực. Nó chủ yếu gồm bốn bộ phận thiết bị là: ống khai thác quặng, ống nổi, bơm nước cao áp và thiết bị tập trung quặng. ống khai thác được treo bên dưới tàu khai thác và ống nối, nó có tác dụng vận chuyển mangan vón cục. ống nổi lắp ở phần trên của ống khai thác. Trong ống bơm không khí cao áp, dựa vào sức nổi của nó để đỡ trọng lượng bơm nước cao áp. Bơm nước cao áp lắp trong ống nổi, thông qua cao áp khiến cho trong đường ống khai thác sản sinh dòng nước đi lên với tốc độ 5 m/s. mangan vón cục và nước từ đáy biển được nâng lên đến tàu khai thác. Tác dụng của trang thiết bị khai thác là sàng lọc, tập trung mangan vón cục. Hệ thống khai thác này không ngừng được cải tiến, ngày nay đã đạt đến sản lượng khai thác 500 tấn/ngày.

Hai là hệ thống khai thác nâng lên bằng không khí. Nó gồm bơm không khí cao áp, ống khai thác và thiết bị tập kết quặng cấu tạo thành. Bơm khí cao áp đặt trên boong tàu, trước khi bắt đầu khai thác, cần khởi động bơm cao áp, bơm này sản sinh ra dòng khí cao áp thông qua đường ống vận chuyển khí ở phần trên và dưới của ống khai thác, khiến cho trong lòng ống khai thác có dòng chảy cao tốc của ba chất: quặng, khí và dịch lỏng, đưa mangan vón cục vào máy khai thác, hệ thống sàng lọc xử lý và nâng lên boong tàu. Trước mắt hệ thống thiết bị này có thể khai thác ở độ sâu 5.000 m, sản lượng 300 tấn/ngày.

Ba là hệ thống khai thác theo dạng gầu múc liên tục. Đây là loại gầu múc được chế tạo bằng dây xích loại nhựa polyme có độ cứng và bền cao, cứ cách 25 - 50 m đặt một gầu. Khi khai thác, máy dẫn động trên tàu kéo xích hoạt động, thông qua ròng rọc khiến cho các gầu múc lần lượt xuống sâu dưới đáy biển và không ngừng múc quặng lên. Hệ thống khai thác này qua thí nghiệm nhiều lần chứng tỏ có các ưu điểm: kết cấu đơn giản, tính thích nghi cao, giá thành rẻ. Nhược điểm là hiệu suất khai thác thấp, khi thao tác khó điều chỉnh độ chính xác.

Nói chung người ta cho rằng hệ thống nâng bằng máy thuỷ lực và hệ thống khai thác nâng bằng không khí tương đối lý tưởng, thiết bị khai thác của nó có thể dùng dòng bắn để hút vào cũng có thể dùng máy để bốc, có loại thậm chí được lắp cánh vít xoắn ốc tiên tiến, điều khiển tự động để tập trung quặng.

Ngoài ba phương pháp kể trên, có một số nước hiện đang nghiên cứu chế tạo một loại máy kĩ thuật khai thác tự động dưới đáy biển. Kĩ thuật này chủ yếu dùng tàu ngầm điều khiển từ xa lặn xuống đáy biển để khai thác, sau đó tự động nổi lên đổ quặng vào sàn tàu trên mặt biển. Phương pháp này tuy tiên tiến và có thể khai thác rất sâu, nhưng lượng khai thác một lần chỉ có hạn, thời gian chìm và nổi quá lâu, do đó về mặt kinh tế thua xa ba phương pháp trên. Hiện nay phương pháp này chủ yếu dùng vào trường hợp lấy mẫu trước khi khai thác hoặc lấy mẫu ở giai đoạn khai thác thử.