CN116813173A - 一种海底采矿土资源化利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底采矿土资源化利用方法，涉及海底采矿技术领域。其包括以下步骤：首先将海底采矿所采集的矿浆进行脱水处理，使其含水率达到30～40％；将脱水处理所得底质土进行分级筛分，以获得筛下物；之后对筛下物进行通电处理，通过高频电流、低频电流的作用可在碳棒正极上得到重金属阳离子；将通电处理后的海底底质土进行脱水处理，将获得的软泥与生物质粉末进行混合，加入碱性助剂、适量水之后，得到反应前驱体；再通过对制备的反应前驱体采用水热腐殖化技术和热化学方法，最终实现对重金属离子完全回收，并将反应产物用于土壤改良，以及产出部分可用于种植土壤。本发明可实现对深海采矿土的资源化利用。

Description

一种海底采矿土资源化利用方法

技术领域

本发明涉及海底采矿技术领域，具体涉及一种海底采矿土资源化利用方法。

背景技术

浩瀚的大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，其种类多、储量大、品位高，具有巨大的开发利用前景。海底矿产资源的开发利用已经成为了国内外研究的一个热点。然而，海底采矿不可避免地从海底带来大量深海沉积物，工程上，通常直接将深海土倾泻于大海，造成羽流灾害，造成环境破坏。但目前现有技术中并未涉及深海沉积物的处理方法，因此亟待一种能够妥善处置海底采矿沉积物的方法。

同时，深海沉积物富含大量有机物及金属元素，有较高的回收再利用价值。目前，所采集的深海土未能得到有效利用，而作为垃圾排放，造成了大量资源浪费。此外，深海采矿土中有大量盐及重金属，无法直接用于作物种植。因此，采取一定的方法处理海底采矿土，获得重金属和种植土等可利用资源，既可以有效减少海底采矿羽流对环境的破坏，还可以将深海采矿土转化为可再利用资源，从而获得生态价值和经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海底采矿土资源化利用方法，其通过对海底采矿土进行分级化处理、筛分、通电、水热腐殖化与热化学相结合的方法等，实现了对海底采矿土的资源化利用。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种海底采矿土资源化利用方法，依次包括以下步骤：

a、脱水，将海底采矿所采集的矿浆进行脱水处理，使其含水率达到30～40％；

b、筛分，将步骤a脱水处理所得底质土进行分级筛分，以获得筛下物，所述的筛下物为富含有机物及一定量的重金属的底质土；

c、对筛下物进行通电，将所述的筛下物放入装有水的容器中，在该容器中设置高频、低频电极，通过向容器中通入高频交流电来破坏筛下物的化学键，通过向容器中通入低频直流电来将筛下物中含有的重金属阳离子富集到正极碳棒上，并收集正极碳棒上的重金属；

d、板框式压滤机处理，将步骤c经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，并对输入的有机物料进行脱水处理，将其含水率降至55～65％；

e、制备前驱体混合物，将步骤d处理后所得软泥与生物质粉末混合，向其中加入碱性助剂和蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物；

f、反应，将步骤e所述的前驱体混合物置于高压反应釜中进行反应，将所得反应产物进行离心分离，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ，其中，液体产物Ⅰ作为液体复合肥料使用；

g、将固体产物Ⅰ经强酸消解后，进行离心分离，得到液体产物Ⅱ和固体产物Ⅱ，固体产物Ⅱ经过去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭以及可用于种植的土壤；

h、向液体产物Ⅱ中加入还原剂进行反应，之后经过离心分离，得到的固体物质即为重金属。

上述技术方案直接带来的有益技术效果为：

通过对海底采矿所采集的矿浆进行分级筛分处理，筛选得到富含有机物及一定量的重金属的底质土，之后对其进行通电处理，通过高频电流、低频电流的作用可在碳棒正极上得到重金属阳离子；然后将通电处理后的海底底质土进行脱水处理，将获得的软泥与生物质粉末进行混合，加入碱性助剂、适量水之后，得到反应前驱体；将反应前驱图置于高压反应釜中进行水热反应，之后对产物进行离心处理，得到的液体产物Ⅰ可作为液体复合肥料使用；最后对固体产物Ⅰ进行处理，最终得到水热生物炭及可用于种植的土壤。

从原料上来看，生物质粉末如可选用海洋中的海藻以及动植物尸体，方便获得，另外结合上述步骤，可以得到液体复合肥料、水热生物炭以及可用于种植的土壤。因此，上述技术方案作为一个整体，可实现海底采矿土的资源化利用。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤a中，海底采矿所采集的矿浆通过立管提升至母船，通过脱水振动筛进行脱水处理。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤b中，对脱水处理后所得底质土进行三级筛分处理，其中，一级筛分处理中选用的一级振动筛为10目筛，二级筛分处理中选用的二级振动筛为100目筛，三级筛分处理中选用的三级振动筛为200目筛。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤b中，筛下物中含有的重金属为Cr、Cd、Ga、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Mn和Fe的金属离子。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤e中，所述的生物质粉末的制备方法为：将生物质原料进行清洗，并去除杂质，之后烘干，并将其研磨成粉末状；对该粉末状的生物质原料进行筛分，保留符合要求的生物质粉末，依次经过烘干、去除水分后，得到粒径为100～200目的生物质粉末；所述的生物质原料选自海藻和/或海洋动植物尸体。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，所述的碱性助剂为NaOH、KOH、CaO和Ca(OH)₂、Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀中的一种或几种的混合物，其中，CaO和Ca(OH)₂与Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀的质量比为1:1；软泥、生物质粉末、碱性助剂和蒸馏水的质量比例为1～50：0.3～5：0.25～2：0.1～30。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤f中，向高压反应釜中加入足够的水分来保证水热反应的进行，水热反应的温度为180～200℃，水热反应的压力为1.5～5MPa，水热反应的时间20～28h。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤g中，所述的强酸为王水与质量分数为70％的高氯酸、质量分数为30％的浓硝酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为65％的硝酸、质量分数为25％的硫酸、质量分数为10％的盐酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为95％的硫酸、质量分数为5％的氢氟酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为70％的浓硝酸、质量分数为30％的浓盐酸所得混合酸；离心分离的速度为4000～12000r/min，离心的时间为15～30min；真空干燥的温度为70～80℃，真空干燥的时间为20～24h；真空干燥后采用10目筛网进行筛分，筛分后筛网上方为水热生物炭，筛网下方为可用于种植的土壤。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，步骤h中，还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硝酸钠、硫酸亚铁、硼氢化钾、氰基硼氢化钠或硼氢化钠中的一种或几种；还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为0.5～20g：20～100mL，加入还原剂反应时间为3～24h。

上述的一种海底采矿土资源化利用方法，其所有步骤均在母船上完成；液体复合肥料中富含磷素和腐殖质，且可溶性磷素占比为45％～65％，腐殖质含量为0.01％～0.03％。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

(1)本发明提供的一种海底采矿土资源化利用方法，有效处理深海采矿尾矿。与现有的倾斜于大海中相比，对其进行的资源化利用避免了直接排放造成的羽流灾害，能够作为一种防治羽流灾害的措施，避免海底采矿所致羽流对海洋生态环境造成的破坏。

(2)本发明提供的一种海底采矿土资源化利用方法，通过对立管所提升至母船的深海采矿土进行分级化处理，有效的将海底采矿土中有机物与无机物分离，降低了对海底采矿土资源化处理的难度；通过筛分的方法，收集了海底采矿的多金属结核，以及得到以砂为主的不同粒径无机物作为海洋工程施工的建材，通过通电、水热腐殖化与热化学相结合的方法，得到了液体复合肥料、制备了水热生物炭，并对深海采矿土中的重金属离子进行有效收集，并最终收集了反应剩余的土壤，可用于种植，实现海底采矿土的减量化、稳定化、无害化，实现了对深海采矿土的资源化利用。

(3)本发明提供的一种海底采矿土资源化利用方法，海底采矿土组成中含有大量的生物碎片，并且添加了生物质粉末，其混合物富含大量有机物以及植物成长所需的微量元素，具有较好的肥力，适用于植物的生长和发育，并且经过一系列处理后，含有较少的重金属离子，避免用于种植农作物后，对土体造成污染或使农作物中富集重金属进而对人体造成危害，其中添加的三聚磷酸钠作为一种碱性助剂能降低土体中盐分含量，又能作为一种外来磷源；腐殖质形成的富里酸和腐殖酸可以对混合物中的难溶性磷源进行蚀刻，从而起到一定程度的活化作用，使磷元素尽可能多的溶解至液体复合肥料中，可用于补给土壤有效磷素含量、促进植物生长，可用于实现土壤改良，提高土壤的经济效益。

(4)本发明提供的一种海底采矿土资源化利用方法，其中的生物质材料由海藻和海洋动植物制成，原料在海上廉价易得，且方法简便，在母船上即可操作，大大降低了海底采矿土资源化的成本；

(5)海洋动物尸体含有丰富的脂肪类和蛋白质物质以及轻微腐殖，藻类和海洋植物富含纤维素、蛋白质以及糖类，本实施方式采用新型的水热腐殖化技术，能够对脂肪类物质进行重组，并结合纤维素、蛋白质以及小分子糖类物质等，进而合成出人工腐殖质，海洋动植物尸体作为一种容易腐烂的漂浮垃圾，本发明对其打捞利用，实现了对垃圾的变废为宝，又能从一定程度上保护海洋生态环境。

(6)本发明提供的一种海底采矿土资源化利用方法，通过筛分获得了多金属结核，并将筛余物进行通电，使其大部分金属离子富集在碳棒上，并通过对反应产物添加还原剂，对剩余少部分金属离子进行了精回收，与现有深海采矿只收集结核相比，大大提高了对海底矿物的收集率，提高了经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明海底采矿土资源化利用的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种海底采矿土资源化利用方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

本发明中所述及的原料均可通过商业渠道购买获得。

本发明中所述及的板框式压滤机、一级振动筛、二级振动筛、三级振动筛的结构及工作原理借鉴现有技术即可实现。

本发明中所述及的“强酸”为王水、质量分数70％的高氯酸和质量分数30％的浓硝酸混合酸、质量分数65％的硝酸、质量分数25％的硫酸和质量分数10％的盐酸混合酸、质量分数95％的硫酸和质量分数5％的氢氟酸混合酸、或质量分数70％的浓硝酸和质量分数30％的浓盐酸混合酸。

本发明中所述及的还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硝酸钠、硫酸亚铁、硼氢化钾、氰基硼氢化钠或硼氢化钠。

本发明中所述及的碱性助剂为NaOH、KOH、CaO、Ca(OH)₂与Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀的混合物中的一种或其中几种的混合物；所述的混合物中CaO和Ca(OH)₂与Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀的质量比为1:1。

本发明中所述及的“高压反应釜”，其采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质。

本发明中所述及的“生物质原料”，主要是指海洋类的生物质，如海藻、海洋动植物尸体，将海藻和/或海洋动植物尸体进行研磨后，筛选得到生物质粉末。

本发明中所述及的所有方法，均可在母船上完成，如方法中所需一级振动筛、二级振动筛、三级振动筛、板框式压滤机、高压反应釜、离心装置等，均可放置在母船上。

本发明的主要技术构思在于：采用切实可行的方法对海底采矿土进行资源化利用，尽可能地将廉价易得的海洋污染物转化为具有价值资源的产品，即由低附加值向高附加值产品的转化，并且采用的方法简单、易操作。

具体的，本发明，一种海底采矿土资源化利用方法，包括以下步骤：

步骤一、脱水，将海底采矿所采集的矿浆进行脱水处理，采用脱水振动筛进行脱水，使其含水率为30～40％；

步骤二、筛分，将脱水处理所得底质土进行分级筛分，以获得筛下物，所述的筛下物为富含有机物及一定量的重金属的底质土；首先采用一级振动筛进行筛分，一级振动筛为10目筛，筛分后，一级振动筛的筛上物为多金属结核及少量大粒径无机物；二级筛分处理中选用的二级振动筛为100目筛，三级筛分处理中选用的三级振动筛为200目筛，二级振动筛和三级振动筛的筛上物为以砂为主的不同粒径无机物，可作为海洋工程建筑材料，三级筛分处理后最终的筛下物为富含有机物及少量重金属的底质土，其中，少量的重金属为Cr、Cd、Ga、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Mn和Fe；

步骤三、对筛下物进行通电，将筛下物放入装有水的容器中，在该容器中设置高频、低频电极，正极和负极均为碳棒，通过向容器中通入高频交流电来破坏筛下物的化学键，通过向容器中通入低频直流电来将筛下物中含有的重金属阳离子富集到正极碳棒上，并收集正极碳棒上的重金属；

步骤四、板框式压滤机处理，将经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，海底土粒径较小、含少量重金属且富含机物质，通过板框式压滤机，对输入的有机物料进行脱水处理，将水分含量率降至55％～65％；

步骤五、制备前驱体混合物，将经过步骤四处理后所得软泥与生物质粉末混合，向其中加入碱性助剂和蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物；其中，生物质粉末为海藻和/或海洋动植物尸体制成的，软泥与生物质粉末、碱性助剂、蒸馏水的质量比例为1～50：0.3～5：0.25～2：0.1～30；

生物质粉末的制备方法为：将生物质原料进行清洗，并去除杂质，之后烘干，并将其研磨成粉末状；对该粉末状的生物质原料进行筛分，保留符合要求的生物质粉末，依次经过烘干、去除水分后，得到粒径为100～200目的生物质粉末；所述的生物质原料选自海藻和/或海洋动植物尸体。

碱性助剂为NaOH、KOH、CaO和Ca(OH)₂、Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀中的一种或几种的混合物，其中，CaO和Ca(OH)₂与Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀的质量比为1:1；

步骤六、反应，将步骤五前驱体混合物置于高压反应釜中进行反应，在反应体积中加入足够的水分来保证水热反应足够进行。水热反应的温度为180～200℃，水热反应的压力为1.5～5MPa，水热反应的时间为20～28h；反应结束后，冷却反应釜并减压后打开反应釜；将所得反应产物进行离心分离，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ，其中，液体产物Ⅰ作为液体复合肥料使用；液体复合肥料中富含磷素和腐殖质，且可溶性磷素占比为45％～65％，腐殖质含量为0.01％～0.03％；

步骤七、将固体产物Ⅰ经强酸消解后，进行离心分离，得到液体产物Ⅱ和固体产物Ⅱ，固体产物Ⅱ经过去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭以及可用于种植的土壤；离心的速度为4000～12000r/min，离心的时间为15～30min；所述的真空干燥的温度为70～80℃，真空干燥的时间为20～24h；所述的真空干燥的温度为70～80℃，真空干燥的时间为20～24h；

步骤八、向液体产物Ⅱ中加入还原剂进行反应，之后经过离心分离，得到的固体物质即为重金属。

下面将结合本申请实施例对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

步骤一、将采集的海底采矿土通过脱水振动筛进行脱水，使其含水率达到30％；

步骤二、将脱水处理所得底质土进行三级振动筛筛分，收集最终的筛下物--富含有机物及少量重金属的底质土；

步骤三、将筛下物放入装有水的容器中，同时在容器中设置高频电极100kHz和低频电极20kHz电极，其正负极均为碳棒。先通100kHz交流电破坏筛下物的化学键，随后通20kHz直流电将重金属阳离子富集到正极碳棒上，此过程持续三分钟，最终收集碳棒上的重金属；

步骤四、将经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，底质土粒径较小、含少量重金属且富含机物质。通过板框式压滤机，对输入的有机物料进行脱水处理，将水分含量率降至55％；

步骤五、将经过步骤四脱水处理后的软泥与生物质粉末混合，再加入CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的碱性助剂混合物和适量的蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物。其中，软泥、生物质粉末、碱性助剂混合物和蒸馏水的质量比例为15：1.5：2：1；其中CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的质量比例为1：1.5.：1.5：1；生物质粉末制备方法：先将生物质原料进行处理，去除杂质和水分，使其干燥，使用粉碎机将生物质原料研磨成粉末状，将粉末进行筛分，去除不符合要求的颗粒，再将粉末进行干燥，去除水分，生物质粉末的粒径为100目；

步骤六、将前驱体混合物置于高压反应釜中，在反应体积中加入足够的水分来保证水热反应足够进行。随后高压反应釜并升压到1.5MPa，加热高压反应釜至180℃。20h后，冷却高压反应釜并减压后打开高压反应釜；

步骤七、设置离心速度为4000r/min，反应产物经15min离心分离后，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ；其中，液体产物Ⅰ可作为液体复合肥料使用；

步骤八、固体产物Ⅰ经质量分数30％的浓硝酸混合酸、质量分数65％的硝酸、质量分数25％的硫酸和质量分数10％的盐酸混合酸消解后，再进行离心分离，得到固体产物Ⅱ和液体产物Ⅱ。固体产物Ⅱ经去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭，以及可用于种植的土壤；

步骤九、将还原剂亚硫酸钠加入液体产物Ⅱ中反应16h，还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为0.55g：25mL，再进行离心分离，得到重金属沉淀。

实施例2：

步骤一、将采集的海底采矿土通过脱水振动筛进行脱水，使其含水率达到40％；

步骤二、将脱水处理所得底质土进行三级振动筛筛分，收集最终的筛下物--富含有机物及少量重金属的底质土；

步骤三、将筛下物放入装有水的容器中，同时在容器中设置高频电极100kHz和低频电极20kHz电极，其正负极均为碳棒。先通100kHz交流电破坏筛下物的化学键，随后通20kHz直流电将重金属阳离子富集到正极碳棒上，此过程持续三分钟，最终收集碳棒上的重金属；

步骤四、将经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，底质土粒径较小、含少量重金属且富含机物质。通过板框式压滤机，对输入的有机物料进行脱水处理，将水分含量率降至65％；

步骤五、将经过步骤四脱水处理后的软泥与生物质粉末混合，再加入CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的碱性助剂混合物和适量的蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物。其中，软泥、生物质粉末、碱性助剂混合物和蒸馏水的质量比例为15：2：:2：1；其中CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的质量比例为1：1.5.：1.5：1；生物质粉末制备方法：先将生物质原料进行处理，去除杂质和水分，使其干燥，使用粉碎机将生物质原料研磨成粉末状，将粉末进行筛分，去除不符合要求的颗粒，再将粉末进行干燥，去除水分，生物质粉末的粒径为100目；

步骤六、将前驱体混合物置于高压反应釜中，在反应体积中加入足够的水分来保证水热反应足够进行。随后高压反应釜并升压到5MPa，加热高压反应釜至200℃，反应28h后，冷却高压反应釜，并减压后打开高压反应釜；

步骤七、设置离心速度为4000r/min，反应产物经15min离心分离后，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ；其中，液体产物Ⅰ可作为液体复合肥料使用；

步骤八、固体产物Ⅰ经质量分数30％的浓硝酸混合酸、质量分数65％的硝酸、质量分数25％的硫酸和质量分数10％的盐酸混合酸消解后，再进行离心分离，得到固体产物Ⅱ和液体产物Ⅱ。固体产物Ⅱ经去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭，以及可用于种植的土壤；

步骤九、将还原剂亚硫酸钠加入液体产物Ⅱ中反应16h，还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为20g：100mL，再进行离心分离，得到重金属沉淀。

对比例1：

步骤一、将采集的海底采矿土通过脱水振动筛进行脱水，使其含水率达到35％；

步骤二、将脱水处理所得底质土进行三级振动筛筛分，收集最终的筛下物--富含有机物及少量重金属的底质土；

步骤三、将筛下物放入装有水的容器中，同时在容器中设置20kHz电极，其正负极均为碳棒。通过20kHz直流电将重金属阳离子富集到正极碳棒上，此过程持续三分钟，最终收集碳棒上的重金属；

步骤四、将经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，底质土粒径较小、含少量重金属且富含机物质。通过板框式压滤机，对输入的有机物料进行脱水处理，将水分含量率降至60％；

步骤五、将经过步骤四脱水处理后的软泥与生物质粉末混合，再加入CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的碱性助剂混合物和适量的蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物。其中，软泥、生物质粉末、碱性助剂混合物和蒸馏水的质量比例为1.5：1.5：:2：1；其中CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的质量比例为1：1.5.：1.5：1；生物质粉末制备方法：先将生物质原料进行处理，去除杂质和水分，使其干燥，使用粉碎机将生物质原料研磨成粉末状，将粉末进行筛分，去除不符合要求的颗粒，再将粉末进行干燥，去除水分，生物质粉末的粒径为100目；

步骤六、将前驱体混合物置于高压反应釜中，在反应体积中加入足够的水分来保证水热反应足够进行。随后高压反应釜并升压到1.5MPa，加热高压反应釜至190℃，反应28h后，冷却高压反应釜，并减压后打开高压反应釜；

步骤七、设置离心速度为4000r/min，反应产物经15min离心分离后，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ；其中，液体产物Ⅰ可作为液体复合肥料使用；

步骤八、固体产物Ⅰ经质量分数30％的浓硝酸混合酸、质量分数65％的硝酸、质量分数25％的硫酸和质量分数10％的盐酸混合酸消解后，再进行离心分离，得到固体产物Ⅱ和液体产物Ⅱ。固体产物Ⅱ经去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭，以及可用于种植的土壤；

步骤九、将还原剂亚硫酸钠加入液体产物Ⅱ中反应16h，还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为10g：100mL，再进行离心分离，得到重金属沉淀。

对比例2：

步骤一、向经过振动筛脱水的海底采矿土中加入CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的碱性助剂混合物和适量的蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物。其中，海底采矿土、碱性助剂混合物和蒸馏水的质量比例为15：2：1；其中CaO、Ca(OH)₂、NaOH和Na₅P₃O₁₀的质量比例为1：1.5.：1.5：1；

步骤二、将前驱体混合物置于高压反应釜中，在反应体积中加入足够的水分来保证水热反应足够进行。随后高压反应釜并升压到1.5MPa，加热高压反应釜至180℃。20h后，冷却高压反应釜并减压后打开高压反应釜；

步骤三、设置离心速度为4000r/min，反应产物经15min离心分离后，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ。其中，液体产物Ⅰ可作为液体复合肥料使用；

步骤四、固体产物Ⅰ经质量分数30％的浓硝酸混合酸、质量分数65％的硝酸、质量分数25％的硫酸和质量分数10％的盐酸混合酸消解后，再进行离心分离，得到固体产物Ⅱ和液体产物Ⅱ。固体产物Ⅱ经去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭，以及可用于种植的土壤；

步骤五、将亚硫酸钠加入液体产物Ⅱ中反应16h，再进行离心分离，得到重金属。所述还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为0.55：25；

上述实施例1、实施例2、对比例1、对比例2处理条件下海底采矿土各类资源产出的质量占比由表1所示；

表1

实施例1产出的土壤与海底采矿土重金属元素含量对比如表2所示。

表2

由表2可知，海底采矿土中Co、Cr、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg的平均含量分别为11.45mg/kg、61.79mg/kg、15.24mg/kg、23.16mg/kg、52.23mg/kg、0.079mg/kg、0.044mg/kg，实施例1产出的可用于种植的土壤，其中Co离子浓度由11.95mg/kg降至34.2μg/kg，Cr离子浓度由60.79mg/kg降至94.1μg/l，Cu离子浓度由17.24mg/kg降至14.2μg/kg，Pb离子浓度由26.18mg/kg降至23.4μg/kg，Zn离子浓度由51.22mg/kg降至84.2μg/kg，Cd离子浓度由0.081mg/kg降至3.8μg/kg，Hg离子浓度由0.043mg/kg降至27.6μg/kg。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

a、脱水，将海底采矿所采集的矿浆进行脱水处理，使其含水率达到30～40％；

b、筛分，将步骤a脱水处理所得底质土进行分级筛分，以获得筛下物，所述的筛下物为富含有机物及一定量的重金属的底质土；

c、对筛下物进行通电，将所述的筛下物放入装有水的容器中，在该容器中设置高频、低频电极，通过向容器中通入高频交流电来破坏筛下物的化学键，通过向容器中通入低频直流电来将筛下物中含有的重金属阳离子富集到正极碳棒上，并收集正极碳棒上的重金属；

d、板框式压滤机处理，将步骤c经过通电后的底质土放入板框式压滤机进行处理，并对输入的有机物料进行脱水处理，将其含水率降至55～65％；

e、制备前驱体混合物，将步骤d处理后所得软泥与生物质粉末混合，向其中加入碱性助剂和蒸馏水，搅拌均匀得到前驱体混合物；

f、反应，将步骤e所述的前驱体混合物置于高压反应釜中进行反应，将所得反应产物进行离心分离，得到液体产物Ⅰ和固体产物Ⅰ，其中，液体产物Ⅰ作为液体复合肥料使用；

g、将固体产物Ⅰ经强酸消解后，进行离心分离，得到液体产物Ⅱ和固体产物Ⅱ，固体产物Ⅱ经过去离子水清洗至中性，并真空干燥后，获得水热生物炭以及可用于种植的土壤；

h、向液体产物Ⅱ中加入还原剂进行反应，之后经过离心分离，得到的固体物质即为重金属。

2.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤a中，海底采矿所采集的矿浆通过立管提升至母船，通过脱水振动筛进行脱水处理。

3.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤b中，对脱水处理后所得底质土进行三级筛分处理，其中，一级筛分处理中选用的一级振动筛为10目筛，二级筛分处理中选用的二级振动筛为100目筛，三级筛分处理中选用的三级振动筛为200目筛。

4.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤b中，筛下物中含有的重金属为Cr、Cd、Ga、Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Mn和Fe的金属离子。

5.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤e中，所述的生物质粉末的制备方法为：将生物质原料进行清洗，并去除杂质，之后烘干，并将其研磨成粉末状；对该粉末状的生物质原料进行筛分，保留符合要求的生物质粉末，依次经过烘干、去除水分后，得到粒径为100～200目的生物质粉末；所述的生物质原料选自海藻和/或海洋动植物尸体。

6.根据权利要求5所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：所述的碱性助剂为NaOH、KOH、CaO和Ca(OH)₂、Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀中的一种或几种的混合物，其中，CaO和Ca(OH)₂与Na₂CO₃和Na₅P₃O₁₀的质量比为1:1；软泥、生物质粉末、碱性助剂和蒸馏水的质量比例为1～50：0.3～5：0.25～2：0.1～30。

7.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤f中，向高压反应釜中加入足够的水分来保证水热反应的进行，水热反应的温度为180～200℃，水热反应的压力为1.5～5MPa，水热反应的时间20～28h。

8.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤g中，所述的强酸为王水与质量分数为70％的高氯酸、质量分数为30％的浓硝酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为65％的硝酸、质量分数为25％的硫酸、质量分数为10％的盐酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为95％的硫酸、质量分数为5％的氢氟酸混合所得混合酸；或者，王水与质量分数为70％的浓硝酸、质量分数为30％的浓盐酸所得混合酸；离心分离的速度为4000～12000r/min，离心的时间为15～30min；真空干燥的温度为70～80℃，真空干燥的时间为20～24h；真空干燥后采用10目筛网进行筛分，筛分后筛网上方为水热生物炭，筛网下方为可用于种植的土壤。

9.根据权利要求1所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于：步骤h中，还原剂为亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硝酸钠、硫酸亚铁、硼氢化钾、氰基硼氢化钠或硼氢化钠中的一种或几种；还原剂的质量与液体产物Ⅱ的体积比为0.5～20g：20～100mL，加入还原剂反应时间为3～24h。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种海底采矿土资源化利用方法，其特征在于，其所有步骤均在母船上完成；液体复合肥料中富含磷素和腐殖质，且可溶性磷素占比为45％～65％，腐殖质含量为0.01％～0.03％。