为何日本执意深海采矿？南鸟岛海域富稀土泥资源的潜力评估研究

本文来源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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出品 | 海潮天下

2026年1月12日，日本“地球号”（Chikyu）科学钻探船在南鸟岛海域开展的试开采，引起全世界海洋工程界的关注。其实这项任务的核心技术新意不在于“钻”，而在于如何高效地“吸”。深海稀土泥作为一种新兴战略资源，正成为全球能源转型的关键。海潮天下（Marine Biodiversity）小编在研究过程中读到了一篇2018年基于日本科研团队在西太平洋海域的研究，这篇发表在《科学报告》（Scientific Reports）上的研究，比较深度的剖析了南鸟岛海域富稀土泥的资源储量及其矿物赋存规律，探讨了如何用物理分选技术来实现高效开发。为助力全球环境治理、并供我国学者了解有关全球深海治理的重要研究动态信息，编译分享论文信息如下，供感兴趣的读者们参阅。

▲上图：由日本海洋研究开发机构（JAMSTEC）研发、搭载于“地球号”（Chikyu）深海钻探船上的无人探测器，于1月正式投入稀土资源勘探任务。图源：SIP/JAMSTEC

2018一篇论文，定义太平洋深处的新“宝矿”

2018年4月10日，由高谷雄太郎（Yutaro Takaya）和加藤泰浩（Yasuhiro Kato）领衔的科研团队，在学术期刊《科学报告》（Scientific Reports）上发表了一篇关于深海矿产资源的研究成果。这项研究基于对西太平洋海域的长年勘探，详细披露了日本南鸟岛（Minamitorishima Island）专属经济区内富稀土泥的分布规模。研究团队利用深海研究船“海岭号”（KAIREI）等船只进行的多个航次采样，确认了这一海域蕴藏着极其可观的稀土元素与钇（Yttrium），这类资源也被统称为REY。

▲上图：南鸟岛（Minamitorishima Island）俯瞰图。图源：公域

▲上图：1943年8月31日，美军特遣舰队对南鸟岛（当时称马库斯岛，Marcus Island）发动空袭时的航拍影像，此次军事行动由埃塞克斯号（USS Essex）、约克镇号（USS Yorktown）和独立号（USS Independence）三艘航母，以及印第安纳号战列舰、两艘巡洋舰和十艘驱逐舰共同参与。这张照片捕捉到了岛上遭受轰炸的瞬间，由约克镇号起飞的一架战机拍摄，现存取于美国国家档案和记录管理局。图源：U.S. Navy（公域图片）

这篇研究显示，这片位于深海底部的矿床丰度惊人。

研究人员对573份新分析样本、以及百余份已有数据做了综合评估，又用地理信息系统（GIS）对约2500平方公里的目标区域进行了数字化建模。他们的分析结果显示，该调查区的稀土氧化物总量约为1600万吨，平均浓度为964 ppm。

在垂直分布上，从海底表层到下方10米深的泥层中，稀土浓度随深度增加呈现出明显的富集趋势。在南鸟岛南方的一个面积约105平方公里的核心区块内，泥样的平均浓度更是超过了1700 ppm。在某些特定采样点，5~6米深度区间的总稀土浓度甚至突破了5600 ppm，最高值接近8000 ppm。

▲上图：研究区域的水深地形图。图中星号标记了活塞式取样管（Piston coring）的采样点位，不同的颜色则对应各次科学考察航次。白色矩形区域为本次稀土资源储量估算的重点目标区。图中的水深数据源自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的ETOPO1数据库，右侧局部图的数据则通过各航次的实测获得。全图利用通用制图工具（GMT）软件绘制而成。论文出处：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

▲上图：海底表层至下方10米深度区间内，深海泥中总稀土浓度（ΣREY）的平均值及每1米深度间隔的分布图。研究目标区域被划分为从A1到D6共24个子区块。该图是ArcGIS软件依2400个网格（60×40比例）计算生成，图中的白色圆圈表示实际的钻探采样点位。论文出处：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

从全球资源战略的角度来看，这处深海矿床的重稀土含量比例极高。这篇研究表示：在估算的储量中，钇约为440万吨，重稀土元素（HREE）约为260万吨。因此作者估算，仅南鸟岛这片区域的资源量，就足以支撑全球780年的钇需求、620年的铕（Europium）需求、420年的铽（Terbium）需求以及730年的镝（Dysprosium）需求。对于极度依赖这类金属的高科技产业和可再生能源领域而言，这几乎被视为一种“半无限”的供应来源。

为了弄清这些稀土元素在泥土中具体的赋存状态，研究团队利用电子探针显微分析（EPMA）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）对微观颗粒进行了剖析。

▲上图：利用电子探针显微分析（EPMA）与激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测得的生物成因磷酸钙（BCP）颗粒中总稀土浓度（ΣREY）分布图。论文出处：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

▲上图：不同粒径组分中总稀土浓度（ΣREY）、重量分布及稀土总量占比的分析图。论文出处：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

他们的实验证实，稀土主要锁定在一种被称为生物成因磷酸钙（Biogenic calcium phosphate）的矿物颗粒中。这些微小的颗粒实际上是数百万年前沉积在海底的鱼类牙齿和骨骼碎屑。随着时间的推移，这些生物残骸与海水及孔隙水持续发生化学作用，其内部积聚的稀土浓度最高可达22000 ppm。相比之下，泥浆中普遍存在的钙十字石（Phillipsite）颗粒，虽然同样是在沉积速率极低的环境下形成的，但其内部稀土含量通常低于100 ppm，并不具备资源价值。

这一微观规律为大规模选矿提供了突破口。研究人员发现，富含稀土的磷酸钙颗粒在粒径上通常明显大于周围的粘土矿物。通过对不同颗粒等级的筛分实验，数据显示大部分稀土元素都集中在粒径大于20微米的组分中。基于这一物理特性，研究团队引入了工业级的水旋流分离器（Hydrocyclone separator）进行提纯实验。这种设备依靠离心力原理，能够高效分离浆料中不同大小和密度的固体。

▲上图：标准筛粒度分选实验与水旋流分离器处理获得的总稀土浓度（ΣREY）富集因子对比图。富集因子定义为分选后组分（大于20微米组分或沉砂流组分）与原始样本或矿浆样本中稀土浓度的比值。图中灰色、红色和蓝色分别代表原始样本、沉砂流（Under-flow）组分和溢流（Over-flow）组分的测试数据。粉色阴影区域则标示了基于原始样本浓度估算的粒度分选预期富集范围。论文出处：Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

该研究显示，实验结果证明了这种物理选矿方案的高效性。在对极其富含稀土的泥样进行处理时，水旋流分离器可以将稀土品位提升至原始样本的2.6倍，并实现了高达93%的回收率。

更具现实意义的是，这种分离技术能将泥浆的体积减小到原始量的20%以下，并将固体重量削减40%~60%。这意味着在未来的实际开采中，如果能直接在海底完成这种初步的物理分选，将大幅度降低把矿石运往海面的吊装成本，同时也能显著压缩陆地冶炼厂的处理负荷与成本。这项2018年发表的研究从资源总量上给出了乐观的结论，被认为是“为深海稀土资源的商业化利用提供了一套工艺路径”。

【参考资料】感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该研究的全文：
Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. The tremendous potential of deep-sea mud as a source of rare-earth elements. Sci Rep 8, 5763 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-23948-5

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资讯源 | Takaya, Y., Yasukawa, K., Kawasaki, T. et al. (2018)

文 | 王芊佳

编辑 | 海潮君

排版 | 卢晓雨

日期 | 2026年2月2日

海潮天下

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