6.1 国际上大洋多金属核采矿方法
由于多金属结核赋存于3 000~5 000m左右深的海底.要开采就必须要有可行的采矿方法。因此世界各国均把发展可靠的采矿方法放在优先位置,并对此进行了大量的试验研究,有的甚至还进行了深海中间采矿试验。从60年代末至今,国际上已开发和试验了的大洋采矿方法主要分为连续链斗(CLB)采矿方法、海底遥控车采矿方法及流体提升采矿方法三类
(1)连续链斗(CLB)采矿方法:该方法是日本人l967年提出的,随后法国等多国参与了试验研究工作。该方法较简单.主要由采矿船、拖缆、索斗和牵引船组成。按一定间隔,把索斗系于拖缆上并放人海底,拖缆在牵引船的搬运下带着索斗做下行、铲取和上行动作,这种无级绳式循环运转就构成了连续采集环路。1970年在南太平洋水深3 760m海域进行商业规模1/10比例的开采试验并获成功。CLB的主要特点是能适应水深的变化保持正常作业。缆索又能稳定采矿船的摇摆,减轻波浪对作业的影响。尽管如此,CLB法的产量只能达100t/d.远达不到工业开采的要求。这主要是铲斗在海底无法控制,不能适应海底地形变化,因而造成采矿效率较低,无法满足商业开采要求。因此,CLB采矿法于70年代末被放弃。
(2)海底遥控车采矿方法:该方法主要是由法国人提出的。海底遥控车为无人驾驶潜水采矿车,主要由集矿机构、自行推进、浮力控制和压载四大系统组成。在海面母船的监控下,采矿车按照指令潜入海底采集结核,边采集结核边排放压舱物;装满结核后浮出水面并到母船接受仓卸下结核,待装好压舱物后又进行下一个作业循环,海面母船通常可控制数台采矿车同时作业。
根据法国原子能委员会1978年研究结果,采矿车每循环一次需6小时,每次只能采集100kg结核。由于采矿系统投资大.产品价值不高,在几十年内没有经济效益.故法国大洋结核研究开发协会已于1983年停止研究,决定放弃该项目。但这种采矿车的采运原理被视为有前途的采集技术。
(3)流体提升采矿方法:该方法是当采矿船到达采区后,将集矿机和提升管接好并逐步放人海船集矿机用于采集海底沉积物中的结核并进行初步处理,在除去过大结核的同时将合格尺寸的结核输入提升管底端,以水力或气力提升方式使管内的水以足够的速度向上运动.将结核输送到海面采矿船上。1978年至1979年,以美国为主的国际财团在太平洋矿区按1/4~1/5工业生产比例进行了流体提升采矿法的海上中间试验.并获成功。目前国际上较为公认的是流体提升式采矿方法,且最具有丁业应用前景。
6.2 在国内大洋多金属核采矿情况
我国在充分总结国外大洋采矿技术研究经验和存在问题的基础上制定出优先发展南集矿机、泵提升组成的流体提升式采矿方法
(1)大洋采矿的基础研究和试验:在大洋采矿作业时,要求集矿机在水深5 000m左右的海底软泥上行走.采集赋存于海底的多金属结核,它除了要适应于深海底恶劣环境外.还需适应复杂海底地形地貌的变化;同时从保护环境的角度出发,不应对海底环境产生过度的破坏。要达到这些要求.集矿机采用的集矿方法和行走方式是至关重要的。为此.在解决好集矿方式和行走装置等工作机械的理论基础上.根据单位工作机构的实验结果,研制出了集矿模型机。完成了水力和气力提升机理研究及不同体积浓度输送参数试验,进行计算机仿真,建立完善了水力提升数学模型,并对工业开采水力提升参数进行了预测和初步优化。
(2)大洋采矿试验室建设:大洋采矿关键技术和设备研究都需要进行大量的试验,建造模拟海洋采矿环境的试验条件,进行试验研究,以求重点突破.减少耗资巨大的海上试验费用。为此专门建成占地4 000m2,既可进行集矿技术研究和设备性能试验,又可进行管道提升方法和工艺参数研究的大型海洋采矿综合试验室。它的建成为我国更好地开展大洋采矿项目的研究开发提供了条件;同时也标志着我国大洋采矿试验研究条件达到国际先进水平。
(3)海上中间试验方案制定:大洋采矿是一项高风险产业,根据对工业采矿具有代表性、经济性,设备不能过大过重。但要满足综合检验方案可行性和设备性能原则,中国大洋协会组织专家完成了《大洋多金属结核海上中试设计》。计划在完成采矿各子系统室内试验,解决关键技术和设备之后,完成工业开采规模1/5~1/10的海上中间试验。通过中试力求在采矿技术上有重大突破,积累开采经验。http://248795581.qzone.qq.com
大洋多金属结核开采时机主要取决以下4种因素:①全球政治、经济稳定;②镍、钴、铜、锰4种金属的国际市场需求逐年看好;③大洋多金属结核开采与冶炼的技术进步,特别是成本效益的提高;④海洋科学的进步。随着21世纪人类开发利用海洋的到来,大洋采矿技术显得尤为重要。现代高新技术的发展为大洋资源开发铺设了桥梁,它的形成和发展将对世界海洋经济、文化及人类海洋意识产生积极深远的影响。
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