CN102414372A - 用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理通过挖掘船(30)提取的挖掘出的材料(50)的方法和设备。在所述方法中，所述挖掘出的材料(50)从所述挖掘船(30)供给到至少一个离心分离机(10)，所述离心分离机将所述挖掘出的材料分离为潮湿的部分(51)和干燥的部分(52)，其中，至少收集所述干燥的部分。本发明还涉及用于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域的方法。所述方法包括运输为此目的达到可运输的条件的挖掘出的材料，使用具有比挖掘船(30)大得多的规模的远洋运输船(40)，其中，所述可运输的条件通过按照以上描述的方法处理所述挖掘出的材料而实现。

Description

用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法和设备。本发明还涉及设置有所述设备的船。本发明还涉及用于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域的方法，并且具体地涉及用于通过将含有矿物的大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收或卸载区域来提取大量矿物的方法。

背景技术

在世界上的许多地区建设用地稀少。例如在由大量水包围的新加坡及其周边就是这样。在此类地区通常通过在现场或周围水域中卸下地基材料来创造建设用地。在此通常通过适于此目的的挖掘机从周围的海湾、港湾、水道和/或海洋的海底提取所述地基材料，其中所述挖掘出的材料在卸载之后常常还需要处理，以使其更适于其功能，例如作为建设用土。

这里存在两个主要问题。已发现，只有在待挖掘的泥土位于距卸载位置不太远时通常的挖掘方法才是成本有效的并且技术上可行的。然而，在距离卸载位置相对近的地方变得越来越难于发现足够的地基材料。因此，需要这样的方法，用于将大量挖掘出的材料以成本有效的方式从提取区域转移至位于远距离处的回收区域(或者卸载位置)。第二个问题在于在通常的方法中，挖掘出的材料卸载至陆地上并且有需要时随后予以处理。然而，岸上存储能力可能有限，特别是在大量水环绕的地区，例如在以上提及的新加坡的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法和设备，以及一种用于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域的方法和船，其中，至少部分地避免上面提到的缺点。

按照本发明的第一个方面，为此目的提供了一种用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法，其中，所述挖掘出的材料从所述挖掘船供给至至少一个离心分离机，所述离心分离机将挖掘出的材料分离为潮湿的部分和干燥的部分，其中收集至少所述干燥的部分。通过令来自挖掘船的货舱的挖掘出的材料经受离心分离，干燥的部分得以从挖掘出的材料中以成本有效的方式分离并收集，并且，有需要时能够用作为建设用土。按照本发明的方法允许所述挖掘出的材料被卸载到岸上或另一处排出位置处之前得以被处理。已发现，按照所发明的方法处理的挖掘出的材料比未处理的挖掘出的材料占用更少空间，这在具有有限存储能力的区域中卸载挖掘出的材料时具有优势。在按照本发明的方法中，所述潮湿的部分在有需要时能够以适于此目的的收集方式被收集，例如用于进一步的处理。然而，优选将分离出的潮湿的部分送回至周围的水中。

按照本发明的方法的一个优选实施例的特征在于，收集的干燥的部分供给至重力分离机，所述重力分离机进一步将收集的干燥的部分分离为较干燥的部分和较潮湿的部分，其中，收集至少所述较干燥的部分。此处相对于所述干燥的部分定义术语较干燥的部分和较潮湿的部分壁。已发现至少一个离心分离机和至少一个重力分离机的结合协同作用并导致较干燥的部分在质量上得以改善，其能够更加有利地用作例如建设用土。

所发明的方法的另一个优点在于，能够以有效的方式影响挖掘出的材料的颗粒尺寸分布。这里进行离心分离和/或重力分离对于使得干燥的部分和/或较干燥的部分具有d₅₀的颗粒尺寸分布是有利的，该d₅₀处于50至1500微米之间，更优选地在150至1200微米之间，以及最优选地在300至1000微米之间。

按照本发明的特别合适的方法的特征在于，重力分离机包括排水筛，该排水筛使已收集的干燥的部分振动并且在重力的影响下令其分离为较干燥的部分和较潮湿的部分。

在所述方法的另一个优选实施例中，应用水力旋流器作为离心分离机。水力旋流器包括圆柱形旋转体，其朝向底部变位成圆锥形流出部。要处理的挖掘出的材料在顶部侧上通过偏心布置的供给管道在压力下切向地引入至水力旋流器中，由此，使挖掘出的材料形成转动流或涡流。涡流将挖掘出的材料的较重的部分抛向水力旋流器的侧壁，其中，该较重的部分在重力的作用下形成下降的螺旋流。该较重的部分最终进入圆锥形流出部，在该圆锥形流出部中其进一步被加速并且最后通过流出口排出。较轻的部分(也包括水分)继续漂浮，并且进入水力旋流器的中心部。由于水力旋流器的圆锥形结构，较轻的部分最终向上推进，通过溢流口排出。由于在挖掘出的材料中较轻的部分包括水分，较重的部分将对应于所述干燥的部分，而较轻的部分将对应于所述潮湿的部分。

此变形的另一个优点是，不仅潮湿的成分，并且干燥的和/或较干燥的部分的颗粒尺寸分布能够得以控制。在此方面，分离直径d₅₀定义为具有同等机会成为较轻或较重部分的一部分的颗粒的直径。除了其它因素以外，最终分离的准确性取决于所选取的水力旋流器的配置和挖掘出的材料的性质。此方面的相关数量是旋流器的内径，入口、溢流口和下溢口的直径，水力旋流器的圆柱部和圆锥部的高度，以及水力旋流器的容量。本发明的方法的另一个优点在于，能够以有效的方式影响挖掘出的材料的颗粒尺寸分布。这里进行离心分离和/或重力分离对于使得干燥部分和/或较干燥的部分具有d₅₀的颗粒尺寸分布是有利的，该d₅₀处于50至1500微米之间，优选地在150至1200微米之间，更优选地在300至1000微米之间，以及最优选地在500至800微米之间。

在一个特别合适的方法中，应用多管旋流器作为离心分离机。这种多管旋流器包括多个并行连接的水力旋流器，其中，数量优选处于2至20之间，更优选在3至15之间，并且最优选在4至10之间。

按照本发明的方法的另一个优选实施例的特征在于，挖掘出的材料在被供给至离心分离机之前达到适当的质量密度。其中，适当的质量密度取决于一些因素，例如挖掘出的材料的性质，挖掘出的材料处理后的期望性质，以及上文述及的水力旋流器或多管旋流器的设计数量。通过在离心分离之前使质量密度达到基本恒定的平均质量密度，能够获得较高的分离效率以及较高质量的处理过的挖掘出的材料。未处理的挖掘出的材料的特别适当的质量密度处于1.1吨/立方米至1.3吨/立方米之间，并且更优选地在1.15吨/立方米至1.25吨/立方米之间。处理过的挖掘出的材料的干燥的部分的特别适当的质量密度处于1.8吨/立方米至2.0吨/立方米之间，并且更优选地在1.85吨/立方米至1.95吨/立方米之间。处理过的挖掘出的材料的潮湿的部分的质量密度一般处于1.03吨/立方米至1.13吨/立方米之间，但是也能够具有高得多的数值，特别是当潮湿的部分中存在许多小颗粒时。处理过的挖掘出的材料的较干燥的部分的特别适当的质量密度处于1.75吨/立方米至1.95吨/立方米之间，并且更优选地在1.80吨/立方米至1.90吨/立方米之间。

在另一个优选的变形中，通过向挖掘出的材料添加水分并且更优选通过提供水流(所述挖掘出的材料以受控方式供应至该水流)而使挖掘出的材料的质量密度达到适当的质量密度。这能够在挖掘船自身中和/或在挖掘船和通向至少一个离心分离机的供给件之间以合适的方式进行。有需要时，存在于挖掘船的货舱中的挖掘出的材料能够通过经受来自布置于挖掘出的材料中的高压喷射喷嘴的高压水流而流态化。显著地是，恰恰是通过向待处理的(具体地，待干燥的)挖掘出的材料预先添加水分，可以实现较高的分离效率。

当挖掘出的材料以基本恒定的流量供给到至少一个离心分离机时会更为有利。已发现使用按照本发明的方法，格外大量的挖掘出材料能够以成本有效的方式被处理。按照本发明的一个优选方法的特征在于，供给到至少一个离心分离机的基本恒定的流量为至少6000立方米/小时，优选至少9000立方米/小时，更优选至少12000立方米/小时，并且最优选至少20000立方米/小时。为了达到更高的流量，优选利用多个并行连接的离心分离机。此流量允许每年处理至少4500万吨挖掘出的材料，这典型地提供每年至少1000万吨处理过的挖掘出的材料。如果使用例如那些基于重力的更传统的分离方法，达到这些数量是不可能的。

已发现按照本发明的方法具有特别的优点，其中干燥的和/或较干燥的部分具有重量百分比为最高20％，更优选为最高15％，并且最优选最高为10％的含水量。这是因为对于挖掘出的材料的这种处理非常适于这样的方法，其中干燥的和/或较干燥的部分收集于运输船中，并且特别是适于接纳的挖掘出的材料的干燥的或较干燥的部分的数量为至少50000吨，优选至少100000吨，更优选至少150000吨，并且最优选至少200000吨的运输船，并且随后运输至优选位于远距离处的回收区域。

按照本发明，特别提供一种方法用于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域，其中所述方法包括以下步骤：在提取区域的附近停泊规模比挖掘船大得多并且适于在可运输的条件下接纳大量挖掘出的材料的至少一艘远洋运输船，使用至少一艘挖掘船提取挖掘出的材料，通过应用按照本发明的用于处理挖掘出的材料的方法而使挖掘出的材料达到可运输的条件，将所述干燥的和/或较干燥的部分收集于所述运输船中，使用所述运输船将所述干燥的和/或较干燥的部分运输至所述回收区域，所述运输船停泊在所述回收区域中，以及将所述干燥的和/或较干燥的部分从所述运输船卸载在所述回收区域中。

所发明的方法的一个附加的优点在于，干燥的和/或较干燥的部分符合国际海事组织为散装货船的运输制定的要求(IMO散装货船运输标准)。

本发明还涉及一种用于处理挖掘出的材料的设备，所述设备包括适于将挖掘出的材料分离为潮湿的部分和干燥的部分的至少一个离心分离机，其中，所述离心分离机包括用于供给要处理的所述挖掘出的材料的供给部，和用于所述干燥的部分的排出部。所述供给部优选能够联接至挖掘船的货舱的排出管道。

所述设备优选进一步包括连接至所述离心分离机的排出部并且适于将所述干燥的部分分离为较干燥的和较潮湿的部分的至少一个重力分离机，其中，所述设备还包括用于排出所述较干燥的部分的排出装置。

原则上，按照本发明的设备能够放置在挖掘船和卸载位置或者运输船之间的任何期望的位置处。然而，将设备布置在挖掘船上或者布置在通常停泊在挖掘船和/或运输船附近的浮箱(pontoon)上是有利的。

更优选的是设有按照本发明的设备的运输船(特别是具有上文提及的尺寸的运输船)。当设备相对于运输船的货舱放置使得所述干燥的或较干燥的部分至所述货舱的排出在不介入排出装置的情况下进行时，这存在附加的优点。这样的布置显著地提高了装载速度。

通常的挖掘方法包括使用例如耙吸式挖掘船(trailing suctionhopper dredger)或者绞吸式挖掘船(cutter suction dredger)的挖掘船，其中挖掘出的材料从水底通过暂时存储在挖掘船的货舱中的抽吸管道被抽吸上来。如果收集在货舱中的挖掘出的材料需要运输至远的位置，那么这一般通过陆地运输和/或通过特别铺设的管道和/或通过挖掘船航行至那个位置而进行。为此目的需要的装备和物流使得该已知的方法昂贵。按照本发明的方法针对此目的提供了有效的解决方案。

运输船优选具有大的载物能力。特别合适的是具有至少50000DWT(载重吨位)载物能力的运输船，优选至少100000DWT，更优选至少150000DWT，并且最优选至少200000DWT或者更高。特别合适的运输船包括改装的海峡型(Capesize)和巴拿马型(Panamax)船，其一般应用于将货物从一个主要港口运输至另一个主要港口。为此目的改装的所谓的VLCC(特大油轮very large crude carries)也是合适的。例如因为稳定性问题并且因为挖掘出的材料通常具有磨损特性，因此使用这样的运输船来运输挖掘出的材料不是为人所熟知的，并且也不是不证自明的。按照本发明的方法使得可以采用上述船运输挖掘出的材料。通过为这些船进一步设置其间形成有空气间隔的双层壁而使得采用这些船是有利的。在两层壁之间的空气间隔的宽度在需要时可以甚至接近运输船的货舱的宽度。按照本发明的方法允许长距离地每年运输例如2千万立方米挖掘出的材料，而已知的方法可能能达到约4百万立方米。

创造性的方法特别适合于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域。优选的距离是单程超过500公里的距离，更优选单程超过1000公里，并且最优选单程超过1500公里。

在按照本发明的方法的另一个优选实施例中，挖掘出的材料尽力达到重量百分比最高为20％、更优选最高为15％的含水量。

按照本发明的方法特别适合于通过将大量含有矿物的挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收或卸载区域来提取大量矿物。

附图说明

现在将基于如下附图进一步阐明本发明，并不另外对其构成限制。图中：

图1示意性地显示了按照本发明的设备的一个实施例；以及

图2显示了如典型地应用于按照本发明的方法中的运输船和挖掘船组合装置的示意性透视图。

具体实施方式

参考图1，显示了用于处理挖掘出的材料50的设备1的一个实施例。在显示的实施例中，设备1包括多管旋流器10形式的离心分离机以及与其串行连接的呈排水筛20形式的重力分离机。

要处理的挖掘出的材料50来自挖掘船30的货舱(未示出)。合适的挖掘船30包括例如耙吸式挖掘船或绞吸式挖掘船。挖掘出的材料50通过联接至供给部11的管道31被供给至多管旋流器10，并在压力下被供给到分配箱12中。多管旋流器10将挖掘出的材料50分离成潮湿的部分51和干燥的部分52，这将在下文进一步阐明。在显示的变形中，五个水力旋流器(14a，14b，14c，......)的供给部(13a，13b，13c，......)连接至分配箱12。每个供给部(13a，13b，13c，......)设置有能够控制供给至每个旋流器的流量的相应的关闭阀(15a，15b，15c，......)。多管旋流器10的每个水力旋流器(14a，14b，14c，......)包括圆柱形旋转体，其朝向底部变位成圆锥形流出部。要处理的挖掘出的材料50通过偏心布置的供给部(13a，13b，13c，......)在压力作用下切向地引入到在每个旋流器顶部侧上的相关的水力旋流器中。由此，使挖掘出的材料50形成转动流或涡流，这确保将挖掘出的材料50的较重的部分抛向水力旋流器(13a，13b，13c，......)的侧壁，其中，所述较重的部分在重力的作用下形成下降的螺旋流。该较重的部分最终进入每个水力旋流器(14a，14b，14c，......)的圆锥形流出部，在该圆锥形流出部中，其进一步被加速并且最后通过流出口排出至缓冲罐16。较轻的部分(也包括水分)进入水力旋流器(14a，14b，14c，......)的中心部，并且由于水力旋流器的圆锥形结构，较轻的部分最终被向上推进，通过溢流口(17a，17b，17c，......)排出至收集容器18，较轻的部分进一步从此处通过排出管道19泵送至周围的水中。由于要处理的挖掘出的材料50中的较轻的部分包括水分，它将对应于潮湿的部分51，而较重的部分将对应于干燥的部分52。干燥的部分52通过传送带60从缓冲罐16转移至排水筛20形式的重力分离机。排水筛20包括缓冲槽21，干燥的部分52由该缓冲槽被运送至分离储槽22。分离储槽22包括设置有具有确定尺寸的开口的底板(未示出)。底板通过致动器(未示出)形成竖向的振动。为此目的，底板设置有弹簧23。由于被接纳在分离储槽22中的干燥的部分52形成振动，干燥的部分52在重力的作用下分离成相对于干燥的部分52更干燥的部分53，以及较潮湿的部分54。依赖于设定的网孔宽度，较干燥的部分53的颗粒尺寸能够受到影响。较干燥和较潮湿的部分分别通过传送带25和排出管道24被排出。用于较潮湿的部分54的排出管道24通向周围的水。用于较干燥的部分53的传送带25通向卸载位置，或者在一个优选实施例中通向特别是巴拿马型或类似类型的运输船40的货舱(未示出)。排出管道24和传送带25不是必需的。因此例如使分离储槽22的、与缓冲槽21相对的侧面26开放，并沿运输船40的货舱的侧面放置排水筛20是有可能的。随后，较干燥的部分53自动从分离储槽22落入货舱。管道24也能够被省略，由此较潮湿的部分(主要是水分)通过底板流走例如至周围的水域。明显的是，许多技术变形是有可能的。

参考图2，显示了巴拿马型的运输船40和挖掘船30的组合装置。运输船30具有比挖掘船30大得多的规模，例如大10倍，并适于在可运输的条件下接纳大量挖掘出的材料50。按照本发明的一个方面，大量挖掘出的材料50从提取区域运送至位于远距离处的回收区域。为此目的，运输船40停泊在提取区域的附近。使用挖掘船30将挖掘出的材料50从水底挖掘出并暂时地存储在货舱(未示出)中。通过应用如上文描述的方法，使挖掘出的材料50达到可运输的条件。在显示的实施例变形中，为此目的，运输船40设置有设备1。这样所获得的干燥的和/或较干燥的部分存储于运输船中，更具体地存储于运输船40的货舱中，并随后被运输至回收区域。

Claims (20)

1.一种用于处理通过挖掘船提取的挖掘出的材料的方法，其中，将所述挖掘出的材料从所述挖掘船供给到至少一个离心分离机，所述离心分离机将所述挖掘出的材料分离成潮湿的部分和干燥的部分，其中，收集至少所述干燥的部分。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将已收集的所述干燥的部分供给到重力分离机，所述重力分离机进一步将已收集的所述干燥的部分分离成较干燥的部分和较潮湿的部分，其中，收集至少所述较干燥的部分。

3.如权利要求1或2所示的方法，其特征在于，使所述挖掘出的材料在被供给到所述离心分离机之前达到合适的质量密度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过向所述挖掘出的材料添加水分而使所述挖掘出的材料的质量密度达到合适的质量密度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，通过提供水流而使所述挖掘出的材料的质量密度达到合适的质量密度，所述挖掘出的材料以受控方式被供应至该水流。

6.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述挖掘出的材料以基本恒定的流量被供给到所述离心分离机。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基本恒定的流量为至少6000立方米/小时，更优选为至少9000立方米/小时，并且最优选为至少12000立方米/小时。

8.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述离心分离机包括水力旋流器。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述离心分离机包括多管旋流器。

10.如权利要求2-9中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述重力分离机包括使已收集的所述干燥的部分振动并且在重力的作用下使已收集的所述干燥的部分分离为较干燥的部分和较潮湿的部分的排水筛。

11.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，将所述干燥的和/或较干燥的部分收集到运输船中。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述运输船适于接纳的挖掘出的材料的干燥的或较干燥的部分的数量达到至少50000吨、优选至少100000吨、更优选至少150000吨、并且最优选至少200000吨。

13.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，所述干燥的和/或较干燥的部分具有重量百分比为最高20％、更优选为最高15％的含水量。

14.用于处理挖掘出的材料的设备，所述设备包括适于将所挖掘出的材料分离为潮湿的部分和干燥的部分的至少一个离心分离机，其中，所述离心分离机包括用于要处理的所述挖掘出的材料的供给部，和用于所述干燥的部分的排出部。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括至少一个重力分离机，所述重力分离机连接到所述离心分离机的所述排出部并且适于将所述干燥的部分分离为较干燥的部分和较潮湿的部分，其中，所述设备还包括用于排出所述较干燥的部分的排出装置。

16.一种设置有如权利要求14或15所述的设备的挖掘船或浮箱。

17.一种设置有如权利要求14或15所述的设备的浮箱。

18.一种设置有如权利要求14或15所述的设备的运输船。

19.如权利要求18所述的运输船，其特征在于，所述设备相对于所述运输船的货舱设置成使得所述干燥的或较干燥的部分到所述货舱的排出在不介入所述排出装置的情况下进行。

20.一种用于将大量挖掘出的材料从提取区域转移至位于远距离处的回收区域的方法，该方法包括以下步骤：在提取区域附近停泊规模比挖掘船大得多并且适于在可运输的条件下接纳大量挖掘出的材料的至少一艘远洋运输船，使用至少一艘挖掘船提取挖掘出的材料，应用如权利要求1-13中的任意一项所述的方法使挖掘出的材料达到可运输的条件，将所述干燥的部分和/或较干燥的部分收集于所述运输船中，使用所述运输船将所述干燥的部分和/或较干燥的部分运输至所述回收区域，将所述运输船停泊在所述回收区域中，以及将所述干燥的部分和/或较干燥的部分从所述运输船卸载在所述回收区域中。

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