CN106939375A - 深海热液金属硫化物采集电解系统 - Google Patents

深海热液金属硫化物采集电解系统 Download PDF

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孙治雷
黄威
董爱国
王利波
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张喜林
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Abstract

本发明提出一种深海热液金属硫化物采集电解系统，包括集矿机器人、采矿平台、金属硫化物电解池和温差发电机，在金属硫化物矿床上布置若干个集矿机器人，集矿机器人经矿石输送通道连接采矿平台，采矿平台经采矿回流水排放管道连接海洋，采矿平台上设置金属硫化物电解池，金属硫化物电解池经电解废水排放管道连接海洋，温差发电机的热端放置于金属硫化物矿床的热液喷口处，温差发电机的冷端放置于底层海水中，温差发电机经电缆连接金属硫化物电解池。本发明的有益效果：有效降低开采、冶炼成本和运输成本，大大降低环境风险。

Description

深海热液金属硫化物采集电解系统
技术领域
本发明涉及深海金属硫化物开采与冶炼技术领域，特别是涉及一种深海热液金属硫化物采集电解系统。
背景技术
深海热液金属硫化物矿床是具有战略意义的金属矿产资源，富含铁、铜、铅、锌、镍、钴、金、银、铂等金属元素，在全球大洋水深数百米到4000米处均有分布，主要赋存于大洋中脊、弧后盆地和地层断裂活动带。据初步估算，全球大洋海底共孕育着约900个独立的热液硫化物矿床，到目前为止，已经发现了约160余处，对数个洋中脊矿床的初步估计显示，其规模通常在100万到1亿吨之间，显示了热液矿床具有可观的资源保有量。与深海多金属结核或富钴结壳相比，海底热液金属硫化物具有水深小、品位高、易开采和选冶等优势。因此，其调查研究和开发活动对资源日渐匮乏的人类社会具有重大意义。
目前对海底金属硫化物的开采仍存在一定困难，主要有如下三方面问题。1)开采成本高：虽然金、银、铜、锌、铅等金属价格总体上呈上扬趋势,但短期内其价格处于动荡期；海底金属硫化物开采如达不到一定规模，成本必然要高过陆地，而且矿石的运输，银、铜、锌、铅等金属的回收、冶炼成本也相对高。2)技术上仍不成熟：深海多金属结核、富钴结壳以及深海油气的开采技术和经验只能有限地为热液硫化物的开采提供借鉴意义，尚需设计更加合理和有针对性的开采方案。3)环境风险：海底采矿一旦进入实施阶段，就会不可避免地对海洋环境带来风险，包括水体污染、海底滑坡，特别是可能破坏热液区独特的生物生态群落，造成生态灾难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深海热液金属硫化物采集电解系统，有效降低开采成本和环境风险。
本发明提供一种深海热液金属硫化物采集电解系统，包括集矿机器人、采矿平台、金属硫化物电解池和温差发电机，在金属硫化物矿床上布置若干个集矿机器人，集矿机器人经矿石输送通道连接采矿平台，采矿平台经采矿回流水排放管道连接海洋，采矿平台上设置金属硫化物电解池，金属硫化物电解池经电解废水排放管道连接海洋，温差发电机的热端放置于金属硫化物矿床的热液喷口处，温差发电机的冷端放置于底层海水中，温差发电机经电缆连接金属硫化物电解池。
进一步的，深海热液金属硫化物采集电解系统还包括运输船，采矿平台上设置有转运吊机。
进一步的，温差发电机经电缆连接集矿机器人。
进一步的，所述采矿平台为采矿精炼船。
进一步的，所述采矿平台为半潜平台。
与现有技术相比，本发明的深海热液金属硫化物采集电解系统具有以下特点和优点：
1、本发明的深海热液金属硫化物采集电解系统，通过原位生成的电能提供，有效降低开采和冶炼成本，减少运输船的使用，降低运输成本；
2、本发明的深海热液金属硫化物采集电解系统，由于金属硫化物的电解废水为弱酸性的，通过排放到碱性的海水中，发生酸碱中和反应，就会大大降低环境污染，同时整个电解过程不产生任何温室气体，有助于缓解全球变暖的威胁，从而全面提高采矿冶炼过程中的经济效益。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中深海热液金属硫化物采集电解系统的示意图；
其中，1、采矿精炼船，2、矿石输送通道，3、集矿机器人，4、采矿回流水排放管道，5、金属硫化物矿床，6、采矿回流水，7、温差发电机，8、温差发电机的冷端，9、温差发电机的热端，10、热液喷口羽状流，11、电缆，12、金属硫化物电解池，13、电解废水排放管道，14、电解废水，15、运输船，16、转运吊机。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种深海热液金属硫化物采集电解系统，该系统包括三个功能单元。第一个功能单元为矿石采掘、输送单元，包括以下几部分：采矿精炼船1(也可以为半潜平台)、矿石输送管道2、集矿机器人3、采矿回流水排放管道4。第二个功能单元为利用温差发电并电解硫化物单元，包括以下几部分：温差发电机7、温差发电机的热端9、温差发电机的冷端8、电缆11、金属硫化物电解池12、电解废水排放管道13。第三个功能单元为精矿转运单元，包括运输船15和转运吊机16。
在金属硫化物矿床5上布置若干个集矿机器人3，集矿机器人3在金属硫化物矿床5活动并采集矿石，集矿机器人3经矿石输送通道2连接采矿精炼船1，集矿机器人3通过矿石输送通道2将矿石运输至采矿精炼船1。采矿精炼船1经采矿回流水排放管道4连接海洋，
在输送矿石的过程中携带大量的海水，海水通过采矿回流水排放管道4流出，即图中的采矿回流水6。
金属硫化物矿床5的热液喷口向外喷出热液喷口羽状流10，热液喷口处的温度可达到400℃以上，底层海水的温度为2℃左右，热液喷口处和底层海水之间存在较大的温差。将温差发电机的热端9放置于金属硫化物矿床5的热液喷口处，温差发电机的冷端8放置于底层海水中，温差发电机7经电缆11连接金属硫化物电解池12。温差发电机7利用热液喷口处和底层海水之间的温差进行发电，所发的电能通过控制器调整后，供给金属硫化物电解池12使用，使金属硫化物得以冶炼。温差发电机7的数量或装机容量视金属硫化物电解池12所需要的电能强度而定。
采矿精炼船1上设置金属硫化物电解池12，金属硫化物电解池12经电解废水排放管道13连接海洋以排放电解废水14。金属硫化物电解池12利用温差发电机7提供的电能，按美国矿业局提出的金属硫化物的“熔盐电解法”炼矿。例如，对于金属硫化物中铅的生产，是利用热的三氯化铁—盐水溶液浸出方铅矿精矿，硫化铅在三氯化铁—盐水溶液反应，生成氯化铅、氯化亚铁和硫，氯化铅经干燥并在金属硫化物电解池12中电解得到金属铅和氯气，而氯气可用于三氯化铁浸出液的再生，该溶液可返回用于浸出。对于金属硫化物中锌的生产，是利用氯和氧加压浸出锌铅硫化物精矿，锌溶解而铅、铁、元素硫和脉石留在残渣中。氯化锌溶液经净化后政法获得无水氯化锌。在金属硫化物电解池12中电解无水氯化锌制得熔融金属锌和可以返回浸出的氯气。采矿精炼船1上设置有转运吊机16，转运吊机16将精矿转运至运输船15。穿梭于陆地和采矿精炼船1之间的运输船15仅起到运送精矿和物资补给的作用，从而大大降低了运输成本。
本实施例中的深海热液金属硫化物采集电解系统，按如下流程进行生产：在采矿精炼船1的支持下，集矿机器人3开始在在金属硫化物矿床5的采掘区采集金属硫化物矿石，然后通过矿石输送通道2将采集到的金属硫化物矿石输送到采矿精炼船1上，同时产生的采矿回流水6通过采矿回流水排放通道4排到深海底层水中，这样就完成了矿石的采集。在矿石采集的同时，温差发电机主机7通过电缆11将电能输送至金属硫化物电解池12，金属硫化物电解池12电解所获得精矿。电解过程中产生的电解废水14通过电解废水排放管道13排放至中、深层海水内。最后，通过转运吊机16将获得的精矿转运到运输船15上，从而完成一个生成流程。
本实施例中的深海热液金属硫化物采集电解系统，一是通过原位生成的电能提供，有效降低开采和冶炼成本；二是减少了运输船15的使用，降低运输成本；三是由于金属硫化物的电解废水14为弱酸性的，通过排放到碱性的海水中，发生酸碱中和反应，就会大大降低环境污染，同时整个电解过程不产生任何温室气体，有助于缓解全球变暖的威胁，从而全面提高采矿冶炼过程中的经济效益。
实施例2
本实施例中的深海热液金属硫化物采集电解系统，与实施例1中的区别之处在于，温差发电机7经电缆11连接集矿机器人3，温差发电机7的电能供给集矿机器人3使用，以大大降低生产成本。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种深海热液金属硫化物采集电解系统，其特征在于：包括集矿机器人、采矿平台、金属硫化物电解池和温差发电机，在金属硫化物矿床上布置若干个集矿机器人，集矿机器人经矿石输送通道连接采矿平台，采矿平台经采矿回流水排放管道连接海洋，采矿平台上设置金属硫化物电解池，金属硫化物电解池经电解废水排放管道连接海洋，温差发电机的热端放置于金属硫化物矿床的热液喷口处，温差发电机的冷端放置于底层海水中，温差发电机经电缆连接金属硫化物电解池。
2.根据权利要求1所述的深海热液金属硫化物采集电解系统，其特征在于：深海热液金属硫化物采集电解系统还包括运输船，采矿平台上设置有转运吊机。
3.根据权利要求1所述的深海热液金属硫化物采集电解系统，其特征在于：温差发电机经电缆连接集矿机器人。
4.根据权利要求1至3任一项所述的深海热液金属硫化物采集电解系统，其特征在于：所述采矿平台为采矿精炼船。
5.根据权利要求1至3任一项所述的深海热液金属硫化物采集电解系统，其特征在于：所述采矿平台为半潜平台。
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