CN111632823A - 一种海底矿粒的原位分级装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底矿粒的原位分级装置，它包括：底座、弹簧、外壳、一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒、振动电机、水流入口、矿粒入口、矿粒出口、废料出口、接料箱；还公开了一种海底矿粒的原位分级方法，包括：在海底固态矿物储藏区域，用机械的形式采掘固态矿藏；采掘出的固态矿粒与海底泥砂的混合物输入至原位分级装置中；所述固态矿粒在所述分级装置的振动和水泵输入高速海水冲击的协同作用下，实现洗矿、碎矿和分级；收集分级后的各粒级矿粒，通过分级矿粒提升装置提升至海面上进一步细加工；所述原位分级装置处理后的废料泥砂回填至海底。本发明实现了海底矿粒的绿色分级，可节约能耗、避免海洋污染。

Description

一种海底矿粒的原位分级装置及方法
技术领域
本发明涉及海底矿产资源开采技术领域，特别是涉及一种海底矿粒的原位分级装置及方法。
背景技术
随着科技的进步和时代的发展，陆地矿产资源已被大量开发利用，一个开发海洋的新时代己经来临。海洋约占全球面积的71%，其中蕴藏着丰富的石油、天然气、锰结核、富钴结壳、滨海砂矿、天然气水合物等矿产资源，海洋资源的可开采量占全球资源总量的45%。我国国土辽阔，海洋面积约有470万平方公里，具有极大的开发潜力。
目前海底矿产资源开采方法主要有连续链斗采矿法、流体提升采矿法和穿梭潜器采矿法。此类开采方法均是通过机械或流体将混合矿物提升至海平面，运输至采矿船或陆地后进行分离，混合矿物中大量无用杂质被采掘搬运到海面需要消耗较大的举升动力，花费高昂的三相混输运费，开采流程效率低。此外，在陆地平台上分离出有价值的矿物需要额外的水混合，还需将分离出的固体泥沙回填至海底以维持地层和生态稳定。
海底工厂主要采用水力旋流器对海底采出油水混合物进行原位分离，减轻立管压力、降低井口背压、降低举升动力消耗。但若用此方法分离多组分稠密固态矿物，旋流分离的流动阻力较大，要实现可靠高效的分离和输送，对泵的性能有非常高的要求；且旋流分离粒度与比重范围有限，多组分分离工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海底矿粒的原位分级装置及方法，其能够实现海底多组分稠密固态矿物的高效原位分离，有助于海底固态矿藏的经济高效开发。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，包括：底座、弹簧、外壳、一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒、振动电机、水流入口、矿粒入口、矿粒出口、废料出口、接料箱；所述底座上设置弹簧，外壳通过弹簧安装在底座上，外壳内设置一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒，振动电机安装在外壳上。
多个所述水流入口与矿粒入口方向相同，或二者呈一定的夹角；多个所述水流入口根据采出矿粒的分级需求同时开启，或者只开启其中一个；所述矿粒出口与接料箱相连，所述废料出口通过管线导入周围海床，实现泥砂原位回填。
所述振动电机为两台或两台以上的、相同型号或不同型号的防水振动电机，多台振动电机呈空间任意分布，通过控制和匹配每台电机的参数，能够实现圆、直线、椭圆、平动和扭转复合的空间振动振型。
所述一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒之间用扭簧连接，使三者的运动产生一定的相位差；根据矿粒的分级需求，设置一个一级筛筒和至少一个二级筛筒。
所述一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒内设置搅拌挡板或导流挡板，促进矿粒的透筛和分级。
还提供了一种海底矿粒的原位分级方法，其包括：
步骤1：在海底固态矿物储藏区域，用机械的形式采掘固态矿藏，海面上的动力装置为机械采掘提供动力，或海水驱动海底机械采掘装置；将采掘出的固态矿粒与海底泥砂的混合物由矿粒入口输入至原位分级装置中；
步骤2：固态矿粒在所述原位分级装置的振动和水泵输入高速海水冲击的协同作用下，根据粒度大小依次通过一级筛筒、二级筛筒、三级筛筒，实现洗矿、碎矿和分级；在矿粒出口收集分级后的各粒级矿粒至接料箱中，通过分级矿粒提升装置提升至海面上进一步细加工；在矿粒提升过程中，海水自然被排至海洋中；
步骤3：将所述原位分级装置处理后的废料泥砂通过废料出口回填至海底。
本发明具有以下优点：
1、对海底矿粒进行水力-振动协同作用下的原位分级，可实现海底多组分稠密固态矿物的高效原位分离，降低举升动力消耗；
2、多组分固态矿粒在分级装置的振动筛分和水泵输入高速海水的水力分级协同作用下，实现洗矿、碎矿和分级，比单一因素作用下的分级效果更好；
3、将多台振动电机呈空间任意分布，运用振动同步理论，通过控制和匹配每台电机的参数，实现不同作业需求下的不同振型；
4、将分级过后的废料泥砂原位回填，可维持储层的压力平衡，保护海洋环境。
附图说明
图1为本发明海底矿粒的原位分级装置示意图。
图2为本发明海底矿粒的原位分级装置内部示意图。
图3为本发明设置搅拌挡板的筛筒示意图。
图4为本发明设置导流挡板的筛筒示意图。
图5为本发明海底矿粒的原位分级方法示意图。
上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：
1-底座、2-弹簧、3-外壳、4-一级筛筒、5-二级筛筒、6-三级筛筒、7-振动电机、8-水流入口、9-矿粒入口、10-矿粒出口、11-废料出口、12-接料箱、13-搅拌挡板、14-导流挡板。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图1所示，所述海底矿粒的原位分级装置，其包括：底座1、弹簧2、外壳3、一级筛筒4、二级筛筒5、三级筛筒6、振动电机7、水流入口8、矿粒入口9、矿粒出口10、废料出口11、接料箱12；所述底座1上设置弹簧2，外壳3通过弹簧2安装在底座1上，外壳3内设置一级筛筒4、二级筛筒5、三级筛筒6，振动电机7安装在外壳3上。
海底开采出的矿物颗粒由矿粒入口9进入海底矿粒的原位分级装置中，通过水泵输入的高速海水由水流入口8进入海底矿粒的原位分级装置中，矿粒入口可与水流入口方向相同，或二者呈一定的夹角；在原位分级过程中，多个所述水流入口8根据采出矿粒的分级需求同时开启，或者只开启其中一个；所述振动电机7为两台或两台以上的、相同型号或不同型号的防水振动电机，多台振动电机7呈空间任意分布，通过控制和匹配每台电机的参数，能够实现圆、直线、椭圆、平动和扭转复合的空间振动振型。
如图2所示，所述一级筛筒4、二级筛筒5、三级筛筒6可以固定连接，在振动电机7的作用下同时运动，或者其三者之间也可以使用扭簧连接，使三者的运动产生一定的相位差，优化分级效果；根据矿粒的分级需求，设置一个一级筛筒4和至少一个二级筛筒5；矿粒进入海底矿粒的原位分级装置后，在水力-振动的协同作用下，通过多级筛筒分成粒度不同的多级产物，并从矿粒入口9逐渐运移至矿粒出口10；所述矿粒出口10与接料箱12相连，分级完成后，接料箱12可与外壳3和各级筛筒之间断开连接，由分级矿粒提升装置将接料箱12提升至海面上，提升过程中海水从接料箱12的排水孔和缝隙自然排出；所述废料出口11通过管线导入周围海床，实现泥砂原位回填。
如图3所示，所述筛筒内设置搅拌挡板13，能够使得装置内不同粒级的矿粒充分分散悬浮，利于矿粒的透筛和分级。
如图4所示，所述筛筒内设置导流挡板14，便于装置内的矿粒由入口向出口方向运移，利于充分筛分。
如图5所示，本发明海底矿粒的原位分级方法，包含以下步骤：
步骤1：在海底固态矿物储藏区域，用机械的形式采掘固态矿藏，海面上的动力装置为机械采掘提供动力，或海水驱动海底机械采掘装置；将采掘出的固态矿粒与海底泥砂的混合物由矿粒入口9输入至原位分级装置中；
步骤2：固态矿粒在所述原位分级装置的振动和水泵输入高速海水冲击的协同作用下，根据粒度大小依次通过一级筛筒4、二级筛筒5、三级筛筒6，实现洗矿、碎矿和分级；在矿粒出口10收集分级后的各粒级矿粒至接料箱12中，通过分级矿粒提升装置提升至海面上进一步细加工；在矿粒提升过程中，海水自然被排至海洋中；
步骤3：将所述原位分级装置处理后的废料泥砂通过废料出口11回填至海底。
本发明利用原位分级装置的机械振动筛分和高速海水的水力分级二者协同作用于海底采出的多组分稠密固态矿物颗粒，能够达到比单一因素作用下分级更好的效果。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，包括：底座(1)、弹簧(2)、外壳(3)、一级筛筒(4)、二级筛筒(5)、三级筛筒(6)、振动电机(7)、水流入口(8)、矿粒入口(9)、矿粒出口(10)、废料出口(11)、接料箱(12)；所述底座(1)上设置弹簧(2)，外壳(3)通过弹簧(2)安装在底座(1)上，外壳(3)内设置一级筛筒(4)、二级筛筒(5)、三级筛筒(6)，振动电机(7)安装在外壳(3)上。
2.根据权利要求1所述的海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，多个所述水流入口(8)与矿粒入口(9)方向相同，或二者呈一定的夹角；多个所述水流入口(8)根据采出矿粒的分级需求同时开启，或者只开启其中一个；所述矿粒出口(10)与接料箱(12)相连，所述废料出口(11)通过管线导入周围海床，实现泥砂原位回填。
3.根据权利要求1所述的海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，所述振动电机(7)为两台或两台以上的、相同型号或不同型号的防水振动电机，多台振动电机(7)呈空间任意分布，通过控制和匹配每台电机的参数，能够实现圆、直线、椭圆、平动和扭转复合的空间振动振型。
4.根据权利要求1所述的海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，所述一级筛筒(4)、二级筛筒(5)、三级筛筒(6)之间用扭簧连接，使三者的运动产生一定的相位差；根据矿粒的分级需求，设置一个一级筛筒(4)和至少一个二级筛筒(5)。
5.根据权利要求1-4任一所述的海底矿粒的原位分级装置，其特征在于，所述一级筛筒(4)、二级筛筒(5)、三级筛筒(6)内设置搅拌挡板(13)或导流挡板(14)，促进矿粒的透筛和分级。
6.一种海底矿粒的原位分级方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一所述的海底矿粒的原位分级装置，所述原位分级方法包括：
步骤1：在海底固态矿物储藏区域，用机械的形式采掘固态矿藏，海面上的动力装置为机械采掘提供动力，或海水驱动海底机械采掘装置；将采掘出的固态矿粒与海底泥砂的混合物由矿粒入口(9)输入至原位分级装置中；
步骤2：固态矿粒在所述原位分级装置的振动和水泵输入高速海水冲击的协同作用下，根据粒度大小依次通过一级筛筒(4)、二级筛筒(5)、三级筛筒(6)，实现洗矿、碎矿和分级；在矿粒出口(10)收集分级后的各粒级矿粒至接料箱(12)中，通过分级矿粒提升装置提升至海面上进一步细加工；在矿粒提升过程中，海水自然被排至海洋中；
步骤3：将所述原位分级装置处理后的废料泥砂通过废料出口(11)回填至海底。
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