CN118811971A - 一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及深海采矿技术领域，且公开了用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，包括可在水底行走的行走机构，行走机构的顶部固定安装有机壳，机壳的内部分别设置用于对开采区域进行射流的射流组件、用于对矿石和污泥水进行分离的过滤组件、用于对分离后的污泥水进行处理的处理组件以及用于对处理组件导出的污泥进行磁粉分离的分离组件。该用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，通过使用磁粉和高强度磁场促使羽流颗粒快速絮凝成大颗粒体，比传统的沉淀、过滤等方法处理效率更高，能够适应深海采矿的大流量尾水处理，通过设置的磁粉回收用的分离组件，可以回收并循环利用磁粉，在采矿车长时间作业过程中无需另外添加材料。

Description

一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置
技术领域
本发明涉及深海采矿技术领域，具体为一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置。
背景技术
随着全球金属矿产资源需求的不断增加，深海固体矿产资源的开发逐渐成为一种重要的资源获取方式；多金属结核作为深海矿产资源的重要组成部分，蕴藏着丰富的镍、铜、钴和锰等金属，具有极高的经济价值；深海矿产开采过程中会产生大量的浑浊尾水，从海底采矿车上排放进入海水后会形成羽流，对海洋环境造成严重污染，影响海洋生态系统的平衡和海洋生物的生存。
与常见悬浮颗粒相比，深海沉积物羽流颗粒粒径小且带电性强，传统的过滤或沉淀方法难以处理；缺乏促进颗粒絮凝成团能够增大颗粒尺寸，加快颗粒沉降，抑制羽流扩散的功能；而且传统投加絮凝剂方法并不适用于深海采矿，因为深海环境封闭，无法及时补充絮凝剂消耗。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，通过使用磁粉和高强度磁场促使羽流颗粒快速絮凝成大颗粒体，比传统的沉淀、过滤等方法处理效率更高，能够适应深海采矿的大流量尾水处理；磁性絮凝剂选用海底常见金属成分，对环境无害，不会引入二次污染，处理过程中不产生有害副产物；通过设置的磁粉回收用的分离组件，可以回收并循环利用磁粉，在采矿车长时间作业过程中无需另外添加材料，工程实用性强，解决了深海沉积物羽流颗粒粒径小且带电性强，传统的过滤或沉淀方法难以处理的问题。
(二)技术方案
为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，包括可在水底行走的行走机构，所述行走机构的顶部固定安装有机壳，所述机壳的内部分别设置用于对开采区域进行射流的射流组件、用于对矿石和污泥水进行分离的过滤组件、用于对分离后的污泥水进行处理的处理组件以及用于对处理组件导出的污泥进行磁粉分离的分离组件；
所述处理组件包括固定于机壳内部的沉淀筒，所述沉淀筒的底部设置为锥形面，且沉淀筒的底部通过排泥管与分离组件的内部连接，所述沉淀筒的排水口通过排水管延伸至机壳的外部，所述沉淀筒的锥形面等距安装有若干个电磁铁板，所述沉淀筒顶部的一侧设置有磁粉添加件，所述沉淀筒的内部设置有对沉淀筒内部的污水和磁粉进行搅拌的搅拌件，所述机壳的内部设置有用于对若干个电磁铁板磁力调节的调节件，所述搅拌件包括转动连接于沉淀筒内部的搅拌架以及用于对搅拌架旋转驱动的电机，所述电机固定于沉淀筒的顶部。
优选的，所述过滤组件通过管线与处理组件连接，所述分离组件的排泥口通过管道延伸至机壳的外部，所述分离组件的磁粉导出口通过管线与射流组件的内部连通。
优选的，所述采集罩的内部固定连接有两个射流管，且两个射流管底部的外表面均固定连通有一排倾斜状的射流嘴，两个所述射流管通过管道与射流组件连接，所述射流组件的一侧固定连接有水泵，所述水泵的吸水口通过吸水管与机壳的外部连通，且水泵的出水口通过出水管与射流组件连接。
优选的，所述机壳的顶部固定连接有输送管，且输送管的底端与过滤组件的排矿口连接，所述机壳的一侧通过一排管道固定连通有采集罩，一排管道的另一端与过滤组件连接。
优选的，所述搅拌架的底端通过单向轴承固定连接有螺旋叶片，所述螺旋叶片的底端延伸至排泥管的内部；
所述螺旋叶片顶端的外表面通过支架固定连接有若干个刮泥板，且若干个刮泥板均与沉淀筒内壁的锥形面接触，若干个刮泥板呈倾斜状。
优选的，所述磁粉添加件固定于沉淀筒顶部的储料仓，所述储料仓的底部通过导料框与沉淀筒的内部连通，所述储料仓的一侧插设有T型挡板，且T型挡板的底部滑动连接于沉淀筒的顶部。
优选的，所述沉淀筒的顶部通过转轴转动连接有旋转板，所述旋转板顶部的一侧固定连接有凸杆，所述凸杆的外表面转动连接有连接板，且连接板的一侧铰接于T型挡板的外侧面，所述旋转板的旋转轴心与搅拌架的旋转轴心通过皮带组传动连接。
优选的，所述调节件包括固定于机壳内部的U型板，所述U型板内壁的顶部固定连接有滑动变阻器，所述U型板内壁的底部固定连接有电动伸缩杆，且电动伸缩杆的伸缩端通过绝缘块固定连接有接触片，且接触片与滑动变阻器的外表面接触。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，具备以下有益效果：
1、本发明通过使用磁粉和高强度磁场促使羽流颗粒快速絮凝成大颗粒体，比传统的沉淀、过滤等方法处理效率更高，能够适应深海采矿的大流量尾水处理；磁性絮凝剂选用海底常见金属成分，对环境无害，不会引入二次污染，处理过程中不产生有害副产物；通过设置的磁粉回收用的分离组件，可以回收并循环利用磁粉，在采矿车长时间作业过程中无需另外添加材料，工程实用性强。
2、本发明通过储料仓的设置，用于对污水絮凝处理的磁粉进行储存，通过导料框将磁粉排至到沉淀筒的内部与污水进行接触，使得污水中的颗粒物质进行汇集，加速后续沉淀效果，通过将搅拌架的旋转驱动力传动至旋转板，使得旋转板进行自转，随后可以带动凸杆圆周旋转，进而可以通过连接板带动T型挡板左右运动，形成间歇式上料工作，不仅无需单独设置电动驱动源进行驱动，提高了操作的节能环保性，而且避免磁粉添加量过多或过少的现象，进一步提高其磁粉与污水混合效果。
3、本发明通过对若干个电磁铁板进行通电，使得电磁铁板产生吸附力，进而可以对沉淀筒内部污水中的絮凝体进行下降，提高其沉淀效果，通过电动伸缩杆的启动，可以带动接触片左右运动，进而可以对若干个电磁铁板的电流进行调节，满足不同浓度污水的处理，进一步提高其絮凝体沉淀效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1中机壳的结构剖视图；
图3为本发明图2中处理组件的结构示意图；
图4为本发明图3中沉淀筒的结构剖视图；
图5为本发明图4中搅拌件和磁粉添加件的传动示意图；
图6为本发明图5中螺旋叶片和刮泥板的组合俯视图；
图7为本发明图5中磁粉添加件的截面示意图；
图8为本发明图2中调节件的结构示意图；
图9为本发明图1中采集罩的截面示意图。
图中：1、行走机构；2、机壳；
3、射流组件；31、射流管；32、水泵；
4、过滤组件；41、输送管；42、采集罩；
5、处理组件；51、沉淀筒；52、排泥管；53、电磁铁板；
54、磁粉添加件；541、储料仓；542、T型挡板；543、旋转板；544、凸杆；545、连接板；546、皮带组；
55、搅拌件；551、搅拌架；552、电机；553、螺旋叶片；554、刮泥板；
56、调节件；561、U型板；562、滑动变阻器；563、电动伸缩杆；564、接触片；
6、分离组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参照附图1-9，一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，包括可在水底行走的行走机构1，行走机构1的顶部固定安装有机壳2，机壳2的内部分别设置用于对开采区域进行射流的射流组件3、用于对矿石和污泥水进行分离的过滤组件4、用于对分离后的污泥水进行处理的处理组件5以及用于对处理组件5导出的污泥进行磁粉分离的分离组件6；
通过抽吸海水，混合磁粉之后通过管道运输到采矿头，射流采矿石，抽吸矿石的同时不可避免的抽吸上来一部分底泥；在这个过程中磁粉混合到了底泥浑浊液里；随后分离矿石和底泥，矿石通过管道运输到海面上，底泥进入到磁絮凝沉淀筒51；
沉淀筒51下方有电磁铁板53，可以根据浑浊液浓度调整强度，沉淀筒51内有搅拌机构，在搅拌和磁场作用下，混合磁粉的浑浊液会形成大颗粒的絮团加速沉降；
最后把沉降的底泥排至到分离组件6中，通过分离组件6将磁粉分离出来，底泥排入海底，磁粉重新加入到射流水中进行采矿；
通过使用磁粉和高强度磁场促使羽流颗粒快速絮凝成大颗粒体，比传统的沉淀、过滤等方法处理效率更高，能够适应深海采矿的大流量尾水处理；磁性絮凝剂选用海底常见金属成分，对环境无害，不会引入二次污染，处理过程中不产生有害副产物；通过设置的磁粉回收用的分离组件6，可以回收并循环利用磁粉，在采矿车长时间作业过程中无需另外添加材料，工程实用性强。
处理组件5包括固定于机壳2内部的沉淀筒51，沉淀筒51的底部设置为锥形面，且沉淀筒51的底部通过排泥管52与分离组件6的内部连接，沉淀筒51的排水口通过排水管延伸至机壳2的外部，沉淀筒51的锥形面等距安装有若干个电磁铁板53，沉淀筒51顶部的一侧设置有磁粉添加件54，沉淀筒51的内部设置有对沉淀筒51内部的污水和磁粉进行搅拌的搅拌件55，机壳2的内部设置有用于对若干个电磁铁板53磁力调节的调节件56，搅拌件55包括转动连接于沉淀筒51内部的搅拌架551以及用于对搅拌架551旋转驱动的电机552，电机552固定于沉淀筒51的顶部；
通过沉淀筒51的设置，用于对分离后的污水进行沉淀处理，并且通过磁粉添加件54的设置，用于定量向沉淀筒51的添加磁性絮凝剂，如磁粉。通过磁粉与污水的混合，即可使污水中的颗粒物质进行絮凝，进而加大其沉淀效果，并且通过若干个呈等距环绕设置的电磁铁板53，可以对含油磁性的絮凝体进行吸附，进一步提高其沉淀效果；
电机552与机壳2内部的电控系统连接，为正反转电动机，采用现有技术的连接方式和编码方式进行设置，用于带动搅拌架551进行旋转，通过搅拌架551的旋转，即可对污水和磁粉进行充分混合，加速颗粒物质的絮凝工作，进而加速其沉淀效果。
参照附图1和图2，过滤组件4通过管线与处理组件5连接，分离组件6的排泥口通过管道延伸至机壳2的外部，分离组件6的磁粉导出口通过管线与射流组件3的内部连通；
通过过滤组件4的设置，用于将分离后的污泥水排至到处理组件5的沉淀筒51中，进行絮凝沉淀处理，通过分离组件6的设置，用于对底泥中的磁粉分离回收，并且通过管线排至到射流组件3中，形成磁粉的循环利用，极大的降低了磁粉的消耗。
参照附图1、图2和图9，采集罩42的内部固定连接有两个射流管31，且两个射流管31底部的外表面均固定连通有一排倾斜状的射流嘴，两个射流管31通过管道与射流组件3连接，射流组件3的一侧固定连接有水泵32，水泵32的吸水口通过吸水管与机壳2的外部连通，且水泵32的出水口通过出水管与射流组件3连接；
通过水泵32的设置，用于抽取海水，并且将海水排至到射流组件3中，通过海水与回收后的磁粉进行混合，随后将混合后的海水排至到两组射流管31中，通过两排射流嘴进行海底射流工作。
参照附图1和图2，机壳2的顶部固定连接有输送管41，且输送管41的底端与过滤组件4的排矿口连接，机壳2的一侧通过一排管道固定连通有采集罩42，一排管道的另一端与过滤组件4连接；
通过采集罩42的设置，对射流剥离后的矿石进行采集，通过管道排至到过滤组件4中，通过过滤组件4对矿石和污泥水进行筛选，并且通过输送管41将筛选后的矿石排至到海面。
参照附图5和图6，搅拌架551的底端通过单向轴承固定连接有螺旋叶片553，螺旋叶片553的底端延伸至排泥管52的内部；
通过螺旋叶片553的旋转，可以将堆积在沉淀筒51底部的底泥有序排至到排泥管52中，通过排泥管52排至到分离组件6中进行底泥和磁粉的分离工作，有效的将污水的搅拌和底泥的清理进行联动结合，不仅提高了设备的节能环保性，而且提高了处理的便捷性；
通过螺旋叶片553采用单向轴承与搅拌架551进行连接时，以便于通过搅拌架551逆时针旋转时，可以对污水进行搅拌处理，且不会带动螺旋叶片553进行旋转；相反通过搅拌架551的顺时针旋转，不仅可以对污水进行搅拌，加快磁粉与污水的混合，而且可以同步带动螺旋叶片553进行旋转，形成底泥导出工作，便于工作人员根据实际进行絮凝或底泥清理工作，提高了设备的功能性；
螺旋叶片553顶端的外表面通过支架固定连接有若干个刮泥板554，且若干个刮泥板554均与沉淀筒51内壁的锥形面接触，若干个刮泥板554呈倾斜状；
通过螺旋叶片553的旋转，可以同步带动若干个若干个刮泥板554进行旋转，通过若干个刮泥板554的旋转，即可对堆积在沉淀筒51底部的底泥刮动；通过若干个刮泥板554均采用倾斜状，进而便于刮泥板554在对底泥进行刮动时，可以将刮动后的底泥向中间部位汇集，进而便于配合螺旋叶片553的旋转，即可将底泥通过排泥管52排至到分离组件6中，不仅无需人工手动进行操作，而且可以根据沉淀情况实时处理，进一步提高了底泥清理的便捷性。
实施例2：基于实施例1有所不同的是；
参照附图7，磁粉添加件54固定于沉淀筒51顶部的储料仓541，储料仓541的底部通过导料框与沉淀筒51的内部连通，储料仓541的一侧插设有T型挡板542，且T型挡板542的底部滑动连接于沉淀筒51的顶部；
通过储料仓541的设置，用于对污水絮凝处理的磁粉进行储存，通过导料框将磁粉排至到沉淀筒51的内部与污水进行接触，使得污水中的颗粒物质进行汇集，加速后续沉淀效果，通过T型挡板542的设置，用于对磁粉添加量进行控制。
沉淀筒51的顶部通过转轴转动连接有旋转板543，旋转板543顶部的一侧固定连接有凸杆544，凸杆544的外表面转动连接有连接板545，且连接板545的一侧铰接于T型挡板542的外侧面，旋转板543的旋转轴心与搅拌架551的旋转轴心通过皮带组546传动连接；
皮带组546由皮带和两个皮带轮组成，用于将搅拌架551的旋转驱动力传动至旋转板543，使得旋转板543进行自转，通过旋转板543的旋转，可以带动凸杆544圆周旋转，进而可以通过连接板545带动T型挡板542左右运动，形成间歇式上料工作，不仅无需单独设置电动驱动源进行驱动，提高了操作的节能环保性，而且避免磁粉添加量过多或过少的现象，进一步提高其磁粉与污水混合效果。
实施例3：基于实施例1有所不同的是；
参照附图8，调节件56包括固定于机壳2内部的U型板561，U型板561内壁的顶部固定连接有滑动变阻器562，U型板561内壁的底部固定连接有电动伸缩杆563，且电动伸缩杆563的伸缩端通过绝缘块固定连接有接触片564，且接触片564与滑动变阻器562的外表面接触；
滑动变阻器562和接触片564采用现有技术的连接方式与设备上的供电系统和若干个电磁铁板53进行连接，通过对若干个电磁铁板53进行通电，使得电磁铁板53产生吸附力，进而可以对沉淀筒51内部污水中的絮凝体进行下降，提高其沉淀效果，通过电动伸缩杆563的启动，可以带动接触片564左右运动，进而可以对若干个电磁铁板53的电流进行调节，满足不同浓度污水的处理，进一步提高其絮凝体沉淀效果，绝缘块的底部滑动连接于U型板561内壁的底部，用于提高其绝缘块和接触片564位置调节时的流畅性。
需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，包括可在水底行走的行走机构(1)，所述行走机构(1)的顶部固定安装有机壳(2)，其特征在于：所述机壳(2)的内部分别设置用于对开采区域进行射流的射流组件(3)、用于对矿石和污泥水进行分离的过滤组件(4)、用于对分离后的污泥水进行处理的处理组件(5)以及用于对处理组件(5)导出的污泥进行磁粉分离的分离组件(6)；
所述处理组件(5)包括固定于机壳(2)内部的沉淀筒(51)，所述沉淀筒(51)的底部设置为锥形面，且沉淀筒(51)的底部通过排泥管(52)与分离组件(6)的内部连接，所述沉淀筒(51)的排水口通过排水管延伸至机壳(2)的外部，所述沉淀筒(51)的锥形面等距安装有若干个电磁铁板(53)，所述沉淀筒(51)顶部的一侧设置有磁粉添加件(54)，所述沉淀筒(51)的内部设置有对沉淀筒(51)内部的污水和磁粉进行搅拌的搅拌件(55)，所述机壳(2)的内部设置有用于对若干个电磁铁板(53)磁力调节的调节件(56)，所述搅拌件(55)包括转动连接于沉淀筒(51)内部的搅拌架(551)以及用于对搅拌架(551)旋转驱动的电机(552)，所述电机(552)固定于沉淀筒(51)的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述过滤组件(4)通过管线与处理组件(5)连接，所述分离组件(6)的排泥口通过管道延伸至机壳(2)的外部，所述分离组件(6)的磁粉导出口通过管线与射流组件(3)的内部连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述机壳(2)的顶部固定连接有输送管(41)，且输送管(41)的底端与过滤组件(4)的排矿口连接，所述机壳(2)的一侧通过一排管道固定连通有采集罩(42)，一排管道的另一端与过滤组件(4)连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述采集罩(42)的内部固定连接有两个射流管(31)，且两个射流管(31)底部的外表面均固定连通有一排倾斜状的射流嘴，两个所述射流管(31)通过管道与射流组件(3)连接，所述射流组件(3)的一侧固定连接有水泵(32)，所述水泵(32)的吸水口通过吸水管与机壳(2)的外部连通，且水泵(32)的出水口通过出水管与射流组件(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述搅拌架(551)的底端通过单向轴承固定连接有螺旋叶片(553)，所述螺旋叶片(553)的底端延伸至排泥管(52)的内部；
所述螺旋叶片(553)顶端的外表面通过支架固定连接有若干个刮泥板(554)，且若干个刮泥板(554)均与沉淀筒(51)内壁的锥形面接触，若干个刮泥板(554)呈倾斜状。
6.根据权利要求1所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述磁粉添加件(54)固定于沉淀筒(51)顶部的储料仓(541)，所述储料仓(541)的底部通过导料框与沉淀筒(51)的内部连通，所述储料仓(541)的一侧插设有T型挡板(542)，且T型挡板(542)的底部滑动连接于沉淀筒(51)的顶部。
7.根据权利要求6所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述沉淀筒(51)的顶部通过转轴转动连接有旋转板(543)，所述旋转板(543)顶部的一侧固定连接有凸杆(544)，所述凸杆(544)的外表面转动连接有连接板(545)，且连接板(545)的一侧铰接于T型挡板(542)的外侧面，所述旋转板(543)的旋转轴心与搅拌架(551)的旋转轴心通过皮带组(546)传动连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于深海采矿尾水排放羽流处理的磁絮凝装置，其特征在于：所述调节件(56)包括固定于机壳(2)内部的U型板(561)，所述U型板(561)内壁的顶部固定连接有滑动变阻器(562)，所述U型板(561)内壁的底部固定连接有电动伸缩杆(563)，且电动伸缩杆(563)的伸缩端通过绝缘块固定连接有接触片(564)，且接触片(564)与滑动变阻器(562)的外表面接触。
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