DE1938667C3 - Verfahren und Einrichtung zum Laden und Löschen von Erztransportschiffen - Google Patents

Description

55

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Laden und Löschen von Erztransportschiffen, bei dem das zu befördernde Erz in einer zum Aufschlämmen eines pumpfähigen Breies oder Schlammes geeigneten Partikelgröße zerkleinert und mit Wasser versetzt in den Schiffsladeraum gepumpt, dort sich absetzen gelassen und die über den abgesetzten Erzteilchen gebildete, überschüssige Wasserschicht abgepumpt wird, worauf das Schiff mit der abgesetzten, verfestigten Erzmasse als praktisch nicht verschiebbarer Ladung mit nur geringfügigem V/asseranteil an seinen Bestimmungsort gefahren und dort in der Weise entladen wird, daß Wasserstrahlen von ausreichendem Druck im Bereich der Ansaug-

öitnung aer LaüüngspUn.pv. ... -.- .~s _b~ .....oSv.

gerichtet werden, um aus dieser wieder einen pumpfähigen Schlamm zu bilden.

Viele Mineralvorkommen oder Erzlagerstätten be finden sich in größeren Entfernungen von der Stelle, an der sie verwertet werden sollen. Üblicherweise wird daher das abgebaute Material bereits am Abbauort aufbereitet, um einen zerkleinerten Stoff in Teilchenforrr zu erhalten, der dann anschließend zwecks weiterei Verarbeitung mit einem Schiff zu einem Hüttenwerk oder einen anderen Ort transportiert werden kann. Füi derartige Schiffe werden Lagerungs- und Trockenlade anlagen, sowie am Bestimmungsort entsprechende Löschvorrichtungen, wie z. B. Schaufelförderungsvor richtungen benötigt, im allgemeinen müssen der Lade und der Löschvorgang von Land aus und an einem Schiffsanlegeplatz vorgenommen werden. Das heißt daß die Mineralien in Verbindung mit Vorrichtungen die sich hauptsächlich für den Transport und die Behandlung an Land eignen, in ein Schiff eingeladen oder von diesem gelöscht werden. Gleichzeitig gibt es jedoch auch viele Mineralvorkommen ohne geeignet gelegenen Hafen, in welchem ein Schiff anlegen könnte In entsprechender Weise befinden sich viele Hüttenwerke oder andere Bestimmungsorte sn Stellen, die füi große Seeschiffe ungeeignet oder unzugänglich sind besonders für die neueren Großfrachtschiffe, die einer sehr großen Tiefgang haben. Zum Laden und Löscher großer Schiffe ist es beim Fehlen geeigneter Hafenan lagen erforderlich. Leichter oder andere Lade- unc Löscheinrichtungen für begrenzte Mengen zu verwen den und das Material von der Küste zu dem Ankerplatz des Schiffes zu bringen, wodurch entsprechend hohe Betriebskosten entstehen. Wie allgemein anerkannt, isi das Laden und Löschen von Mineralien ein schwieriger und zeitraubender Vorgang, der sich in erheblicherr Maße auf die Gesamtkosten auswirkt. Es besteht daher ein dringender Bedarf für ein neues und verbesserte; Verfahren und eine neuartige Einrichtung zum Lader und Löschen von Erztransportsctvffen.

Bei vorbekannten Lade- und Löscheinrichtungen wie beispielsweise nach US-PS 6 89 741, wird das Lade gut nur durch Schwemmwasser pumpfähig gemacht Nach der vorgenannten USA.-Patentschrift wird da: Ladegut durch ein von oben in den Laderaum cinge führtes Saugrohr abgepumpt, cias von einer, als Sump bezeichneten und mit Durchbrechungen versehener hohlen zylindrischen Säule umgeben ist. Dabei ist eine Mitwirkung von Schwemmwasser vorgesehen, das derr Ladegut von oben her zugeführt wird. Auf stark ver dichtete und vorher entsprechend aufbereitete Erzteil eher:, wie sie bei der vorliegenden Erfindung vorhander sind und während der Fahrt eine starre oder nahezi starre Erzmasse bilden, ist diese Einrichtung nicht gu anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ein richtung und das Verfahren der eingangs genannter Art so zu verbessern, daß eine sichere und besonder; gute Aufschlämmung der abgesetzten Erzteilchen η einem Brei pumpfähiger Konsistenz erzielt wird.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgesclila gene erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, daß die Erzteilchen im Bereich der Ansaug öffnung der Ladungspumpe zusätzlich durch Schall schwingungen losgerüttelt werden.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verf hrpns besteht darin, daß die Schallschwingungen im Freauenzbereich zwischen 90 bis 200 Hz liegen. Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlaene erfindungsgemäße Einrichtung auf einem Schiff ⁸-. _weRig_Stens einem wasserdichten Laderaum und "■ner"vorrichtung zum Aufschlämmen der Ladung sowie einer Ladungspumpe zum Löschen der aufgeschlämmten Ladung ist dadurch gekennzeichnet, daß m Bereich der Ansaugöffnung der Laaungspumpe Wasserstrahidüsen _zum Aufschlämmen und ein Schallerzeuger zum Losrütteln der abgesetzten Ladung angeordnet sind.

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist der Schallerzeuger Vorrichtungen zur veränderlichen Einstellung der Ausgangsfrequenz und zur Einstellung einer maximalen Rüttelkraft auf.

Der hier verwendete Ausdruck »Erzteilchen« soll verschiedene Erze, aufbereitete Erze unH Erzkonzentrate in der Form von Teilchen und in einer Größe oder innerhalb eines Korngrößenbereichs bezeichnen, der bei Vermeiigung der Erzteilchen mit Wasser die Herstellung einer pumpfähigen Aufschlämmung ermöglicht, die nach dem Absetzen der schweren Erzteilchen infolge der Schwerkraft eine kompakte und verfestigte Masse bildet. Wenn diese Erzteilchen anschließend den in einem Schiff auftretenden Bewegungen und Erschütterungen ausgesetzt sind, so nehmen diese abgesetzten Erzteilchen eine nahezu undurchdringliche oder undurchlässige Form an und bilden eine kompakte Erzmasse, deren Eigenschaften denen eines Feststoffes entsprechen. Diese verdichtete Erzmasse zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß sie der erneuten Überführung in eine Suspension einen hohen Widerstand entgegengesetzt. Sie stellt ein nicht fließfähiges, im wesentlichen wasserundurchlässiges Material dar, dessen Beschaffenheit der Feinheit der Erzteilchen, deren Korngröße innerhalb eines Teilchenbereichs liegt, der das Ausfüllen von Hohlräumen ermöglicht, in Verbindung mit der hohen Dichte zuzuschreiben ist.

Rohrleitungen und Pumpsysteme für die Aufschlämmung sind in geeigneter Weise angeordnet und dienen dazu, die Aufschlämmung beim Löschen aus dem Schiff herauszupumpen. Die Anordnung der Rohrleitungen kann in weiten Grenzen variieren, und die Rohrleitungen beispielsweise zu einer von der Küste entfernt gelegenen Anlage geführt sein, welche in ähnlicher Weise wie die für Großtanker verwendeten Offshore-Ölleitungszapfstellen beschaffen ist.

Im weiteren wird die vorliegende Erfindung beispielsweise und an Hand der Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Arbeitsplan des Arbeitsprozesses bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, .

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines zur Ausführung der Erfindung geeigneten Schiffes,

F i g. 3 eine Querschnittsansicht eines Schiffsladeraums entlang der Linie 3-3 der F i g. 2 mit einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.4 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 4-4 der F i g. 3 und

F i g. 5 eine der F 1 g. 3 entsprechende Querschnittsansicht durch einen Schiffsladeraum mit einer weiteren f>5 Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In F i e. 1 ist cm schematischer Arbeitsplan des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In Verfahrensschritt Π werden die Erzteilchen auf bekannte Weise aufbereitet und auf eine zur Ausbildung einer Aufschlämmung geeignete Größe zerkleinert. Für Magneteisensteinkonzentrat (Magnetit) ist beispielsweise eine Teilchengröße von 75% unter 44 μ (325 mesh) ausreichend. Eine bestimmte Wassermenge wird zugesetzt und mit den aufbereiteten Erzteilcher. in Verfahrensschritt 12 zu einer pumpfähigen Aufschlämmung vermengt, die einen hohen Feststoifanteil enthält, wobei die zugeführte Wassermenge in bestimmten Grenzen gehalten wird, damit später so wenig wie möglich Wasser entfernt werden muß. Es hat sich gezeigt, daß für eine Magnetit/Wasser-Aufschlämmung ein Feststoffgehalt von etwa 70% oder weniger für den gewünschten Zweck ausreicht und der Feststoffgehalt bis zu 80% betragen kann. Oberhalb dieses Bereiches wird die Fließfähigkeit unzureichend, und von etwa 90% Feststoffanteil an beginnt sich die Magnetit/Wasser-Aufschlämmung wie ein Feststoff zu verhalten.

In Verfahrensschritt 13 wird die Aufschlämmung durch geeignete Rohrleitungen in die Laderäume eines Schiffes gepumpt. Diese Rohrleitungen können biegsam ausgeführt sein, so daß sie über unebenes Gelände hinweg oder unter Wasser verlegt werden können, wie nachstehend ausgeführt wird. In den Laderäumen läßt man die Aufschlämmung sich absetzen (Verfahrensschritt 14), wobei ein oberer Anteil oder eine obere Schicht von im wesentlichen klarem, überschüssigem Wasser gebildet wird, die einen abgesetzten und stärker konzentrierten Feststoffanteil überlagert. Die Wasserschicht wird dann in Verfahrensschritt 16 abgezogen, indem sie von der Oberfläche der abgesetzten Erzmasse abgepumpt wird.

Zur Förderung der Verdichtung und des Absetzens der Aufschlämmung können Schallschwingungen zum Einsatz gebracht werden (Verfahrensschritt 17), und die Frequenz dieser Schallschwingungen wird so gewählt, daß die Absetzgeschwindigkeit gesteigert wird. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Schritte des Ladens, Absetzens und Abpumpens von Wasser abwechselnd in einer bestimmten Reihenfolge zwischen verschiedenen Laderäumen oder nacheinander in ein und demselben Laderaum auszuführen, wobei das Wasser entfernt wird, um die Trimmlage des Schiffes und die Frachtverteilung unter Kontrolle zu halten.

Nach dem Laden, der Verdichtung und dem Abpumpen des Wassers nehmen die abgesetzten Erzteilchen und das darin enthaltene restliche Wasser die Form einer sich im wesentlichen nicht verlagernden Fracht an, die dann in Verfahrensschritt IB zu einem Bestimmungsort transportiert wird. Während des Transportes bewirken die im Schiff auftretenden Erschütterungen, daß die Erzmasse in eine noch dichtere, kuchenförmige Form gebracht wird, die sich nur unter Schwierigkeiten in eine Aufschlämmung zurückverwandeln läßt.

Am Bestimmungsort werden die abgesetzten und verfestigten Erzteilchen durch Zugabe von Wasser und durch kräftiges Losrütteln in einer die Erzteilchen und Wasser enthaltenden Zone in eine breiige Aufschlämmung pumpfähiger Konsistenz übergeführt (Verfahrensschritt 19). Eine kräftige Losrütielung erfolgt in dieser Zone durch die Einwirkung von Wasserstrahlen hoher Energie zusammen mit Schallschwingungen, wobei die Rüttelkraft, die auf die Grenzfläche von Wasser und Erzmasse einwirkt, die Erzteilchen locken und erneut in einer Aufschlämmung suspendiert.

Die gleichzeitige Einwirkung von Wasserstrahlen

hoher Energie und von Schallschwingungen auf eine Zone von kuchenförmigem Material und Wasser scheint winzige Spalte zwischen den Erzteilchen hervorzurufen, in welche die Wasserstrahlen eindringen und das Auseinanderbrechen, Zusammenfallen und die allgemeine Auflösung des Kuchens verursachen, während die Schallschwingungen die Erzteilchen anschließend unter Bildung einer Aufschlämmung im Wasser dispergieren. Geeignete Vorrichtungen zum Abpumpen der Aufschlämmung an das Land sind in Verfahrensschritt 20 vorgesehen.

Die abgegebene Energie und die Frequenz der Schallschwingungen soll derart einstellbar sein, daß eine maximale Störung und Übertragung auf die abgesetzten Erzteilchen erreicht wird. Im allgemeinen liegt ein geeigneter Frequenzbereich zwischen etwa 90 bis 200 Hz, wobei sich jedoch auch v/eit außerhalb dieses Bereiches liegende Frequenzen verwenden lassen. Unter einem Flüssigkeitsdruck von etwa 14 kp/cm² stehende Wasserstrahlen liefern eine ausreichende Strömungsgesch windigkeit.

Eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Einrichtung ist in F i g. 2 bis 4 dargestellt und besteht aus einem Schiff 30 mit mehreren wasserdichten Laderäumen 31, 32 und 33, die durch Querschotten 34, Längsschotten 36, 37 und eine innere Bodenwand 38 gebildet sind. Ein Verteilersammeirohr 39 für die Aufschlämmung weist geeignete Ventile 41 auf, mittels welcher die durch ein Einlaß-/Auslaßrohr 42 zugeführte Aufschlämmung wahlweise in verschiedene Laderäume geleitet oder aus diesen abgeführt werden kann. Eine Wasserleitung 43 und eine Pumpe 44 sind vorgesehen und dienen zum Entfernen von Wasser von den abgesetzten Erzteilchen. Das in der Zeichnung dargestellte Schiff ist an einer geeigneten Offshore-Pumpstation 45 verankert, die mit unterhalb der Wasseroberfläche verlaufenden Rohrleitungen 46 verbunden ist. welche mit dem Rohr 42 verbunden werden, so daß keine herkömmlichen Häfen und Ladeeinrichtungen erforderlich sind. Das Schiff kann jedoch auch an herkömmlichen Hafenanlagen geladen und gelöscht werden.

Die zum Abpumpen der Aufschlämmung aus den Laderäumen vorgesehenen Vorrichtungen bestehen aus mehreren Senkgruben 50, die in F i g. 3 und 4 in weiteren Einzelheiten dargestellt sind. Jede Senkgrube besteht aus Seiten- und Endwänden, 52, 53, die mit der inneren Bodenwand verbunden sind und nach unten hin zu einem Grubenauslaßrohr 54 zusammenlaufen. Das Grubenauslaßrohr 54 steht über eine Ladungspumpe 55 mit dem Auslaßrohr 42 in Verbindung.

Die zum kräftigen Losrütteln der Erzteilchen und zur erneuten Ausbildung einer Aufschlämmung dienende Vorrichtung besteht aus einem Schallerzeuger 56, mit dem ein Schallübertragungselement gekoppel ist, das die Form einer Stange 57 mit scheibenförmigen Querrippen 58, 59, 60 aufweisen kann, die in Abständen entlang der Stange 57 angeordnet sind und dazu dienen, die Übertragung der mechanischen Schwingungen oder Erschütterungen auf die das Schallübertragungselement umgebende Zone 61 zu verbessern. Zweckmäßigerweise befindet sich der Schallerzeugerantrieb 56 unmittelbar unterhalb einer Grubenauslaßrohrleitung 54, und das Schallübertragungselement ist durch die Auslaßrohrleitung hindurch nach oben in die unmittelbar darüber befindliche Zone 61 geführt. An den Wanden der Senkgrube sind mehrere Wasserstrahldüsen 62 befestigt und so ausgerichtet, daß sie Wasserstrahlen hohen Druckes in die Zone 61 richten können, so daß auf die innerhalb dieser Zone befindliche Erzmassc Wasserstrahlen und eine Rüttelkraft durch Schallein wirkung gleichzeitig einwirken.

Während des Ladevorgangs wird die Aufschlämmung von der Pumpstation 45 an Bord des Schiffes gepumpt, wobei man sie sich absetzen läßt, so daß eine oben liegende Schicht überschüssigen Wassers entsteht. Dann wird die Wasserschicht vermittels der Was serpumpe 44 und der Leitung 43 abgepumpt, so daC eine im wesentlichen feste, sich nicht verlagernde Erz masse übrigbleibt, die zum Bestimmungsort transpor tiert wird.

Während des Löschvorgangs wird der Schallerzeugerantrieb 56 betätigt und versetzt das Schallübertragungselement 57 in Schwingungen oder Erschütterungen, wobei gleichzeitig das benötigte Wasser durch die Wasserstrahldüsen 62 zugeführt wird. Falls erforderlich, kann von oben her zusätzlich Wasser zugefühn werden. Die verdichteten Erzteilchen innerhalb dei Zone 61, wo die Rüttelkraft auf sie einwirkt, werden ir eine Aufschlämmung suspendiert, die in die Senkgrube und das Einlaßrohr der Ladungspumpe 55 abläuft. Da die in der Zone 61 der Einwirkung der Rüttelkraft be findlichen Erzteilchen infolge der Brückenbildung dei verdichteten Erzteilchen in der darüberliegenden Zone nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne erschöpft scir können, ist es wünschenswert, nicht nur die Wasser strahldüse 62, sondern auch zusätzliche Hochdruck Wasserwerfer 63 auf dem Deck des Schiffes vorzuse hen, die in den Laderaum gerichtet sind, diesem zusatz lieh Wasser zuführen und gleichzeitig verdichtete Erz teilchen ablösen, die damit in die Nachbarschaft dei Senkgrube bewegt werden.

Obwohl in der dargestellten Ausführungsform di< Einwirkung von Schallschwingungen mittig oberhalt einer Senkgrube erfolgt, die unmittelbar unterhalb dei Erzmasse angeordnet ist. die sich auf der innerer·. Bo denwand des Lagerraumes befindet, können auch ande re Ausführungen verwendet werden. Beispielsweise kann der Schallerzeuger an anderen Stellen in der un mittelbaren Nähe einer Senkgrube angeordnet unc derart eingestellt sein, daß seine Energieabgabe maxi mal an der Senkgrube erfolgt, oder der ganze Vorganj kann von oben her mittels geeigneter Entnahme- ode Kreiselpumpenvorrichtungen erfolgen. Die letzter« Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt, in welche eine Ladungspumpe 70 an dem unteren Ende 71 eine: hydraulisch betätigten Gelenklastträgers 72 eingebau ist An dem Ende 71 sind zusätzlich zu den Wasser strahldüsen 75 ein Schallübertragungselement 73 un< ein Schallerzeugerantrieb 74 in ähnlicher Ausführunj angebracht, wie bereits beschrieben wurde. De Schallerzeugerantrieb 74 und die Wasserstrahldüsen 7! weisen eine derartige Anordnung auf, daß sie eine un mittelbar unterhalb des unteren Endes des Gelenklast trägers 72 liegende Zone 76 durchrütteln können, un die in der Nähe der Pumpe befindlichen Erzteilchei erneut in Suspension zu bringen. Diese Anordnung ar beitet an der Oberfläche der abgesetzten Erzteilchei innerhalb eines Bereichs, in welchem freies Wasser zu Verfügung steht, so daß bei der Bewegung des Gelenk lastträgers 72 die in der unmittelbaren Nähe eine Schallübertragungselementes befindlichen, verdichte ten Erzteilchen erneut in Suspension gebracht werdei und durch die Ladungspumpe 70 abgepumpt werdei können.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ei; neues und praktisches Verfahren und eine Einrichtun:

zur Handhabung und zum Transport von Erzen geschaffen, welche ein schnelles und wirtschaftliches Laden und Löschen in der Form einer Aufschlämmung gestatten. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung eignen sich für einen vollständigen Aufschlämmungsvorgang auch bei schwierigen Feststoffen, wie z. B. verdichtete Erzmassen od. dgl.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Laden und Löschen von Erztransportschiffen, bei dem das zu befördernde Erz in einer zum Aufschlämmen eines pumpfähigen Breies oder Schlammes geeigneten Partikelgröße zerkleinert und mit Wasser versetzt in den Schiffsladeraum gepumpt, dort sich absetzen gelassen und die über den abgesetzten Erzteilchen gebildete, überschüssige Wasserschicht abgepumpt wird, worauf das Schiff mit der abgesetzten, verfestigten Erzmasse als praktisch nicht verschiebbarer Ladung mit nur geringfügigem Wasseranteil an seinen Bestimmungsort gefahren und dort in der Weise entladen wird, daß Wasserstrahlen von ausreichendem Druck im Bereich der Ansaugöffnung der Ladungspumpe in die verfestigte Masse gerichtet werden, um aus dieser wieder einen pumpfähigen Schlamm zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzteilchen im Bereich (61) der Ansaugöffnung der Ladungspumpe (55, 70) zusätzlich durch Schallschwingungen losgerüttelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallschwingungen im Frequenzbereich zwischen 90 und 200 Hz liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallschwingungen auch zur Förderung des Absetzens der Wasser/Erz-Aufschlämmung beim Beladen des Schiffes angewendet werden.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf einem Schiff mit wenigstens einem wasserdichten Laderaum und einer Vorrichtung zum Aufschlämmen der Ladung sowie einer Ladungspumpe zum Löschen der aufgeschlämmien Ladung, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich (61 oder 76) der Ansaugöffnung der Ladungspumpe (55 oder 70) Wasserstrahldüsen (62 oder 75) zum Aufschlämmen und ein Schallerzeuger (56 bis 60 oder 73 und 74) zum Losrütteln der abgesetzten Ladung angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er Schallerzeuger (56 bis 60 oder 73 und 74) Vorrichtungen zur veränderlichen Einstellung der Ausgangsfrequenz und zur Einstellung einer maximalen Rüttelkraft aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungspumpe (70), die Wasserstrahldüsen (75) und der Schallerzeuger (73 und 74) am unteren Ende (71) eines Gelenklastträgers (72) angeordnet sind, der innerhalb des Laderaums beweglich geführt ist.