DE2363048A1

DE2363048A1 - Vorrichtung zum foerdern von am meeresgrund befindlichen mineralien

Info

Publication number: DE2363048A1
Application number: DE2363048A
Authority: DE
Inventors: Arthur Francis Sullivan
Original assignee: Vale Canada Ltd
Current assignee: Vale Canada Ltd
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-04
Also published as: CA994819A; FR2211587A1; JPS572879B2; GB1405997A; JPS49101202A; FR2211587B1; US3802740A

Description

DipL-lng. H. Sauerland · Dr.-!no. R. König · Diph-ing. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf ao ■ Gecilienallea 76 ■ Telefon 433732

18. Dezember 1973 29 079 K

The International Nickel Company of Canada Limited, Copper Cliff, Ontario, CANADA

"Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen

Mineralien"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen Mineralien.

Es ist bekannt, daß Manganknollen in unterschiedlichen Mengen in oder auf dem Grundschlamm der Weltmeere lagern. Im allgemeinen können Manganknollen als kugelartige oder ellipsoide Teile aus einem festen Material bloßgelegt werden, die bis etwa zur Hälfte ihrer Durchmesser in feinem Lehm- bzw. Tonschlamm eingebettet sind. Obwohl die Natur und das Verhalten des unzerstörten bzw. unbeeinflußten Schlamms nicht bekannt sind, zeichnen sich einige Meeresböden mit solchen Knollen durch ein weiches, klebendes und zähes Bett aus feinem Lehm- bzw. Tonschlamm aus, der zumeist aus Teilchen mit einer Größe von etwa ein bis zwei L^m besteht.

Das Aufnehmen bzw. Sammeln von Manganknollen oder ähnlichen Mineralien aus großen Tiefen von beispielsweise 1.500 bis 5.000 m oder mehr, bereitet große Schwierigkeiten. Nach welchem Verfahren auch immer die Stoffe tatsächlich gefördert werden, es ist höchst wünschens-

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wert, eine Vorrichtung zu benutzen, die nicht nur zum Sammeln'dient, sondern auch eine Konzentration-herbeiführt. Das bedeutet, daß der größte Teil des Schlamms vor dem Fördern entfernt wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit in der Schaffung einer Vorrichtung, die am Meeresboden arbeiten kann sowie ein Sammeln und Konzentrieren der Mineralien ermöglicht, ohne daß zu viele komplizierte elektrische oder anders energiebetriebene Teile erforderlich sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die über den Meeresboden geschleppt oder in anderer Weise, beispielsweise durch Antriebsbahnen bzw. -schienen bewegt wird. Dabei werden die Oberfläche des Meeresbodens eingeebnet, und die Manganknollen bzw. Mineralien in den Schlamm gedrückt« Anschließend wird die obere Schicht abgeschält sowie nach oben geführt, wobei der Schlamm von den gesammelten Mineralien abgespült wird. Die konzentrierten Mineralien werden über eine Leitung zu einem Schleppschiff oder zu einem getrennt geschleppten Träger gefördert. Die konzentrierten Mineralien körn? m auch erneut auf den Meeresgrund geführt und von einer anderen Vorrichtung aufgenommen werden.

Mach der Erfindung geschieht dies mit einer Vorrichtung aus einem Körper mit einer nach vorn und oben geneigten Frontseite, mit einer flachen Unterseite und einem sich von der Rückseite nach oben erstreckenden Sammel- und Entladekanal, dessen Mündung zwischen der flachen Unterseite des Körperä und einem Schäl- bzw. Schneidmesser liegt, das unterhalb des Körpers, angeordnet ist und sich über die ganze Breite erstreckt. Um ein Austreten von Schlamm unter Zurückhaltung der Mineralien zu ermöglichen, ist die rückwärtige Wandung des Kanals mit öffnungen versehen. Nach dem Konzentrieren der Minera-

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lien sollen diese sofort zur Oberfläche gefördert werden. Vorzugsweise endet der Kanal in einer Gelenkverbindung zum Anschließen an eine Leitung, durch die die Stoffe zum Schleppschiff oder -träger gefördert werden.

Es sollte so viel Schlamm wie möglich aus dem Kanal entfernt werden, wozu die' vordere Wandung des Kanals vorzugsweise Öffnungen zum Eintreten von Wasser aufweist, um den Schlamm durch die Öffnungen in der rückwärtigen Wandung auszuspülen. Das Spülwasser kann in einfacher Weise durch die Bewegung der Vorrichtung über den Meeresboden durch die Öffnungen in der vorderer Wandung des Kanals gedrückt werden, vorzugsweise wird es jedoch durch ein angetriebenes Flügelrad bzw. ein Schaufelrad in die Öffnungen gedrückt. Dieses befindet sich in einem Kanal, dessen Mündung zum Wasser hin bzw. nach außen offen ist und dessen anderes Ende aus dem Teil der vorderen Wandung des Kanals besteht, in dem sich die Öffnungen befinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen? Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schleppvorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch die Mündung des Sammelkanals in vergrößerter Darstellung, Fig. 5 eine abgewandelte Form der Vorrichtung in

Draufsicht,
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5

und
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig.

Die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung 10 befindet sich

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im Schlepp eines Schiffs 11 tfosr- ©in© Schleppleine 12j sie besteht im wesentlichen -ans <3in©a Körper 13 ^i t einer flachen Unterseite mifi einer nach oben und vorn© geneigten Vorderseite 14= Mi der Rückseite erstreckt sich unten ein Schälmesser 15₃ das mit äer Unterseite des Körpers' 13 verbunden ist uad An die rückwärtige Wandung eines Sammelkanais 16 übergehtο Der größte Teil dieser rückwärtigen Wandung bestellt a^s einem Sitter 27 _s -das vorzugsweise aus eine® Keil·= oeLer Saateaäralit besteht«, wobei die öffnungen des Gitters zum laichten Freigeben des Schlamms groß genug und zum Zurückhalten d®r gewünschten Mineralien eng genug sind, D@r- äffi'sl 16 steigt an, setzt sich nach vorne fort und -/©r.jüng-]; 3ieli_s um in ein©? Kugel- ' oder Gelenkverbinäung 17 ^u @nden₀ Halle seinem lade r-uht der Kanal 16 auf einer Stilts® 18, Die lugelverbiadmig dient zum Verbinden des Kanals mit einer- För-d©r-Xsitung 19, die mit dem Schiff 11 verbiindsn ist und sine Pumpe 20 zum Hochpumpen des Wassei^s und der Mineralien enthält.

Ein Kanal 21 zum Zuf-uhren von Spülwasser in den Kanal befindet sich auf dem Körper 13 alt seiner Mündung in einer selchen Höh¹? isb®r der Yörderssite 14, daß in diesen Kanal Wasser eindri&gea kaon, das weitgehend frei von Schlamm ist. Dieser Eanal 21 endet in der vorderen Wan-: dung des Kanals 16 und enthält einen von einem Elektromotor 23 angetriebenen Propeller 22. Die Energie für den Motor wird vom. "Schiff über ©in ICafeel 24 zugeführt.

Der Meeresboden besteht aus ichlasm 25 und darauf oder teilweise darin lagernden Mangsnknollen 26. Da die Vorrichtung nach vorne geschlappt wird, ist die Wirkung der Vorderseite 14 wesentliche Bis Vorderseite 14 ist gemäß Darstellung in einsr- leichten Kurve nach oben geneigt, wodurch die Bewegung der Vorrichtung über den Meeres-

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boden erleichtert wird. Mit der flachen Unterseite des Körpers 13 werden die Manganknollen in den Schlamm gedrückt, so daß sie in einer kompakten Oberflächenzone mit glatter Oberfläche eingebettet sind und beispielsweise bis 10 cm "tief liegen. Ein weiterer Vorteil der hochgebogenen Vorderseite besteht darin, daß die Gefahr einer wandernden Bugwelle aus Schlamm an der Vorderseite des Fahrzeugs minimal ist.

Um die optimalsten Ergebnisse zu erzielen, sollte das Gesamtgewicht auf den Meeresboden einen Druck von 1,7 bis 6,9 · 10^ "N/m² ausüben. Die Vorderkante des Schälmessers 15 sollte gegenüber dem Schwerpunkt der Vorrichtung nach hinten versetzt sein. Um das Trennen des Schlamms und der Mineralien zu erleichtern, sollte der Schlamm so flüssig wie möglich sein. Wenn der Schlamm thiotrope Eigenschaften besitzt, wird er durch den Druck der Vorrichtung bis zu einem gewissen Grad verflüssigt. Die Verflüssigung des Schlamms wird durch das Wasser verstärkt, und die Bewegung der Vorrichtung über den weichen Schlamm kann zu einer Druckverminderung zwischen der Unterseite des Körpers und dem Schlamm führen. Unter Ausnutzung dieser Tatsache befinden sich im Körper 13 öffnungen 28 für den Durchtritt von Wasser nach unten zur Grenzfläche.

Das Schälmesser 15 ist mit dem Körper auf jeder Seite durch Platten 29, die einen Teil der Seitenwandung des Kanals 16 ausmachen, und über seine gesamte Transversallänge durch vertikale Eckbleche verbunden, die soweit voneinander entfernt sind, daß sie ein Gitter bilden, durch das unerwünschte große Stücke von Mineralien nicht hindurch können. Die Ecken,30 können aus Platten gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 2 oder aus Stäben bestehen.-Die Abstände zwischen den Ecken sowie

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zwischen der Unterseite des Körpers und dam Schälmesser sind durch die Stückgröße der zu sammelnden Mineralien bestimmt; im allgemeinen betragen diese Abstände jeweils etwa 8 cm. Die Vorderkanten der Eckbleche 30 sind hinten nach unten geneigt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Daher werden übergroße Stüoke oder Schlammansammlungen, Schmutz und Schutt nach unten gestoßen. Dies unterstutzt ferner die Vorrichtung beim Übergleiten eines festen Hindernisses.

Das Schälmesser 15 bildet den Boden des Kanals 16 und ist gemäß Fig. 3 hinter der Eintrittsöffnung nach oben abgebogen, so daß das Schälmesser in den gebogenen Teil der rückwärtigen Wandung des Kanals übergeht, obwohl das Schälmesser auch als separates Teil ausgebildet und dann mit dem gebogenen Teil der Wandung verbunden sein kann. . .

Die dichtgepaekte Schicht aus Schlamm und Mineralien wird bei der Vorwärtsbewegung der Vorrichtung abgeschält und im Kanal 16 hochgefördert. Mit dem durch den Kanal 21 vom Propeller 22 angesaugten Wasser wird der Schlamm ausgespült. Die üifeidung des Kanals. 21 kann 1,2 m oder mehr über dem Körper 13 liegen. Der.Kanal 21 ist in einem Kopfteil 290 an der Druckseite des Propellers 22 vergrößert; die rückwärtige Wandung dieses Kopfteils 290 bildet gleichzeitig die Frontwandung des Kanals 16. öffnungen 31 in dieser Wandung wirken als Injektordüsen, die das Spülwasser nach oben gegen das Gitter 27 leiten, so daß der Schlamm durch das Gitter ausgespült wird. Die Mineralien und der Restschlamm werden durch den Kanal 16 gefördert. An der Oberseite des verjüngten Kanalteils befindet sich ein weiteres Gitter 32, durch das ein Teil des Restschlamms ausgespült wird.

lin weiteres Ausspülen des durch den Kanal 16 nach oben . gelangenden Schlamms wird durch einen nach unten gerichteten Wasserstrahl erzielt, der aus einer Düse 33 aus-

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tritt, die in der Bodenwandung des Kanals 21 an der Druckseite des Propellers unmittelbar über der lintrittsöffnung des Kanals 16 angeordnet ist.

Es kann sich als notwendig erweisen, die Eintrittsöffnung des Kanals 16 zu schließen oder das Gitter von eingegangenem bzw. verklemmtem Material zu befreien. Dies kann mit einem angetriebenen Kamm geschehen, der aus einer Ruhestellung bewegt und mit seinen Zähnen die öffnungen zwischen den Eckblechen verschließen oder durch die öffnungen zum Zwecke ihrer Reinigung hindurchgreifen kann. Ein solcher Kamm ist in Fig. 4 dargestellt und besitzt Zähne 34, die mit dem Körper 13 "/©rschachtelt und auf einer Welle 35 sitzen. Der Kamm kann hin- und herbewegt werden, um die Zahne gemäß den gestrichelten Linien in Fig. 4 zwischen die Eckbleche zu bewegen. Der Bewegungsantrieb des Kamms kann aue einem nicht dargestellten Hydraulikkolben bestehen, der vom Schiff aus- elektrisch gesteuert wird.

Eine etwas einfachere Ausführung der srfindungsgemäßen "Vorrichtung ist in Fig, 5 bis 7 dargestellt. Hierbei fehlt der Propeller und dessen Motor. Zusätzlich sind Schenkelteile des Schermessers und- des Sammelkanals vom rechtwinkligen Verlauf ausgehend zur Längsrichtung des Körpers geneigt. Im einzelnen weist ein Körper 40 eine nach oben gebogene Vorderseite 41 auf und trägt ein aus drei Teilen bestehendes Schermesser mit einem zentralen Teil 42 rechtwinklig zur Längsachse des Körpers und zwei in Richtung zur Längsachse nach vorne geneigten Schenkelteilen 43. Ein Sammelkanal 49 erstreckt sich nur über die Breite des Teils 42 nach oben, während der Kanal längs jedes Schenkelteils 42 einfach einen Horizontalkanal bildet. Die rückwärtige Wandung der Kanäle besteht aus einem Gitter 44 aus durch Bänder oder

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Zwischenglieder 45 verbundenem Keil= oder Kantendraht. Der von den Schenkelteilen abgeschält® Schlamm mit Mineralien wird innen horizontal in Richtung zum zentralen Teil 42 des Kanals bewegt-, von wo er nach oben fließt In diesem zentralen Teil besteht die rückwärtige Wandung aus dem Gitter kk₉ 45? durch Öffnungen 46 und 47 tritt Spülwasser ein,, um den Schlamm durch das Gitter auszuspülen. Das Schälmesser und der untere Teil des Sammelkanals können in bezug auf -die Unterseite der Vorrichtung vertikal verstellbar sein, so daß die Mächtigkeit der durch das Schälmesser abgeschälten und aufgenommenen Schicht eingestellt ΐίβκΐ'ΐτι ksiia_e

Während die Vorrichtung in er-stsr Lini© für die Gewinnung von Manganimollen, bestimmt ist-, !sann sie auch zur Gewinnung anderer Materialien beispielsweise von Phosphaten verwendet werden.,

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Claims

The International Nickel-Company of Canada Limited, . Copper Cliff, Ontario, CANADA Patentansprüche t

1. Vorrichtung zum Fördern von am Meeresgrund befindlichen Mineralien, gekennzeichnet durch einen Körper (13) mit einer nach vorn und oben geneigten Frontseite (14), einer flachen Unterseite und mit einem sich von der Rückseite nach oben erstreckenden, mit AustrittsÖffnungen (27) versehenen Sammelkanal (16), dessen Mündung zwischen der Unterseite und einem Schälmesser (15) liegt, das unterhalb des Körpers angeordnet ist und sich über dessen ganze Breite erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (16) über eine Gelenkverbindung (17) mit einer Förderleitung (19) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz ei c h -η e t , daß die vordere Wandung des Sammelkanals (16) Einlaßöffnungen (31) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch ge- . kennzeichnet, daß die vordere Wandung des Sammelkanals (16) eine Öffnung für einen Spülwasserkanal (21) aufweist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Spülwasserkanal (21) ein angetriebener Propeller (22) angeordnet ist»

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet^ daß die Mündung des Spülwasserkanals (21) im Abstand über der Vorderseite (14) des Körpers (13) liegt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schälmesser (15) mit dem Körper (13) über vertikale, ein Gitter bildende Eckbleche (30) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseiten der Eckbleche (30) nach hinten und unten geneigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet' durch einen angetriebenen Kamm (34, 35) > dessen Zähne mit den Öffnungen zwischen den Eckblechen (30) korrespondieren.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schermesser- und Schenkelteile (43) des Sammelkanals (47, 49) vom rechtwinkligen Verlauf ausgehend zur Längsachse des Körpers nach vorne geneigt sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein einem Bodendruck von 1,7 bis 6,9 · 10·³ N/m entsprechendes Gesamtgewicht.

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