DE2434411A1 - Verfahren und vorrichtung zum foerdern von knollenablagerungen vom meeresboden - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum foerdern von knollenablagerungen vom meeresbodenInfo
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Description
410-22.917P 17. 7. 1974
Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von Knollenablagerungen
vom Meeresboden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fördern
von· Knollenablagerungen od. dgl. vom Meeresboden, bei dem am Meeresboden ein Sammelfahrzeug an eine gewählte Stelle gebracht wird,
das die Knollen durch Mischen mit einer zu ihrem Waschen und ihrem Transport an die Oberfläche notwendigen Wassermenge fördert, eine erste
Zerkleinerung der Erze durchgeführt wird, ein Ansaugen der Mischung aus Knollen und Wasser durch Injektion von Luft in ein Baggerrohr hervorgerufen
wird und die Mischung in Erzfrachter an der Oberfläche eingesammelt wird.
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Die Khollenablagerungen oder auch die Knollen, die man vom
Meeresboden gewinnen will, sitzen in verschiedenen Tiefen fest. Sie
enthalten im wesentlichen Mangan und auch andere Metalle, wie Eisen,
Nickel, Molybdän, Kobalt und Kupfer. Sie bilden daher eine unerschöpfliche, sehr gesuchte Erzquelle, und zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen
zum Abbau wurden daher schon entwickelt.
Verschiedene dieser Verfahren verwenden Pumpen, die eine Mischung aus Knollen und Meerwasser in ein Gehäuse saugen und die
Knollen in die Laderäume eines Erzfrachters fördern.
Andere Verfahren verwenden einen Hochförderer, der auf der Injektion
von Luft in das die hochzufördernde Mischung enthaltende Rohr beruht. Die erzeugten Luftblasen machen die Mischung leichter und reißen
sie in die Hochförderleitung mit, als ob es ein Pumpen wäre.
Gemäß einem anderen verwendeten Verfahren wird die Mischung in ein Gehäuse unter Druck zur Meeresoberfläche verdrängt, jedoch erfordert
dies die Verwendung einer Schleusenkammer, um die Knollen auf Umgebungsdruck zu bringen, was das Verfahren kompliziert.
Die Untersuchung des Hochförderns mittels Injektion von Luft hat zu folgenden Ergebnissen geführt:
Entsprechend dem Hochfördern an die Oberfläche nimmt das Luftvolumen
zu wegen der Druckverminderung, und diese Zunahme ist sehr bedeutend bei den letzten Metern des Hochförderns, wobei sich das Volumen
bei den letzten zehn Metern verdoppelt'.
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-Es gibt darüber hinaus einen Grenzwert der Luftmenge, über der
sich die Art des Abfließens ändert. Ausgehend von diesem Grenzwert
ruft jede Zunahme der Luftmenge einen immer geringer werdenden Beitrag zum Pumpen hervor und schafft so einen Energieverlust.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt die Mischung in einen zum Meer offenen und im Inneren
einer Regel- und Lagerstation vorgesehenen Trennraum geführt wird, wobei der Druck gleich dem Druck des Meeres in der Eintauchtiefe gehalten
wird, die mehr als 100 m erreichen kann, und die Luft der Mischung
unter einem dem Druck der Eintauchtiefe entsprechenden Volumen eingesaugt wird, um es wieder in das Baggerrohr mittels eines Überdruck-Verdichters
zu injizieren, und daß in einem zweiten Schritt die Knollen zum Einsammeln von der Luft getrennt zur Oberfläche gesaugt werden.
Um z.B. das Einsammeln der Mischung in einer Tiefe von 40 m
durchzuführen, ist nachweisbar, daß für ein Luftvolumen V , das von
der Meeresoberfläche bis in eine Tiefe von 3000 m injiziert wird, das
entspannte Volumen bei 40 m 60 V beträgt, während es an der Wasseroberfläche
300 V beträgt. Es wird deshalb ein Entspannungsfaktor erhalten,
der 5mal geringer ist als bei direkt an der Oberfläche erfolgendem
Einsammeln.
Eine Vorrichtung zum Steuern und Lagern zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch im wesentlichen einen am Boden
zum Meer hin offenen Trennraum mit einer Trennkammer, bei der eine
Zuführleitung für eine zu trennende Mischung aus Knollen, Wasser und
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Luft in eine Trenneinrichtung mündet, die die Knollen in einem Lagerbereich
zurückhält, und einen Überdruck-Verdichter, der einerseits
das Ansaugen und das Umwälzen der hochgeförderten Luft und andererseits die Injektion von Luft in mindestens einen Emulgierer ermöglicht,
der an einem Rohr zum Hochfördern der Mischung vorgesehen ist.
In dem Trennraum ist ein Lagerbereich für die Knollen vorgesehen, deren Ansaugen oder Fördern an die Oberfläche durch eine Ladepumpe
ermöglicht wird.
Durch ein derartiges Führen der Mischung in den Trennraum unter einem Druck, der höher als Atmosphärendruck ist, wird die Luftentspannung
vermindert und so der bedeutende Energieverlust vermieden,
der mit den herkömmlichen Verfahren des direkten Transports an die Oberfläche durch Injektion von Luft verbunden war. Da das Innere des
Trennraums auf dem gleichen Druck ist wie der des ihn umgebenden Wassers, muß sein Aufbau nicht zum Widerstehen der verschiedenen
wichtigen Differenzdrücke vorgesehen werden, und es ist nicht notwendig, eine Schleusenkammer für das Fördern der Mischung an die Oberfläche
vorzusehen. -.
Eine Rohrleitung kann die Vorrichtung mit der Oberfläche zur Versorgung
mit zusätzlicher Luft verbinden.
Die Vorrichtung ist mit einem Sammelfahrzeug mittels eines Rohrs verbunden, das aus Rohrteilen besteht, die jeweils durch Ineinandergreifen
miteinander verbunden sind. Dieses Rohr ist mit dem Sammelkopf bzw. -fahrzeug durch ein Gelenk verbunden.
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Ein Ballast ermöglicht eine gute waagrechte Ausrichtung des Rohrs zumindest entlang des Schlauches, in den die Luft injiziert wird.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung,
Fig. 2 genauer schematisch die Anordnung der Rohrteile, die mit dem senkrechten Baggerrohr verbunden sind,
Fig. 3 das geneigte Baggerrohr und seine Verbindung mit dem
Sammelfahrzeug.
In der Gesamtanordnung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist eine Tauchstation 1 dargestellt, die an ihrem oberen Ende durch ein Rohr 2
mit einem Erzfrachter 3 und an ihrem unteren Ende durch ein Räum- oder Baggerrohr, das ein senkrechtes Rohr 4 und ein geneigtes Rohr 5
enthält, mit einem Sammelfahrzeug 6 verbunden ist.
Die Tauchstation 1, die zur Betriebssteuerung der verschiedenen Bauteile der Vorrichtung dient und insbesondere zum Lagern der aufgesammelten
Knollen, enthält einen Steuerraum 7, der auf Atmosphärendruck gehalten ist, mit einem Leitstand 9, von dem aus insbesondere
mittels Fernsehen das Verschieben des Sammelfahrzeugs 6 verfolgt und sein Verschieben gesteuert werden kann, und mit einer Energieerzeugungszentrale
oder einem Kraftwerk 10. Der Leitstand 9 ist mit einem Mannloch und einer Schleuse 11 versehen, um das 'Wiederauftauchen
und das Versorgen der Besatzung zu ermöglichen.
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Die Tauchstation 1 enthält ebenso einen Trennraum 8, der eine
wichtige Rolle spielt, und der nicht auf Atmosphärendruck ist, da er zum Meer zu über eine in seinem Boden vorgesehene Eintrittsöffnung
12 offen ist. Das Ausschütten der Mischung aus den vom Meeresboden geholten Knollen, dem Transportwasser und der Hochförderluft erfolgt
durch ein gekrümmtes Rohrteil 13, das in eine Trennkammer 14 oberhalb
eines den Durchtritt der Knollen verbundenen Gitters 15 mündet, das durch seine Neigung das Ansammeln der Knollen in einem Lagerbereich
16 erleichtert, während das Transportwasser wieder in das Meer zurückgeführt wird und die Hochförderluft oben in den Raum 8
über ein Filter 17 gedrückt wird, das über ein Rohr 18 mit einem Überdruck-Verdichter 19 verbunden ist, der Luft in das senkrechte
Rohr 4 über eine (nicht dargestellte) Leitung schickt. Eine Versorgungsleitung 20 ist in Höhe ihres Durchtritts durch eine Öffnung 21
im oberen Teil des Raums 8 gekrümmt. Ein an beiden Seiten der Öffnung 21 befestigter Träger 22 hält die Versorgungsleitung 20 senkrecht
bis zu ihrem Durchtritt durch eine Stütz-Boje 23, von wo sie sich in
die freie Luft über dem Meer öffnet. Die Versorgungsleitung 20 ist entlang
ihrer Länge biegsam, wobei sie die Verbindung zwischen dem Lagerbehälter und der freien Luft herstellt. Durch die Versorgungsleitung
20 wird einerseits die Luftversorgung des Leitstandes 9 und des Kraftwerks
10 und andererseits die notwendige Ergänzung für den Überdruck-Verdichter 19 erreicht, wegen der unvermeidbaren Verluste im Augenblick
der Trennung, durch verschiedene Lecks und durch den Verbrauch der Ballasteinrichtung.
Das ebenfalls am Träger 22 abgefangene biegsame Rohr 2 ist mit einer Ladepumpe 23 a verbunden, die auf einem über dem Lagerbereich
16 vorgesehenen Rahmen befestigt und mit einem Ansaugrohr 24 ver-
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sehen ist, dessen Kopf bis zum Grund oder Boden des Lagerbereichs 16 ragt, um ihn gegebenenfalls vollständig entleeren zu können. Das
biegsame Rohr 2 tritt auch durch die Boje 23 hindurch und wird an der Meeresoberfläche durch mehrere kleine Bojen 23 so abgestützt, daß
sein Ende 25 ständig zugänglich bleibt und am oberen Rand des Laderaums des Erzfrachters angeschlossen werden kann- Diese biegsame
Verbindung ermöglicht eine kontinuierliche Beladung des Frachters, selbst bei schlechtem Wetter. Die Förderhöhe der Ladepumpe 23 a ist
höher als die Pumpförderhöhe durch Injektion von Luft, um Unterbrechungen durch Wechseln der Frachter Rechnung zu tragen.
Das Aufsteigen und Absenken der Tauchstation 1 wird in bekannter
Weise durch Schrauben- oder Propeller motor en 26 und 26' zusammen
mit zwei Ballast-Tanks 27 ermöglicht, die im oberen Teil und an den Seitenteilen der Tauchstation 1 befestigt sind und deren Füllen und
Entleeren mit Wasser abhängig von der Lagerung der Knollen vom Leitstand 9 aus gesteuert wird.
Das Rohr 4 wird durch das Zusammenfügen von Rohrteilen 28 gebildet,
die in einer Reserve 30 gelagert sind. Das Absenken der Rohrteile 28 erfolgt durch einen Schacht oder Stutzen 31, der am Boden des
Raumes 8 angeordnet ist. Jedes Rohrteil 28 ist hohl und weist ein mit Außengewinde versehenes Ende 29 auf, das in die Innenbohrung am anderen
Ende eines folgenden Rohrteils 28' eingeschraubt werden kann. Es wird so der in Fig. 2 dargestellte Aufbau erreicht. Um ein Abfallen
des letzten mit den anderen Rohrteilen 28 verbundenen Rohrteils 28 in den Stutzen 31 zu vermeiden, ist dieses letzte Rohrteil 28 mit einem
Ringbund 32 versehen, der groß genug ist, um auf Rändern 33, 34 des Stutzens 31 ruhen zu können.
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Ein Ringbacken 35 kann an den Kopf eines Rohrteils 28 geführt werden und ermöglicht dessen Befestigung durch Verschrauben mit
einem anderen Rohrteil 28' oder mit einem versenkbaren Verbindungsglied
36. Drei Rohrteile 28 sind mit einem Emulgierer 37 versehen, der ein Ringgehäuse 38 aufweist, an das ein Eintrittsrohr 39 für heiße
Luft befestigt ist, das seinerseits mit dem Überdruck-Verdichter 19
verbunden ist, und in Höhe jedes Ringgehäuses 38 besitzt die Wand der Rohrteile 28 Öffnungen 40, die auf diese Weise Durchtrittsöffnungen
für die vom Leitstand 9 aus unter Druck injizierte Luft bilden. Das
versenkbare Verbindungsglied 36 wird durch Einwirken einer Teleskophaube 41 in Lage gehalten. Die Emulgierer 37 sind in verschiedenen
Tiefen angeordnet, um fortschreitend zu pumpen, wobei durch den obersten Emulgierer 37 begonnen wird.
Das Verbindungsrohr 5 zwischen dem Sammelfahrzeug 6 und dem Rohr 4 besitzt eine mittlere Dichte ähnlich dem des Wassers, um die
mechanischen Wirkungen herabzusetzen und um die notwendige Kraft zum Verschieben des Sammelfahrzeugs 6 zu verringern.
Das Rohr ist im allgemeinen aus Stahl und mit Schwimmkörpern
versehen. Ein Ballast 42 kann gegebenenfalls am Ende des Rohres 4 und
in einer Tiefe befestigt sein, die ein geeignetes Verschieben des Sammelfahrzeugs 6 ermöglicht, wobei das Rohr 4 so senkrecht wie möglich
gehalten wird. Wenn die Tauchstation 1 festliegt, kann das Sammelfahrzeug 6 einen Bereich von mehreren hundert Metern Amplitude überstreichen
bei einer Verbindung zwischen den Rohren 4 und 5, die etwa 1000 m über dem Boden angeordnet ist. Das Rohr 5 kann fest sein,
teleskopisch oder nicht oder auch gut elastisch. Das Sammelfahrzeug besitzt eine (nicht dargestellte) Fortbewegungseinrichtung oder einen
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Antrieb, durch den es in die beiden Richtungen bewegt werden kann.
Das Einsammeln der Knollen oder Ablagerungen erfolgt bei jeder der beiden Bewegungsrichtungen. Die Energie wird ihm über ein Stromkabel,
das mit dem Leitstand verbunden ist, zugeführt, von dem aus das Sammelfahrzeug 6 steuerbar ist. Das Sammelfahrzeug 6 ist mit
Einrichtungen versehen, durch die die Knollen eingesammelt, gewaschen oder gebürstet, möglicherweise zerkleinert und der Basis des
Hochförderrohres 5 zugeführt werden können. Die Knollenmenge wird vom Leitstand 9 aus geregelt durch Steuern der Geschwindigkeit des
Sammelfahrzeugs 6 oder durch Beeinflussen der Z erkleiner ung s menge
und der Transportmenge der Knollen im Sammelfahrzeug 6.
Für jede Lage der Tauchstation 1 überstreicht das Sammelfahrzeug
6 einen Gebiets streifen, der durch Zeichen 45 begrenzt ist. Es ist vorgesehen, Tausende von Tonnen täglich hochzufördern, und deshalb
erfolgt das Überstreichen des Gebietes durch das Sammelfahrzeug 6 durch Hin- und Hergehen, wobei die Tauchstation 1 sich langsam verschiebt,
wobei einem Weg gefolgt wird, der der Mittellinie der Transversalamplitude der Verschiebung des Sammelfahrzeugs 6 am Boden
entspricht. Das ermöglicht eine sehr kleine Geschwindigkeit für die Tauchstation 1 und einen geringen Energieaufwand zum Ziehen der Rohre
4 und 5.
Eine Regeleinrichtung 46 in Verbindung, mit Meßgeräten für die
Dichte der durch das Rohr 5 hindurchtretenden Mischung aus Knollen und Meerwasser steuert gegebenenfalls das Öffnen eines Ventils, um
ein Verstopfen des Rohres zu vermeiden, und um die Erzkonzentration
zu steuern.
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Selbstverständlich sind noch weitere Ausgestaltungen und Abwandlungen
möglich, z. B. kann der Hochförderer durch Injektion von Luft angeschlossen oder ersetzt werden durch eine herkömmliche Pumpe;
auch können die verschiedenen Einrichtungen nach Belieben, über elektrische,
mechanische oder hydraulische Verbindungen gesteuert werden.
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Claims (10)
1. Verfahren zum Fördern von Knollenablagerungen od. dgl. vom Meeresboden, bei dem am Meeresboden ein Sammelfahrzeug an eine gewählte
Stelle gebracht wird, das die Knollen durch Mischen mit einer zu ihrem Waschen und ihrem Transport an die Oberfläche notwendigen
Wassermenge fördert, eine erste Zerkleinerung der Erze durchgeführt wird, ein Ansaugen der Mischung aus Knollen und Wasser durch Injektion
von Luft in ein Baggerrohr hervorgerufen wird und die Mischung in Erzfrachter an der Oberfläche eingesammelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Schritt die Mischung in einen zum Meer offenen
und im Inneren einer Regel- und Lagerstation vorgesehenen Trennraum geführt wird, wobei der Druck gleich dem Druck des Meeres in der
Eintauchtiefe gehalten wird, die mehr als 100 m erreichen kann, und die Luft der Mischung unter einem dem Druck der Eintauchtiefe entsprechenden
Volumen eingesaugt wird, um es wieder in das Baggerrohr mittels eines Überdruck-Verdichters zu injizieren, und
daß in einem zweiten Schritt die Knollen zum Einsammeln von der Luft
getrennt zur Oberfläche gesaugt werden.
2. Vorrichtung zum Regeln und Lagern zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
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im wesentlichen einen am Boden zum Meer hin offenen Trennraum (8) mit einer Trennkammer (14), bei der eine Zuführleitung (13) für eine
zu trennende Mischung aus Knollen, Wasser und Luft in eine Trenneinrichtung mündet, die die Knollen in einem Lagerbereich (16) zurückhält,
und
einen Überdruck-Verdichter (19), der einerseits das Ansaugen und das
Umwälzen der hochgeförderten Luft und andererseits die Injektion von Luft in mindestens einen Emulgierer (37) ermöglicht, der an einem
Rohr (4) zum Hochfördern der Mischung vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Steuerraum (7) unter Atmosphärendruck mit einem Leitstand (9) und
einem Kraftwerk (10 ) .
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung ein Gitter (15) aufweist, das den Durchtritt
der Knollen verhindert und durch Schrägstellen das Ansammeln der Knollen in dem Lagerbereich (16) erleichtert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch das Absaugen der Knollen in einem Lagerbereich (16) des
Trennraumes (8) zur Oberfläche mittels einer Ladepumpe (23 a).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet
durch mit zwei Ballasteinrichtung en (27) versehene Motoren mit Schrauben (26, 26')·
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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet
durch eine Versorgungsleitung (20) für Luft von der Oberfläche.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels eines Hochförderrohres (4) und eines geneigten Rohres (5) die Verbindung zum Sammelfahrzeug (6) hergestellt
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus Rohrteilen (28) gebildet ist, die durch Ineinandergreifen
miteinander verbunden und durch einen Ballast (42) gehalten sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) am Sammelfahrzeug (6) mittels eines Gelenks
(44) in einer nahezu vertikalen Lage gesichert ist.
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