JP5222312B2

JP5222312B2 - マンガン団塊の採取装置と採取方法

Info

Publication number: JP5222312B2
Application number: JP2010023239A
Authority: JP
Inventors: 茂飯星; 秀博勝井
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-02-04
Also published as: JP2011162939A

Description

本発明は、マンガン団塊の採取装置と採取方法に関するものである。

大洋の海底に存在するマンガン団塊については、現在も国際的に調査、鉱区申請、採取装置の開発などが続いている。
しかしマンガン団塊は４千から６千メートルの大水深にあることから、その採取には技術的な障壁が高く、高コストとなっている。
たとえば我が国で国家プロジェクトとして研究開発がすすめられた採取方法は、マンガン団塊と土砂を同時に吸い込み、これを分離してマンガン団塊をスラリー化するために粉砕し、スラリー揚鉱するといった工程を要するものであった。（非特許文献１）
あるいは複雑な採鉱機械のシステムを深海底に応用したり、長大なパーツを採用した装置、システムも開発されている。（特許文献１）

特開昭５８−１３８９５号公報「国家プロジェクト「マンガン団塊採鉱システム」」：「資源と素材」１１２（１９９６）Ｎｏ.１４

前記したような従来のマンガン団塊の採取装置と採取方法にあっては、何れも複雑な装置、システムを採用しているために、大水深の現場で使用するには技術的信頼性に欠け、投資に対する採取量が経済的に成立していないのが現状である。

上記のような課題を解決するために、本発明のマンガン団塊の採取装置は天板、側板、前板を有孔板で構成した六面の函体と、函体外部に設け、ジェット水流を発生させる水流駆動源と、水流駆動源に設け、ジェット水流を函体の前後方向に向けて噴射させる前後のパイプと、水流駆動源に接続して函体内部に設けた配管と、函体内部の配管に設け、函体の後方に向けたジェット水流を形成する噴射口と、函体の移動方向前側下部に、移動方向に対して横断する方向に設けたスリットと、スリット後方に設けた掻き寄せ刃と、函体の一部に設けた開口自在の蓋とを備えることを特徴としたものである。
そして有孔板の孔の直径は１０ｍｍ以下、５ｍｍ程度に設定し、スリットの幅は１００ｍｍから２００ｍｍ程度に設定することができる。
また本発明の採取方法は、前記の採取装置を使用し、採取装置の前方牽引索を採鉱船で牽引してマンガン団塊を採取し、採取後の採取装置を、採鉱船とは別の母船に引き上げて回収するマンガン団塊の採取方法を特徴としたものである。
また本発明の採取方法は、前記の採取装置を使用し、採取装置の前方牽引索を採鉱船から引いて、掻き寄せ刃で掻き寄せた海底表面の土砂とマンガン団塊をスリットから函体内に導入し、函体内のジェット水流で函体内の後方へ送る過程で土砂とマンガン団塊を分離し、その後函体を採鉱母船に引き上げて蓋を開扉してマンガン団塊を採取する方法を特徴としたものである。

本発明のマンガン団塊の採取装置と採取方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞従来の構造、システムのような複雑なものではなく、簡単な部材を組み合わせたものであるために初期投資が極めて低額であり、経済的で、かつ高い技術的な信頼性のもとでマンガン団塊の採取を行うことができる。
＜２＞採取のために採取装置を牽引する船と、採取後の採取装置を引き上げる船とを別の船として独立して使用するから、１隻の母船で複数の採取装置を管理することが可能であり、広い海域で効率の良い採取を行うことができる。
＜３＞マンガン団塊を採取する過程で、採取装置の内部でマンガン団塊と泥土などをジェット水で分離できるから、従来のように船上または陸上での大規模な分離装置、分離工程が不要できわめて経済的である。
＜４＞深海での機械類の点検、修理作業が発生せず、すべて船上での作業によって行うことができるために、その点でも経済的である。
＜５＞マンガン団塊の函体導入時には土砂はほとんど導入されないから、海底での採取作業中に水質を汚濁する可能性が低い。
＜６＞従来の揚鉱システムは、海底で採集したマンガン団塊を、海水を用いて流体輸送を行っている。そのために海底から海面までの５〜６ｋｍに及ぶ揚鉱管で連結する構成を採用していた。しかし長大な揚鉱管に働く波力や海流による流体力に対抗して揚鉱管を保持するためには大規模なアンカー装置や船体保持のエネルギーが必要であった。本願発明のシステムでは、長大な揚鉱管を使用しないから、揚鉱時の装置に働く流体力を最小限に抑えることができ、揚鉱システムを簡素化して経済的に構成することができる。

本発明のマンガン団塊の採取装置の説明図。マンガン団塊の採取装置の断面図。マンガン団塊の採取方法の実施例の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞前提条件。
マンガン団塊は海中のマンガンイオン、鉄イオンを主成分としたイオン類が貝殻破片などの表面に沈着して形成されたものである。
そのためにマンガン団塊は軟質土の上に、若干もぐり込んだ状態で平坦面を形成していることが知られている。
このようにマンガン団塊が海底面にほぼ平面的に散布した状態にあることに着目し、本発明では長大な採鉱システムや複雑な装置を採用せず、簡便な既存の部材を組み合わせることで経済性の高い解決手段を着想するに至ったものである。

＜２＞全体の構成。
採鉱装置Ａは、海底面に沿って移動するための函体１と、函体１に搭載した水流駆動源２とから構成する。

＜３＞函体。
函体１は天板１１、側板１２、前板１３、後蓋１４、底板１５で構成した六面体の中空の容器である。
六面の内で、後蓋１４は開閉自在に構成して、内部に取り込んだマンガン団塊の排出に利用する。
函体１を構成する、天板１１、側板１２、前板１３を、多数の孔を開口した有孔板によって構成する。
この有孔板に開口した孔の直径は、１０ｍｍ以下、５ｍｍ程度に設定する。
この理由は、採取対象のマンガン団塊の最小直径が１００ｍｍ程度であることが知られており、破壊したマンガン団塊の破片も孔から流出させないために最小５ｍｍ程度の直径の孔を採用する。
孔の配置密度は、ジェット流の抵抗を少なくするために、容器としての構造上の強度が確保できる範囲でできるだけ高密度とすることが望ましい。
なお底板１５は、底板１５と接する海底面の土を巻き上げさせないために、無孔板を採用する。
函体１の後蓋１４も、破砕粒子の流出を防ぐために無孔板を採用する。
なお図の実施例では蓋は後方に設置してあるが、後方に限らず、函体１の一部を開閉自在に構成しておけばよい。

＜３＞スリット。
函体１には、その移動前側の下部にスリット１６を開口する。
このスリット１６は、函体１の移動方向を横断する方向に開口する。
開口する位置は、前板１３の下部、あるいは底板１５の最前部、あるいは前板１３と底板１５の交差部である。
スリット１６の幅は１００ｍｍから２００ｍｍ程度に設定する。
これはマンガン団塊の最大粒径が１００から２００ｍｍ程度と予想されるからである。

＜４＞掻き寄せ刃。
スリット１６のすぐ後方には、掻き寄せ刃１７を、底板１５から下向きに突設する。
この掻き寄せ刃１７も函体１の移動方向を横断する方向に設置することになる。
掻き寄せ刃１７は、鋼材のブロックではなく、高強度板をハモニカ状に配置し、その全面に高強度のワイヤメッシュを取り付けて構成する。
ワイヤメッシュの間隔は採取予定のマンガン団塊の最小粒径とほぼ一致させる。
通常は１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。

＜５＞掻き寄せ刃の機能。
この掻き寄せ刃１７がワイヤメッシュで構成してあることから、直径１０ｍｍ以上のマンガン団塊は掻き寄せられてスリット１６の間隙に導入される。
直径が１０ｍｍ以下の土質類は、メッシュを通過してスリット１６の間隙には誘導されない。
ただし周囲に土が付着して直径の大きくなったマンガン団塊は、スリット１６の間隙に導入されるが、後述するジェット水の流れによって函体１内を後方へ移動する途中で付着土が取り除かれ、分離、水洗いが行われる。
従来の採鉱方法では、重量比で約１０倍の土を同時に吸い込み、あるいは掬い挙げ、その後にマンガン団塊と土を水流で分離する工程を採用していた。
このような従来の方法では、エネルギーの消費が大きく、海水汚染という環境問題の発生も懸念されている。
本発明の採鉱装置では、掻き寄せ刃１７で土を掻き寄せてもメッシュの間から後方へ排出してしまうから、これらの問題を改善することができる。
また掻き寄せ刃１７の全面が鋼板で構成したものではないから、受ける土圧がきわめて小さく、前方からの牽引力を小さくすることができ、同時に函体１の移動の安定性にも寄与する。

＜６＞水流駆動源。
函体１の外部には水流を発生させる水流駆動源２として、蓄電池、電動機、水ポンプ、制御装置２１を搭載する。
この水流駆動源２の水ポンプで加圧した水は、ジェットパイプ２２からジェット水として噴射する。
ジェットパイプ２２は水流駆動源２の外部に設置してあり、制御装置２１への無線制御によって函体１の前方あるいは後方に向けてジェット水を噴射して函体１の移動のために使用する。
海底面上の函体１の移動は前方牽引索を採鉱船によって牽引して行うが、微妙な位置の移動は、このジェットパイプ２２からの強力な噴射によって行うことができる。

＜７＞噴射装置。
水流駆動源２からは、さらに函体１の内部に噴射路２３を配管する。
この噴射路２３は、函体１の内部で前方から後方に向けて配置し、噴射路２３の途中には、函体１の後方へ向けて複数か所に噴射口２４を設ける。
この噴出口からの加圧水の噴出によって、函体１の内部には、前方から後方へ向けたジェット水流を形成することができる。

＜８＞位置の設定装置。
採鉱装置Ａの位置、採鉱軌跡、移動速度などの把握のために函体１にトランスポンダーを取り付ける。
この装置からの送信データにより、船上、陸上で採鉱装置Ａの各種の情報を把握することができ、既に採取した場所での再採取作業などを避けることもできる。

＜９＞採鉱工程。
海上に配置した２隻の曳船、すなわち採鉱船Ｂと母船Ｃにそれぞれ前方牽引索Ｂ１と後牽引索Ｃ１をもやい、上記した採鉱装置Ａをマンガン団塊が平面的に存在している位置まで誘導して海底に沈下させる。
採鉱装置Ａの正確な位置の調整は函体１の外部に取り付けたジェットパイプ２２からの加圧水の噴射によって行う。
次に採鉱装置Ａを採鉱船Ｂで牽引して前進させる。
すると採鉱装置Ａの掻き寄せ刃１７が海底を移動し、マンガン団塊や土をスリット１６の間隙に誘導する。
スリット１６を通って函体１の内部に入ったマンガン団塊や土は、函体１内に後方に向けて配置した噴射口２４からのジェット流によって函体１の後方へ吹き飛ばされる。
したがって、スリット１６にマンガン団塊などが詰まることがない。
マンガン団塊を後方へ吹き飛ばす過程でマンガン団塊に付着している粘土類は噴射口２４からのジェット流の加圧で分離され、側板１２や天板１１の孔から外部に排出され、マンガン団塊だけが函体１の内部に残ることになる。

＜１０＞揚鉱工程。
採鉱装置Ａは、その後方牽引索によって母船Ｃにつながっている。
採鉱装置Ａの函体１がマンガン団塊でいっぱいになったら採鉱装置Ａを母船Ｃに引き上げる。
この母船Ｃはたとえば捕鯨船に見られる斜路Ｃ２を設けてある。
この斜路Ｃ２からウインチによって採鉱装置Ａの後方牽引索Ｃ１を引き上げ、後蓋１４を開放してマンガン団塊を母船Ｃの鉱石貯蔵庫に貯蔵する。
貯蔵後には採鉱装置Ａの点検、充電などを行って、空になった採鉱装置Ａを再度海中へ移動し沈設、採取作業を継続する。

＜１１＞母船の切り離し。
母船Ｃは貯蔵庫が満杯になった段階で次の工程のために作業基地へ自走して移動し、鉱石を基地へ引き渡す。
このように、本発明のシステムではマンガン団塊の海底での採取作業と、その揚鉱、運搬作業を独立して行うものであり、これはちょうど捕鯨におけるキャッチャーボートと捕鯨母船の関係に類似し、高い生産性を確保することができる。
なお後方牽引索Ｃ１は常時母船Ｃに連結しておく必要はなく、後方牽引索Ｃ１の先端をフロートＣ３で海面に浮かしておいて、必要なときに母船Ｃと連結して採鉱装置Ａの引き上げを行うこともできる。

Ａ：採鉱装置
Ｂ：採鉱船
Ｃ：母船
１：函体
１６：スリット
１７：掻き寄せ刃
２：水流駆動源
２２：ジェットパイプ
２３：噴射路
２４：噴射口

Claims

天板、側板、前板を有孔板で構成した六面の函体と、
函体外部に設け、ジェット水流を発生させる水流駆動源と、
水流駆動源に設け、ジェット水流を函体の前後方向に向けて噴射させる前後のパイプと、
水流駆動源に接続して函体内部に設けた配管と、
函体内部の配管に設け、函体の後方に向けたジェット水流を形成する噴射口と、
函体の移動方向前側下部に、移動方向に対して横断する方向に設けたスリットと、
スリット後方に設けた掻き寄せ刃と、
函体の一部に設けた開口自在の蓋とを備えることを特徴とする、
マンガン団塊の採取装置。
有孔板の孔の直径は１０ｍｍ以下、５ｍｍ程度に設定し、
スリットの幅は１００ｍｍから２００ｍｍ程度に設定する、
請求項１記載のマンガン団塊の採取装置。
請求項１記載の採取装置を使用し、
採取装置の前方牽引索を採鉱船で牽引してマンガン団塊を採取し、
採取後の採取装置を、採鉱船とは別の母船に引き上げて回収する、
マンガン団塊の採取方法。
請求項１記載の採取装置を使用し、
採取装置の前方牽引索を採鉱船から引いて、掻き寄せ刃で掻き寄せた海底表面の土砂とマンガン団塊をスリットから函体内に導入し、
函体内のジェット水流で函体内の後方へ送る過程で土砂とマンガン団塊を分離し、
その後函体を採鉱母船に引き上げて蓋を開扉してマンガン団塊を母船内に収納する、
マンガン団塊の採取方法。