JP6890129B2 - 海底鉱物形態回収システム - Google Patents

Description

本発明は、海中での採鉱および／または処理に関する。

（関連出願）
本願は、２０１５年８月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／２０９，６０８号に対する優先権を主張するものである。
近年、特に太平洋の海底堆積物においてレアアース元素の濃度が高くなっていることが確認されている。非特許文献１を参照のこと。なお、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。この文献には、Ｈ２ＳＯ４のＨＣｌ弱酸性溶液で海底堆積物を浸出し得ることが示されている。いったん溶液の形になると、イオン交換処理によりレアアース元素を回収できる可能性があり、その後は沈殿によりレアアース酸化物が形成され得る。商業的なレアアース元素回収の経済性と技術については、限定的にしか調査されておらず、結論も様々である。非特許文献２を参照のこと。なお、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。非特許文献２は、堆積物を生産支援船に回収した後、堆積物をデカントし乾燥させてから、陸上の酸浸出プラントに移送することを提案している。非特許文献３は、すべての処理を海底で実施することを提案している。非特許文献３を参照のこと。なお、この文献は参照により本明細書に組み込まれる。２０１２年のＲＥＥ価格と、日本の排他的経済水域で採取された試料から想定される元素分布に基づく非特許文献２の経済予測によれば、内部収益率はマイナスとなった。非特許文献３らは、２０００ ｔｐｙ ＲＥＥの運営コストに対してＣＡＰＥＸを＄１８６ＭＭ、ＯＰＥＸを＄６１ＭＭ／年と概算した。内部収益率は算出されていないが、低平均価格、現在の平均価格、高平均価格に基づく複数の異なる割引率と収益に対して様々なＮＰＶが算出されている。レアアース元素の公称価格＄８０／ｋｇを使用すると、非特許文献３の算出コストでは内部収益率は３９％と計算されることになる。これを基にすると、堆積物の海底採鉱は経済性を有すると言える。しかしながら、現在の最新技術では海底での工程作業は不可能であり非常に高リスクである。

本発明は、生産船上で堆積物を処理して混合レアアース生成物を生産することに基づく。経済性調査により、本発明は、上記の両方法と比べて収益率と低リスクの点で優れたアプローチであり得ることが示された。

国際純正・応用化学連合（International Union of Pure and Applied Chemistry）が定義している通り、レアアース元素（ＲＥＥ）またはレアアース金属（ＲＥＭ）とは、周期表に含まれる１７種の化学元素、具体的には１５種のランタニド元素およびスカンジウムとイットリウムからなる集合のうちのいずれか１つをいう。スカンジウムとイットリウムは、ランタニド元素と同じ鉱床で発生する傾向があり、類似の化学特性を示すことから、レアアース元素とみなされている。レアアース元素は一般に、各々の原子量に基づいて「軽」レアアース（ＬＲＥＥ）と「重」レアアース（ＨＲＥＥ）に分類される。さらに、防衛産業に対して戦略的重要性を持つレアアース元素を識別するため、「クリティカル」レアアース（ＣＲＥＥ）というカテゴリーが米国国防省により追加されている。もう１つのカテゴリーとして「エッセンシャル（必須）」レアアース元素（ＥＲＥＥ）がある。ＥＲＥＥは、スカンジウムとイットリウムを含む全レアアース元素から、比較的価値の低いランタン、セリウム、プラセオジウムを除外した元素からなる。表１にレアアース元素のカテゴリーを示す。

海底のＲＥＥ資源に対する本格的な探査が行われた証拠は存在しない。非特許文献１が既存のコア試料をいくつか分析した。太平洋全域（特に東南太平洋）で良好グレードのＲＥＥが発見されている。１０００ｐｐｍを超えるものは有意とみなされる。堆積物の上部５メートルのＲＥＥ濃度が高いほど、レアアース元素の抽出が容易になる。

現在のＲＥＥ試料だけでは資源を確定的に予測するに至っていないが、単純に高濃度試料の数と海洋の広大さから考えて、採鉱できるレアアース元素の量は多いと推測できる。

いくつかの陸上鉱床と比べて海洋レアアース元素鉱床は全体的なグレードが低いが、海洋鉱床中のレアアース元素全体に対して、比較的高い割合で必須レアアース元素が存在する。必須レアアース元素の比率が高いほど、レアアース元素の処理および抽出の効率が高いことになる。

加えて、仮にトリウムやウランなどが存在する場合、他のレアアース元素鉱床を採掘することが環境上著しく困難になるが、海洋ＲＥＥ鉱床は、このような放射性産物をさほど有さない傾向がある。予備的な工学・経済性調査では、海底堆積物からレアアース元素を回収することは実利的であり得ることが示されている。

Kato, Y., Fujinaga, Y., Nakamura, K., Takaya, Y., Kitamura, K., Ohta, J., Toda, R., Nakashima, T., and Iwamori, V., 2011; Deepsea mud in the Pacific Ocean as a potential resource for rare-earth elements, Nature Geoscience, 4, 535―539 。Tetsuo Yamazaki, Yuta Yamamoto, Naoki Nakatani and Rei Arai, 2014, Preliminary Economic Evaluation of Deep-Sea REE Mud Mining, ASME 2014 33rd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering OMAE2014-23141 M Bashir, SH Kim, E Kiosidou, H Wolgamot, W Zhang, 2012, A Concept for Seabed Rare Earth Mining in the Eastern South Pacific, The Lloyd’s Register Education Trust (LRET) Collegium 2012 Series, Volume 1

海底からレアアース元素を回収するためのシステムと方法を以下に提示する。代表的な工程は次の通りである。
１．海底から堆積物を塊の形で取り出す。
２．必要に応じて、表土堆積物を廃棄場に送る。
３．海面まで上昇させるのに適した濃度の鉱石スラリーを生成する。
４．堆積物を鉱石スラリーの形で海面まで上昇させる。
５．鉱石スラリーを脱水し、浸出に最適な濃度まで希釈する。
６．水上船において、酸浸出によりレアアースその他の元素を抽出し、イオン交換を行い、レアアース酸化物を沈殿させる。
７．浸出液を固液分離する。
８．浸出サイクル内の酸性液を再使用する。
９．回収した固体を再びスラリー化し中和する。
１０．固体スラリーを海に戻す。

別の代表的な工程は次の通りである。
１．掘削機を用いて海底から鉱石スラリーを生成する。
２．ライザー（riser）とリフトポンプまたはエアリフトを用いて、鉱石スラリーを水上船まで持ち上げる。
３．鉱石スラリーをサイズで選別し、脱水し、かつ／または希釈することにより鉱石スラリーから原料を調製して、所望の海水中濃度の固体粒子を有する調製済み鉱石スラリーを生成する。
４．（例えば酸浸出処理により）調製済み鉱石スラリーからレアアース元素を浸出させて、貴浸出スラリー（pregnant leach slurry）を生産する。
５．イオン交換樹脂（例えばレジン・イン・パルプシステム）を用いて貴浸出スラリーからレアアース元素を回収して、充填樹脂と廃棄物とを生成する。
６．環境に返せるように廃棄物を処理する（酸性度もしくはアルカリ度の中和、または他の処理）。
７．溶離剤を用いて樹脂からレアアース元素を剥離し、貴溶離剤と被剥離樹脂とを生成する。
８．貴溶離剤からレアアース元素を沈殿させて、レアアース元素酸化物と貧溶離剤（barren eluant）とを生成する。

レアアース元素を回収するための代表的なシステムには、下記要素が含まれ得る。
１．レアアース元素を含有する鉱石スラリーを生成するための、海底上の掘削機。
２．処理設備用の水上船。
３．鉱石スラリーを海底から水上船まで運搬するためのリフトシステム（液体ポンプ、ライザーにおけるエアリフトシステムなど）。
４．鉱石スラリーから原料を調製するための、水上船上の原料調製回路。原料を調製するには、鉱石スラリーをサイズで選別し、脱水し、かつ／または希釈することにより、所望の海水中濃度の固体粒子を有する調製済み鉱石スラリーを生成する。
５．（例えば酸浸出処理により）調製済み鉱石スラリーからレアアース元素を浸出させて、貴浸出スラリーを生成するための、水上船上の浸出回路。
６．イオン交換樹脂（例えばレジン・イン・パルプシステム）を用いて貴浸出スラリーからレアアース元素を回収して充填樹脂と廃棄物とを生成するための、水上船上の回収回路。
７．環境に返せるように廃棄物を処理する（酸性度もしくはアルカリ度の中和、または他の処理）ための、水上船上の残留物処理回路。
８．イオン交換樹脂（例えばレジン・イン・パルプシステム）を用いて貴浸出スラリーからレアアース元素を回収して充填樹脂と廃棄物を生成するための、水上船上の樹脂剥離回路。
９．貴溶離剤からレアアース元素を沈殿させて、レアアース元素酸化物と貧溶離剤（barren eluant）とを生成するための、水上船上の沈殿回路。
１０．浸出廃棄物から固体廃棄物を除去して、貧浸出溶液と濃縮浸出廃棄物とを生成するための、水上船上の浸出剤（lixiviant）リサイクル回路。

本発明の一例では、海底から堆積物を大量に取り出し、レアアース元素を含有する鉱石スラリーを海底から水上船へと持ち上げる。水上船において、浸出に最適な濃度になるまで鉱石スラリーを脱水する。次に、酸浸出（浸出剤）により鉱石スラリーからレアアース元素を抽出する。これにより、貴浸出スラリーが生産される。イオン交換樹脂ビーズを用いて溶液からレアアース元素を除去し、固液分離により浸出液からレアアース元素を分離する。鉱石特性と経済性を勘案して、複数種類または単一の所望されるレアアース元素を回収するようにイオン交換樹脂を選定できる。これにより、充填樹脂と浸出廃棄物が生産される。樹脂ビーズからレアアース元素を除去し、溶液に戻して別の酸処理（溶離剤）を行い、混合レアアース酸化物として沈殿させる。貧堆積物を含む浸出液を塩基性溶液で中和し、深海に戻すことにより廃棄する。別の例では、浸出液から固体を除去し、残った液体を浸出処理用の酸として再生利用してよい。この場合、酸と塩基の消費を減らすのでコスト減になる。さらに別の例では、堆積物を回収し船上で処理する前に、表土堆積物を現在の採掘領域から廃棄場へと排出することができる。

実施形態の一例は、海底から所望の材料を回収するシステムを含んでよく、このシステムは、水上船と、海底から所望の物質を含有する鉱石スラリーを生成するように適合された海底上の掘削機と、掘削機と水上船とに接続したリフトシステムであって、掘削機から水上船上のリフトシステム出力部まで鉱石スラリーを運搬するように適合されたリフトシステムと、水上船上にあり、リフトシステム出力部に接続した原料調製回路であって、鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された原料調製回路と、水上船上にあり、原料調製回路に接続した浸出回路であって、浸出剤を用いて鉱石スラリーからの所望の物質を溶解して、貴浸出スラリーを生産するように適合された浸出回路と、水上船上にあり、浸出回路に接続した回収回路であって、イオン交換樹脂を用いて貴浸出スラリーから所望の物質を回収して、充填樹脂と浸出廃棄物とを生産するように適合された回収回路と、水上船上にあり、回収回路に接続した残留物処理回路であって、浸出廃棄物を中和するように適合された残留物処理回路と、水上船上にあり、回収回路に接続した樹脂剥離回路であって、溶離剤を用いて充填樹脂から所望の物質を剥離して、貴溶離剤と被剥離樹脂とを生産するように適合された樹脂剥離回路と、水上船上にあり、樹脂剥離回路に接続した沈殿回路であって、沈殿剤を用いて貴溶離剤から所望の物質を沈殿させて、この所望の物質と貧溶離剤とを生産するように適合された沈殿回路とを含む。

別の実施形態は、海底から所望の材料を回収するシステムを含んでよく、このシステムは、水上船上にあり、回収回路に接続した浸出剤リサイクル回路であって、浸出廃棄物から固体廃棄物を除去して、貧浸出溶液と濃縮浸出廃棄物とを生産するように適合された浸出剤リサイクル回路をさらに含み、貧浸出溶液は浸出回路において再使用され、濃縮廃棄物は残留物処理回路に送られる。被剥離樹脂の実質的に全部を、回収回路においてイオン交換樹脂として再使用してよい。原料調製回路は、調製済み鉱石スラリーから過剰な水と微粒子とを除去するように適合された脱水回路をさらに含んでよい。このシステムは、掘削機上の脱水回路をさらに含んでよい。このシステムは、掘削機上の海中原料調製回路であって、鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された海中原料調製回路をさらに含んでよい。

開示される別の実施形態は、リフトシステムの下端にある脱水回路を含んでよい。この実施形態は、掘削機上の海中原料調製回路であって、鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された海中原料調製回路をさらに含んでよい。この実施形態は、リン酸塩回収回路をさらに含む原料調製回路を含んでよい。この実施形態は、回転する篩と振動する篩を有する原料調製回路を含んでよい。この実施形態は、堆積物の塊を破砕するように適合された水噴射器を含んでよい。この実施形態は、堆積物の塊を破砕するように適合された破砕器を含んでよい。この実施形態は、磁気分離器を有する原料調製回路を含んでよい。この実施形態は、調整済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクへと移動できるように先頭浸出タンクから最終浸出タンクまで配列している一続きの浸出タンクと、この一続きの浸出タンクの中にある撹拌器とを含んでよい。

開示される別の実施形態は、調製済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクまで重力で流れるように、異なった高さに配置されている一続きの浸出タンクをさらに含んでよい。この実施形態は、調製済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクに汲み出されるようにポンプで接続された一続きの浸出タンクを有してよい。このポンプは浸出タンクの内部にあっても外部にあってもよい。浸出タンクは、自由表面の影響を低下させるように適合されたバッフルを有してよい。浸出タンクは、自由表面の影響を防ぐためタンクが満杯になるようにする固定天板を有してよい。浸出タンクは、タンクの内容物上を浮遊することにより自由表面の影響を制限するように適合された可動天板を有してよい。浸出タンクは、タンクが満杯の時にタンクの過度な加圧を制限するための通気管を有してよい。

開示されるさらに別の実施形態は、先頭浸出タンクに添加される浸出剤を含んでよい。浸出剤は複数の一続きの浸出タンクに添加されてもよい。浸出剤は、鉱酸、有機酸、または鉱酸と有機酸の組み合わせであってよい。イオン交換樹脂は、貴浸出スラリー内の実質的に全部の粒子よりも大きい樹脂ビーズを含んでよい。回収回路は、貴浸出スラリーが樹脂接触タンクから次の樹脂接触タンクへと移動できるように先頭樹脂接触タンクから最終樹脂接触タンクまで配列している一続きの樹脂接触タンクと、一続きの接触タンクの中にある撹拌器とを含んでよい。回収回路は、レジン・イン・パルプ（resin in pulp）システム、レジン・イン・リーチ（resin in leach）システム、またはレジン・イン・カラム（resin in column）システムを有してよい。貴浸出スラリーとイオン交換樹脂は向流接触してよい。充填樹脂と浸出廃棄物は機械的に分離されてよい。充填樹脂と浸出廃棄物は篩を用いて分離されてよい。

別の実施形態は、浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクへと移動できるように先頭残留物処理タンクから最終残留物処理タンクまで配列している一続きの残留物処理タンクを有する残留物処理回路と、一続きの残留物処理タンクに残留物処理剤を添加するように適合された残留物処理注入器と、一続きの残留物処理タンクの中にある撹拌器とをさらに含む、海底から所望の物質を回収するためのシステムを含んでよい。一続きの残留物処理タンクは、浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクまで重力で流れるように、異なった高さに配置されてよい。一続きの残留物処理タンクは、浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクに汲み出されるようにポンプで接続されてよい。樹脂剥離回路は、溶離剤が剥離タンクから次の剥離タンクへと移動できるように先頭剥離タンクから最終剥離タンクまで配列している一続きの剥離タンクを有してよく、この一続きの剥離タンクの中に撹拌器があってよい。沈殿回路は撹拌沈殿タンクを有してよい。沈殿回路は、貧溶離剤から所望の物質を分離するための脱水システムを有してよい。脱水システムはフィルタープレスを含んでよい。沈殿剤はシュウ酸であってよい。沈殿剤は炭酸ナトリウムであってよい。

さらに別の実施形態の例は、沈殿回路に接続したバルク袋詰めシステムであって、輸送のため所望の物質を袋詰めするように適合されたバルク袋詰めシステムを含んでよい。リフトシステムはライザーを含んでよい。リフトシステムは水中ポンプを含んでよい。リフトシステムはエアリフトを含んでよい。ライザーは硬質パイプを含んでよい。ライザーは可撓性パイプを含んでよい。ライザーは、互いに接続した硬質パイプと可撓性パイプとを有してよい。水上船は海底に対して動的に位置付けられてよい。掘削機は吸引ヘッドを有してよい。掘削機はカッター吸引ヘッドを有してよい。掘削機は、吸引ヘッドの近くにある水噴射器を有してよい。掘削機は、負の浮力を有し、海底に支えられてよい。掘削機は、ライザーを用いて水上船により曳航されてよい。掘削機は、掘削機への操舵力を提供するように適合された調整可能な舵を含んでよい。掘削機は、掘削機への操舵力を提供するように適合された調整可能な曳航点を有してよい。掘削機は操舵スラスターを有してよい。掘削機は掃出し吸引ヘッドアームを有してよい。掘削機は掃出し伸長吸引ヘッドアームを有してよい。掘削機はオーガーを有してよい。吸引ヘッドの吸引はリフトシステムにより提供されてよい。掘削機は、堆積物を吸引ヘッドの方向に進めるためのフードを有してよい。掘削機は、吊下げシステムにより水面から吊り下げられた負の浮力を有する掘削機を有してよい。吊下げシステムは、海底に対する掘削機の垂直位置を制御してよい。

さらに別の実施形態は、掘削機は本体と、本体と吸引ヘッドの間の可撓性ジョイントと、吸引ヘッドの海底上の位置を維持するように適合された、吸引ヘッドにある補助機能（reference feature）とを含む、海底から所望の物質を回収するためのシステムを含んでよい。この補助機能は、床板および／またはスキッドを有してよい。掘削機は海底に支えられ、アルキメディアン・スクリューにより推進されてよい。掘削機は海底に支えられ、トラックにより推進されてよい。掘削機はスキッドにより海底に支えられ、スラスターにより推進されてよい。掘削機は、スラスターを用いて垂直方向および水平方向に位置付けられ、中立浮力を有する掘削機であってよい。水上船と掘削機の接続にアンビリカルを用いてよい。このアンビリカル接続部は、水上船から配置された電力・データアンビリカルを含んでよい。リフトシステムは、掘削機をライザーの下端に接続する可撓性ジャンパーホースを含んでよい。ジャンパーホースは、正の浮力と負の浮力が交互に切り替わるセクションを有してよい。リフトシステムは、ジャンパーホースとライザーの間の収集点を含んでよい。リフトシステムは、収集点の近くにあるブースターポンプを含んでよい。この実施形態は、収集点から海底上の廃物排出領域まで伸びている表土排出ホースを含んでよい。この実施形態は、複数の掘削機を有する掘削機を含んでよい。この実施形態は、上端が水上船に接続するライザーと、上記複数の掘削機の各々をライザーの下端に接続するジャンパーホースとを含んでよい。掘削機は、海底に対して個別に位置付けることのできる複数の掘削機を含んでよい。このシステムは、残留物処理回路に接続した排出システムであって、浸出廃棄物を海洋に排出するように適合された排出システムを有してよい。排出システムは水中排出口を含んでよい。廃物排出ホースは、掘削機に接続してよく、掘削機から海底上の廃物領域に排出するように適合されてよい。

実施形態の一例は、海底から所望の物質を回収する方法であって、海底から所望の物質を含有する鉱石スラリーを生成するステップと、鉱石スラリーを水上船まで運搬するステップと、鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するステップと、浸出剤を用いて調製済み鉱石スラリーから所望の物質を浸出して、貴浸出スラリーを生産するステップと、イオン交換樹脂を用いて貴浸出スラリーから所望の物質を回収して、充填樹脂と浸出廃棄物とを生産するステップと、残留物処理剤を添加することにより浸出廃棄物を中和するステップと、溶離剤を用いて樹脂から所望の物質を剥離して、貴溶離剤と被剥離樹脂とを生産するステップと、沈殿剤を用いて貴溶離剤から所望の物質を沈殿させるステップとを含む方法を含んでよい。別の方法は、浸出廃棄物から固体廃棄物を除去して、貧浸出溶液と濃縮浸出廃棄物とを生産することと、貧浸出溶液を、浸出のための浸出剤の少なくとも一部分として再使用することとを含んでよい。この方法は、貧浸出溶液を、浸出のための浸出剤の過半数部分として再使用することを含み、海底から所望の物質を回収してよい。この方法は、被剥離樹脂の実質的に全部を、回収のためのイオン交換樹脂として再使用することを含み、海底から所望の物質を回収してよい。この方法は、海底から所望の物質を回収することを含み、鉱石スラリーを生成するステップは、海底上の掘削機の近くでスラリーを脱水することをさらに含む。鉱石スラリーを生成するステップは、掘削機上で処理を行って、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる初期調製済み鉱石スラリーを生産することをさらに含んでよい。鉱石スラリーを生成するステップは、リフトシステムの下端でスラリーを脱水することを含んでよい。鉱石スラリーを生成するステップは、リフトシステムの下端で処理を行って、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる初期調製済み鉱石スラリーを生産することを含んでよい。原料調製回路は、リン酸塩回収回路を含んでよい。鉱石スラリーを処理するステップは、鉱石スラリーを脱水して、調製済み鉱石スラリーから過剰な水と微粒子とを除去することを含んでよい。鉱石スラリーを処理するステップは、鉱石スラリー中の堆積物の塊を破砕することを含んでよい。このステップは、鉱石スラリーから混入鉄系金属を磁気的に分離することを含んでよい。このステップは、調製済み鉱石スラリーを先頭浸出タンクから最終浸出タンクまでの一続きの浸出タンクに流すことと、一続きの浸出タンク内で鉱石スラリーと浸出剤とを撹拌することとを含んでよい。調製済み鉱石スラリーは浸出タンクから次の浸出タンクへと重力で流れてよい。調製済み鉱石スラリーは浸出タンクから次の浸出タンクへとポンピングにより流れてよい。この実施形態は、自由表面の影響を制限するため、浸出タンクの天板をタンクの内容物上に浮遊させることを含んでよい。この実施形態は、先頭浸出タンクに浸出剤を添加することを含んでよい。この実施形態は、複数の一続きの浸出タンクに浸出剤を添加することを含んでよい。この実施形態は、海底から所望の物質を回収するステップを含んでよく、浸出剤は、鉱酸、有機酸、アンモニウム塩、鉱酸と有機酸の組み合わせ、鉱酸とアンモニウム塩の組み合わせ、または鉱酸と有機酸とアンモニウム塩の組み合わせである。イオン交換樹脂は、貴浸出スラリー内の実質的に全部の鉱石粒子よりも大きい樹脂ビーズを含んでよい。

加えて、別の方法の実施形態では、回収ステップは、レジン・イン・パルプ工程、レジン・イン・リーチ工程、またはレジン・イン・カラム工程を含んでよい。回収ステップは、貴浸出スラリーを先頭樹脂接触タンクから最終樹脂接触タンクまでの一続きの樹脂接触タンクに流すことと、一続きの樹脂接触タンク内で貴浸出スラリーと樹脂とを撹拌することを含んでよい。回収ステップは、貴浸出スラリーとイオン交換樹脂を向流接触させるように配置することを含んでよい。回収ステップは、充填樹脂と浸出廃棄物とを機械的に分離することをさらに含んでよい。充填樹脂と浸出廃棄物は篩を用いて分離されてよい。

さらに別の方法は中和ステップを含んでよく、この中和ステップは、浸出廃棄物を、先頭残留物処理タンクから最終残留物処理タンクまでの一続きの残留物処理タンクに流すことと、一続きの残留物処理タンクに残留物処理剤を添加することと、一続きの残留物処理タンクにおいて浸出廃棄物を撹拌することを含む。浸出廃棄物は、残留物処理タンクから次の残留物処理タンクへと重力またはポンピングにより流れてよい。中和ステップは、浸出廃棄物に凝集剤を導入することをさらに含んでよい。

本明細書で開示する剥離ステップは、充填樹脂を一続きの剥離タンク内に配置することと、溶離剤を、最終剥離タンクから先頭剥離タンクまでの一続きの剥離タンクに流すことを含んでよい。沈殿ステップは撹拌沈殿タンクを含んでよい。沈殿ステップは、貧溶離剤から所望の物質を分離するために脱水することを含んでよい。脱水はフィルタープレスにより行われてよい。沈殿剤はシュウ酸、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、または水酸化ナトリウムであってよい。この実施形態は、輸送のため所望の物質をバルク袋詰めすることを含んでよい。この実施形態は、掘削機を用いて鉱石スラリーを生成することを含んでよい。

開示される別の実施形態は、水上船を動的に位置付けることを含んでよい。この実施形態は、水上船を海底に対して動的に位置付けることをさらに含んでよい。この実施形態は、海底上の移動点に対して水上船を動的に位置付けることを含んでよい。この実施形態は、掘削機に対して水上船を動的に位置付けることを含んでよい。この実施形態は、水上船を所定のウォッチサークル内に維持することを含んでよい。この実施形態は、水上船を、海底、掘削機、および／または海底上の移動点に対する所定のウォッチサークル内に維持することを含んでよい。この実施形態は、水上船を掘削機に対する所定のウォッチサークル内に維持すること含んでよい。この実施形態は、水上船の移動により、またはライザーを通じた水上船の移動により、掘削機を曳航することを含んでよい。この実施形態は、舵を用いることにより、および／または掘削機上の曳航点を調整することにより、掘削機を操舵することを含んでよい。この実施形態は、アイドラートラックを用いて掘削機と海底との間の摩擦を低下させることを含んでよい。この実施形態は、海底に対する掘削機の所望の速度に合わせるために、アイドラートラックに動力供給することを含んでよい。この実施形態は、海底堆積物を撹拌することにより鉱石スラリーを生成することを含んでよい。水噴射器および／または機械式カッターヘッドにより海底堆積物を撹拌してよい。この実施形態は、吸引ヘッドの近くで海底堆積物を撹拌するカッターヘッドと水噴射器とを有する掘削機を用いて、鉱石スラリーを生成することを含んでよい。この実施形態は、上端が水上船に取り付けられたライザーを用いて、鉱石スラリーを水上船まで運搬することを含んでよい。この実施形態は、ジャンパーホースを用いて鉱石スラリーを掘削機からライザーまで運搬することを含んでよい。

加えて、開示される別の実施形態は、複数の独立した掘削機を用いて鉱石スラリーを生成することと、水上船に取り付けられた上端と、下端とを有するライザーを用いて、鉱石スラリーを複数の掘削機から水上船まで運搬することと、対応する複数のジャンパーホースを用いて、鉱石スラリーを複数の掘削機からライザーの下端まで運搬することを含んでよい。この別の実施形態は、アンビリカルを通じて水面から掘削機を制御することを含んでよい。この別の実施形態は、アンビリカルを通じて水面から掘削機に動力を供給することを含んでよい。掘削機を制御することは、海底上の掘削機の経路を制御することを含んでよい。掘削機を制御することは、掘削機による鉱石スラリーの生成を制御することを含んでよい。掘削機は、負の浮力を有し、海底に支えられてよい。この実施形態は、掘削機を海底上に支え、アルキメディアン・スクリューを用いて掘削機を海底上で推進することを含んでよい。この実施形態は、掘削機を海底上に支え、トラックを用いて掘削機を海底上で推進することを含んでよい。掘削機は、吊下げシステムにより水面から吊り下げられた負の浮力を有する掘削機を有してよい。吊下げシステムは、海底に対する掘削機の垂直位置を制御してよい。掘削機は、スラスターを用いて垂直方向および水平方向に位置付けられ、中立浮力を有する掘削機であってよい。この実施形態は、浸出廃棄物を水中に排出することをさらに含んでよい。この実施形態は、浸出廃棄物を以前掘削した領域に排出することができる。この実施形態は、掘削機を用いて表土スラリーを生成することと、表土スラリーを廃物領域に排出することを含んでよい。

吸引ケーソン掘削機の断面図である。 曳航式浚渫ヘッドシステムの斜視図である。 図３Ａは、スキッド付きドラッグヘッドの上面図である。 図３Ｂは、図３Ａのドラッグヘッドの断面図である。 図４Ａは、トラック付きドラッグヘッドの上面図である。 図４Ｂは、図４Ａのドラッグヘッドの断面図である。 掃出しトレーリング吸引ブームの付いた曳航式浚渫ヘッドの斜視図である。 掃出しトレーリング吸引ブームの断面図である。 吊下げ係留掘削機システムの斜視図である。 吊下げ掘削機システムの斜視図である。 ＲＯＶ掘削機システムの斜視図である。 海底設置式掘削機システムの斜視図である。 多掘削機システムの斜視図である。 海底で廃棄される表土物質を除去している海底設置型掘削機の斜視図である。 海底で廃棄される表土物質を除去しているＲＯＶ掘削機システムの斜視図である。 別のホース構成を用いて表土を廃棄する海底設置型掘削機システムの斜視図である。 船上レアアース元素処理システムを示す図である。 船上レアアース元素処理システムを示す図である。 原料調製回路と浸出回路の図である。 浸出回路の図である。 浸出回路の図である。 回収回路の図である。 樹脂剥離回路の図である。 船上レアアース元素処理システムを示す図である。

以下の説明において、簡潔化、明確化、例示の目的でいくつかの用語を使用する。これらの用語は、不要な限定を示唆するものではなく、単に説明の目的で使用されており、広義に解釈されることを意図している。本明細書に記載の様々な装置、システム、方法手順は、単独で使用してもよく、あるいは他の装置、システム、方法手順と組み合わせて使用してもよい。添付の請求項の範囲内で、多種多様な均等物、代替物、修正物が可能であると考えられる。

本発明の大部分の例では、海底堆積物を大量に取り出し、水面まで持ち上げる。典型的には、ライザー（riser）とリフトシステムを用いて堆積物を水面まで持ち上げる。リフトシステムには、堆積物と水とを含有するスラリーを通過させるための導管（ライザー）と、スラリーを水面まで上昇させるためのポンプまたは他の動力供給手段とが含まれる。これにより、水面で堆積物からレアアース元素を抽出することが可能になる。堆積物から鉱物を回収するため、特殊生産船を水面で改造してもよい。鉱物が除去され、汚染物除去のため適切に処理された貧堆積物を、別の導管を通じて海底または海底付近に戻し廃棄してよい。

堆積物を大量除去するためのいくつかの方法と装置を用いて、鉱物に富む堆積物をライザーとリフトシステムまたは海底の処理設備に供給することができる。いくつかの例では、鉱物を含まない堆積物（表土）を除去し、水中の吊下げホースを通じて廃棄場に移送してよい。同じ方法で海中の処理場に移送してもよい。

実施形態の一例では、図１に示すように、ケーソンを用いて堆積物を大量に除去する。使用するケーソンは、吸引ケーソン１０１であってよい。吸引ケーソン１０１は、静水圧で土壌内に押し込まれるようにするため、外部ポンプにより内圧が減少することで堆積物に押し込まれる。内部噴射器１０３は、高圧水の供給を受けて内部堆積物を流体化させる。リフトシステムの吸引端部１０４に中央チャンバー１０６が接続されており、この中央チャンバー１０６が堆積物を抜き取る。堆積物の流体化を支援するため、オプションの回転ノズル１０５を使用してもよい。ケーソンの中心近くに内部噴射器を追加設置することにより、４ｍを超える外部掘削径を達成することもできる。

実施形態の別の一例では、曳航式浚渫により堆積物を大量に除去する。図２に示す曳航式浚渫ヘッド例は水面の生産船２０１と合体したものであり、生産船２０１は、リフトライザーまたは導管２０３とリフトポンプ２０４とからなるライザーリフトシステム２０２を曳航してスラリーを上昇させるための動力を提供し、排出ライザーまたは導管２０５を曳航して処理済み堆積物と海水を海底近くまで運搬し廃棄する。ライザーリフトシステム２０２は、水上船に設けられたムーンプール２０６を通じて吊り下げられている。ライザーリフトシステムの底部には、可撓性ジャンパーホース２０７が取り付けられている。可撓性ジャンパーホース２０７は、曳航式吸引ヘッド２０８に曳航力を供給するとともに、鉱石スラリーを吸引ヘッド２０８からライザーリフトシステム２０２まで運搬する。いくつかの例では、曳航式吸引ヘッド２０８は、吸引ヘッド２０８の重さを支えるスキッド３０２と、ドラッグヘッドと、ドラッグヘッドがふさがれた場合に可撓性パイプへの流入を可能にするバイパスバルブとを備える。最も簡易な形の吸引ヘッド２０８は、可動部品をまったく持たなくてもよい。鉱石スラリーの運搬機能はライザーリフトポンプ２０４が提供するので、吸引ヘッド２０８側に別のポンプを設ける必要はない。ライザー２０３の上側区間に複数のリフトポンプ２０４を配置し分散させてよい。海底２０９に浚渫ヘッド２０８を置き、ジャンパーホース２０７を設け、続いて水面に続くライザー２０３の要素を設けることにより、システムを展開できる。排出パイプ２０５は、廃棄する堆積物と廃水を海底２０９の近くまで運搬する。

別の例では、固体と水の混合比を制御する手段と、海底物質を液化して持ち上げるための噴射器または機械装置とを有してよい。その一例を図３Ａと図３Ｂに示す。２つのスキッド３０２の間にドラッグヘッド３０１が位置している。このドラッグヘッドは、強固な海底堆積物を解放するための歯３０３およびオプションの噴射ノズル３０４を備える。ドラッグヘッド３０１に搭載された１つ以上のポンプ３０５が、噴射ノズル３０４に高圧水を供給する。曳航式吸引ヘッド３０１に搭載されたポンプ３０５は、排出パイプ３０７のエデュケーター３０６にも高圧水を供給して、堆積物と水がライザーリフトシステム２０２に流入しやすくなるように吸引力を提供する。この例は、ライザーリフトシステム２０２へのスラリーの流入をより積極的に制御するものである。

スキーまたはスキッド３０２は、曳航式システムを支持する最も簡易な手段である。しかし、非常に深い海域では、曳航式運搬機の移動経路を制御するのが困難になり得る。別の例を図４Ａと図４Ｂに示す。この実施形態では、例えばトラック４０１に支えられたロボット運搬機を採用することにより、トラックの速度差制御による海底操縦が可能になる。この例では、曳航式吸引ヘッド３−１を推進する可撓性ジャンパーホース２０７に代えて、ロボットによる自走式吸引ヘッド３０１からライザーリフトシステム２０２にスラリーを運搬する可撓性ジャンパーホース２０７を使用する。この可撓性ジャンパーホースは、ライザーリフトシステムと吸引ヘッドの間で曳航力を伝達する働きをしない。分散浮力ジュール４０２により、可撓性ジャンパーホース２０７の波状の形が維持される。これにより、ライザーリフトシステム２０２の下部と、トラックに支えられた吸引ヘッド３０１との間の相対運動が可能になる。

別の実施形態のトラック付き運搬機は、図２に示す曳航メカニズムで構成されていてもよい。この場合、水上船から主要推進力を供給するが、トラック４０１を利用して運搬機の動きを制御する。例えば、トラックを用いて土壌の静摩擦と動摩擦の間の差をなくすことにより、不安定なスティックスリップ動作を軽減し得る。これを実行するには、例えば、動力が供給されていないアイドラートラックを使用するか、掘削機が所望の速度で海底を移動するようにトラックを駆動する。

さらに別の実施形態例では、図５に示すように、吸引ブーム５０１を用いて海底堆積物を大量に除去し、鉱石スラリーを生成する。吸引ブーム５０１は、運搬機５０２から伸縮することにより、海底２０９上の堆積物バンクとの係合を維持する。吸引ブーム５０１が堆積物バンクを横切って前後に掃き出すことにより堆積物を除去し、鉱石スラリーを生成する。一例として、図６に掃出しトレーラー吸引ブーム５０１を示す。掃出しの端部で、吸引ブーム５０１が収縮して吸引口６０１を堆積物バンク５０２に引き込む（または押し込む）。吸引口６０１（ボンネット）は、新しい掃出し方向に向きを変える。水噴射器６０２の向きも調整される。または、新しい掃出し方向を向く別の噴射器一式が稼働する。この工程中、運搬機５０２は前進速度を変えないでいるか、最小限にしか変えない。次に、ピボットブーム６０３の掃出し方向が逆になる。ピボットブーム６０３が新しい方向に掃出しを開始すると、吸引ブーム５０１は、運搬機５０２が前進を続けながら堆積物の回収が最適化／最大化するように伸長する。吸引ブーム５０１の掃出し動作の末端に達したら、上記ステップを繰り返す。これにより海底堆積物の掘削が続行される。吸引ブーム５０１は、運搬機５０２の前面に取り付けることも可能であり、運搬機５０２の前面と背面の両方に取り付けることも可能である。ブームが前方に突出する場合、伸長と収縮の手順が逆になる。いくつかの例では、吸引ブーム５０１の端部にある吸引口ヘッド６０１は、海底堆積物の除去を支援する機能を備える。これにより、堆積物を引き込みライザーリフトシステムを通じて水面に持ち上げる作業がいっそう容易になる。図６に、このような機能の一部である水噴射器６０２と機械式オーガー６０４を吸引口６０１に設置する方法の一例を示す。掘削する堆積物の種類に応じて、これらの機能を任意に組み合わせて吸引口に装着したり、これらの機能を任意の向きにすることができる。ある特定タイプの土壌では、オプションの水噴射器が付いた回転式カッターヘッドを吸引ブームに装着してよい。別の例では、水上船またはプラットフォームは、吸引ヘッドを曳航するのでなく静止しているか、または掘削機に対して所望の位置またはウォッチサークル内にある。

さらに別の例では、掘削運搬機は、負の浮力を有し海底上を自走する。このようなシステムの一例を図１０に示す。この例では、海底１００２と係合するアルキメディアン・スクリュー１００１を用いて海底上の掘削運搬機１００７の配置と前進を行う。この例は、海底設置式で安定性が高いので、水噴射器、回転式吸引カーターヘッド、その他の機械式手段というオプションを用いて海底を破砕することが可能になる。吸引ヘッド１００３は、回転式かつ伸長型のブームであってよく、あるいは、バケットホイールやちり取り型浚渫ヘッドのような別の堆積物回収手段であってもよい。運搬機の両側に吸引ヘッド１００３を取り付ければ、回転することなくコースを逆にできる。リフティングライン１００４を使用すれば、ライザー管を撤去せずに運搬機を回収することができる。クローラー１００７とライザーリフトシステム２０２の下端１００６の間にある可撓性ホース１００５を高波形状に構成することにより、ライザーリフトシステム２０２に対するクローラー１００７の垂直位置と水平位置を変更できる。あるいは、アルキメディアン・スクリューの代わりにトラック４０１を用いて掘削運搬機１００７の前進と位置決めを行うこともできる。

生産量の大きいオペレーションのためには、複数の海底装置を用いて生産する必要があり得る。図１１に、４つのクローラー運搬機１００７を用いた実施形態の一例を示す。各運搬機は個別に制御され、可撓性浮揚ホース１１０１を介して共通のライザーリフトシステム２０２に接続している。可撓性ホース１１０１から各運搬機に許容不能な水平力と垂直力がかかることがないよう、４つの運搬機１００７と水上船２０１の移動経路を注意深く制御する必要がある。運搬機１００７を推進するには、トラック、アルキメディアン・スクリュー駆動、スラスターのいずれかを使用することが考えられる。図１１は、深さが異なる掘削対象すなわち「ベンチ」１１０２〜１１０５を示す。このオペレーションを用いて、例えば、表土を除去して、高鉱物含有量の堆積物に近づくためのピットを設け、クローラーを使用するか遠隔操作による上記の大量堆積物除去方法のいずれかを使用することにより、高鉱物含有量の堆積物を掘削することもできる。

海底掘削方法の別の例では、トラック、スキーなどの海底で掘削機を支持する手段は不要である。図７に示す例では、スラリーポンプ／掘削機７０１をケーブル７０８で船２０１から吊り下げ、予め設置されたアンカー７０２を用いて採掘場の周辺に移動し配置する。ポンプ７０１に設けられたウィンチ７０３でアンカー線７０４の長さを調節し、ポンプ７０１を位置決めする。ライザーリフトシステム２０２を通じて鉱石スラリー原料を水上船２０１まで汲み上げ、その後処理する。この例では、廃物７０５が掘削域の直近から離れた領域の海底２０９で廃棄されている。スラリーは、浚渫ヘッドから可撓性ホース７０６を通じてライザーリフトシステム２０２の下端１００６まで搬送される。ホース７０６の長さに沿っていくつかの箇所に浮力要素７０７が置かれ、これによりホース７０６の「高波」形状が維持される。これにより、スラリーポンプ７０１とライザーリフトシステム２０２に解放力をかけることなく、ライザーリフトシステム２０２の下端１００６に対する浚渫器７０１の垂直位置と水平位置を変更することができる。

図８に示す別の実施形態は類似例であるが、吊下げポンプ／掘削機８０２にスラスター８０１が装着されている。この場合、図７に示すウィンチとアンカーでなく、スラスター８０１を用いて吊下げポンプ８０２を採鉱場８０３の周辺を移動させる。掘削機８０２は負の浮力または中立浮力を有してよい。また、採掘作業時の掘削機内の堆積物スラリーの重さを相殺するために、正の浮力を持つ掘削機を使用してもよい。

図７と図８に示す例では、水上船２０１から伸びるケーブル７０８が、水中に沈むポンプ／掘削機の重さを支えている。水上船２０１に設けられたウィンチでケーブル７０８を伸長させることにより、海底２０９におけるポンプの掘削深度を制御する。

図９に示すさらに別の例では、遠隔操作式の海底吸引機（ＲＯＳＳＶ：remotely operated seafloor suction vehicle）９０１を用いて海底堆積物を取り出す。このＲＯＳＳＶは、中立浮力を有する遠隔操作式の吸引機であり、吸引ヘッド９０２と、吸引ヘッドに設けられた噴射撹拌器とが装着されている。堆積物を回収するためのスラリーポンプは、遠隔操作吸引機と一体化していてもよい。あるいは、吸引に耐えるジャンパーホースを使用する場合には、ライザー２０３のリフトポンプ２０４を用いて浚渫ヘッド９０２に吸引流を供給してもよい。図８の例と同様に、吸引機９０１に設けられたスラスター９０３を用いて吸引機９０１の位置を制御する。よって、可撓性ジャンパー７０６とライザー２０３への鉱石スラリーの送り速度も制御される。

吸引機９０１は独自の展開回収システム（ＬＡＲＳ：launch and recovery system）を使用するので、ライザー２０３から独立して配置される。吸引機９０１は自由遊泳性であるため、介在機の必要なしに、スラリー排出ホース／ジャンパー７０６の端部とのドッキングと切り離しを行うことができる。スラスター９０３とポンプを運転するための電力は、別個の電力・データ供給アンビリカル９０４で供給される。

堆積物の最上層が低グレードＲＥＥからなり、その下に高グレードのＲＥＥ鉱床が存在するという状況下では、上層の低グレード物質を（水上でなく）海底の別の場所に汲み出すように掘削システムを再構成することもできる。その一例を図１２に示す。この例では、表層物質を海底の廃物領域に汲み出すため、クローラー運搬機１００７に排出ホース１２０１が装着されている。この場合ライザーリフトシステムが不要であるため、比較的小型の船１２０２のような表面積の小さいプラットフォームから作業できる。別の例を図１３に示す。この例では、表層物質を海底の廃物領域に汲み出すため、吸引ヘッドＲＯＶ１３０１に排出ホース１３０２が装着されている。表土を除去した後は、ライザーリフトシステムを備えた採鉱船をここに移動させ、堆積物を除去して水上で処理する。採掘作業が進行するにつれてピットが残るので、このピットを用いて、採掘および／または処理プラットフォーム／船から海底に戻された低ＲＥＥ表層物質や処理済み廃物を廃棄することもできる。

いくつかの例では、堆積物を大量除去した場所からある程度離れた海底領域に堆積物を分散させるのが好ましい場合もある。例えば、以前に浚渫した場所まで表土を搬送し、ピットを埋め戻すことが望まれる場合などである。別の例として、処理船から戻す廃棄物スラリーの搬送先として所望される処分場所が、現在の作業領域から遠く離れている場合もある。

これを実現する例を図１４に示す。この方法では、クローラー運搬機１４０１がスラリーを生産し、ケーブル１４０３の下端にある吊下げ重り１４０２に搬送する。別の可撓性ホース１４０４は、浮揚セクション１４０５と重りセクション１４０６の長さが交互に現れるように構成されて、一続きの波の形の可撓性パイプ１４０４を形成しており、スラリーは、この可撓性ホース１４０４に移送される。ホース１４０４の端部を海底固定具１４０７に取り付けることにより、最後の波は高波の形になっている。重りセクション１４０６は、ホース１４０４に取り付けられた一定長さの鎖１４０８で構成されていてよい。鎖のサイズと長さを選定する際は、ホースに水が入っている条件下で、鎖が海底より上に浮遊するか鎖のごく一部が海底に接するように選定すればよい。鎖のサイズと長さを選定する際は、ホースにスラリーが充填され重くなっているとき、鎖の一部の長さが海底に接し、ホースの下側部分が海底から一定距離だけ上にあるように選定すればよい。

クローラー１４０１とケーブル１４０３端部のクランプ重り１４０２の間の高波形状を適切に構成し、かつ水上船１４０９の位置を適切に制御することにより、海底クローラー１４０１は、堆積物を海底の固定位置に搬送しながら海底２０９の広い領域をカバーすることができる。海底上の正確な位置に分散した可撓性ホースを追加することで、水平波部の端部にある海底固定具１４０７は分配ハブの働きをすることもできる。同じ水上船により配置された遠隔操作式の運搬機を用いて、海底固定具１４０７およぶ分散ネットワークの位置を調整してもよい。

別の例では、上記海底固定具は、例えばスラリーを水上に揚げる前に濃縮する処理設備で構成されていてもよい。別の実施形態では、海底固定具は、堆積物を水上に揚げる必要なしに、堆積物から有用鉱物を除去し抽出できる処理設備で構成されていてもよい。濃縮形態の鉱物を、ライザーリフトシステムを用いて水上の別個の処理船またはプラットフォームに搬送してもよい。

別の実施形態では、処理船から送られる廃物流の導管の働きをするライザーリフトシステム２０２の一方の端に、海底の波形可撓性ホース１４０４を接続してもよい。この場合、海底の波形可撓性ホース１４０４は、廃物流スラリーを指定の処分地点まで搬送することになる。

いくつかの例では、海底から堆積物を回収し、上述の鉱石スラリーとして水上船２０１上の処理システムに搬送する。図１５に、船上レアアース元素処理システムのフローチャートの一例を示す。この船上処理プラント例では、原料調製回路／システム１５０２、浸出回路／システム１５０４、回収回路／システム１５０７、残留物処理回路／システム１５０８、樹脂剥離回路／システム１５１３、および沈殿回路／システム１５１５において、堆積物鉱石スラリーを処理する。

図１７に、原料調製回路と浸出回路の例を示す。調製の第１ステップは、回収作業から輸送を経て存続している堆積物の塊を粉砕し、後続処理に適応できない大型の固体粒子を除去することである。この目的で一般に使われる機器は、回転式ワッシャーまたはトロンメル１７０１と呼ばれる横型、回転式、円筒形の篩である。スラリーの大部分は、円筒壁を構成する篩の網目を通過して流れるが、大きすぎて通過できない塊は、篩の回転により上昇して篩に戻る。この動作と高圧水噴射を連動させて塊を粉砕する。トロンメル１７０１は少し傾斜しているので、粉砕されない塊は、篩の端から排出される。この段階で残っている塊は破棄される。回転式ワッシャーの篩を通過して流れたスラリーは、さらにサイズで分類され、約０．２ｍｍより大きい粒子は除去される。その後、この粗大粒子１７０５は破棄してよい。この作業で一般に使われる装置は、振動篩１７０２である。サイズが０．２ｍｍを超える粒子は、下流の処理設備においてスラリーから離れて留まる傾向があり、作業とメンテナンス上の問題となると考えられる。

微粒子の形で調製された鉱石スラリーは浸出回路に流れる。浸出回路では、複数の浸出タンク１７０３が一続きに配置され、ある浸出タンクの生成物が次の浸出タンクに流れるようになっている。微粒子は自重で流すことができるが、１つ以上のポンプ１７０８を用いて流すこともできる。数個の浸出タンクを使用することにより、各タンクのサイズをさほど大型化せず、かつ、ほぼ同一の時間中にスラリー内の全粒子から確実に浸出することができる。塩酸、塩酸以外の適切な浸出剤、または複数の浸出剤化学物質の組み合わせ１７０４を第１浸出タンク１７０３に添加し、必要に応じて他の浸出タンクにも添加して、浸出処理全体で酸の強度を維持する。酸強度を維持し全スラリーの浸出時間を最大化することにより、堆積物からレアアース元素を最高レベルで溶解（抽出／浸出）させることができる。

浸出タンク１７０３内のスラリーは腐食しやすくなるので、浸出タンク１７０３を化学的耐性のあるゴムで裏打ちし、撹拌機構を化学的耐性のあるゴムでコーティングしてよい。このゴムコーティングの主目的は、タンクと撹拌器の材料が腐食するのを防止することであるが、堆積物中に研磨粒子が存在する場合には、ゴムコーティングによって耐摩耗性も得られる。代わりに、浸出タンク１７０３をステンレススチール、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、または他の適切な材料で製造してもよく、裏打ちは適宜あってもなくてもよい。

スラリーはたいてい低温であり、浸出はこのスラリーの温度で行われる。浸出および樹脂充填反応の動態にとって温度は重要なパラメータであるため、反応器のサイズと必要な船上面積を最小化するには、浸出容器１７０３を電気または蒸気により過熱することが望ましいと考えられる。これは、鉱石スラリーが海底での予想温度２℃を大きく超えるまで温まっている可能性がほとんどないからである。スラリーが回路内のタンク間を確実に流れるようにするには、何らかの準備が必要である。一般的なシステムでは、スラリーが一続きのタンク内を重力で流れるようにタンクを配置する。タンク全体の総降下量に限りがあることから、必要に応じて、浸出タンクに複数のバンク（隆起）を設置してもよい。この場合、ポンプにより、バンク内の高さが低いタンクから隣のバンクの高いタンクへとスラリーを移送することができる。

船上で利用するには、特別に設計された処理船の船艙内に浸出タンクを設置でき、あるいは、船上利用のために改造されたバルクキャリアや石油タンカーに設置することも可能である。この場合、タンク間を重力で流すことができないため、特別な撹拌インペラーを用いたポンプシステムまたは外部に搭載されたポンプを使って、スラリーをタンク間で移動させる必要がある。ポンプシステムがあれば、船の縦揺れや横揺れのときも流れを維持することができる。

図１８に、一続きの浸出タンク１７０３、スラリーをタンク間で運搬するためタンク間に設けられたポンプ１８０１、および撹拌器１８０２の例を示す。安定性および制御された混合を確保するには、船上の浸出タンクは通常、自由表面がない状態で上端まで満たされているべきである。これにより、船上のバラストタンクや液体貨物タンクでの優れた実践と同様に、液体の揺れ動きを防止できる。タンクの過度な加圧を防止するため、スタンドパイプ１８０３または通気管が必要である。スタンドパイプの高さにより、各タンクの最大圧力が制限される。浸出剤１７０４、システムに送られる調製済み鉱石スラリー１７０７、および浸出スラリーの出力部１７０６が設けられている。

浸出タンク配列の別の実施形態を図１９に示す。この実施形態では、タンク同士がスラリーバルブ１９０１で相互接続されており、スラリーバルブ１９０１を調整することでタンク間の流れを調節することができる。このため、タンク間に別個のポンプ１８０１を設ける必要がなくなる。スラリーバルブ１９０１内の圧力降下を抑えるためポンプ圧力を追加供給するには、スラリー送りポンプが有用である。図１９のスタンドパイプ１８０３の液面から分かるように、第１タンク内の圧力が最も高く、第２タンク、第３タンクへと進むにつれて圧力が低下している。

図１４の例に示すように、浸出後のスラリーはレジン・イン・パルプ（Ｒｅｓｉｎ−Ｉｎ−Ｐｕｌｐ）回収システム１５０７に汲み出され、イオン交換樹脂ビーズにより浸出溶液からレアアース元素が吸収される。レジン・イン・パルプ（Ｒ−Ｉ−Ｐ）回路１５０７の一例の概略図を図２０に示す。

レジン・イン・パルプ回路で一般に使われている機器の一種に、Ｐｕｍｐ−Ｃｅｌｌ（商標）技術を用いたカルーセルシステムがある。Ｐｕｍｐ−Ｃｅｌｌ（商標）は、特殊な撹拌器２００２を備えた円形の混合タンク２００１である。撹拌器２００２の上部は篩に囲まれ、篩の内側に特殊なインペラーがある。下側インペラーがタンク内のスラリーを撹拌する。篩を設けることにより、樹脂ビーズ（そのサイズは鉱石スラリー堆積物中の最大粒子より大きい）がタンク内にとどまる。上側インペラーは持上げと汲上げの動作を提供する。これにより、スラリーを回路内の同じ高さにある別のタンクに移送できる。このようなタンク数個（通常は６〜１０個）と、システム内のフローパターンを変更できる原料分散システムと併せて配置することにより、カルーセルシステムが形成される。

船上利用の場合、船艙内のパッキングをより簡便にするようにＲ−Ｉ−Ｐタンクを改造することもできる。典型的なタンクは、８×８メートル、高さ１２メートル、または１０×１０メートル、高さ１５メートルの正方形である。加えて、船上オペレーションの場合、上記浸出タンクと同じ方法でタンクの充填と通気を行うことになる。また、液量の変化に対応するようにタンクに可動式天板を設けることも可能であり、自由表面の影響を制限するためにタンク内容物上に浮遊する天板を設けることもできる。

図２０に示すカルーセルＲ−Ｉ−Ｐシステムの例では、貴浸出スラリー１７０６が一続きのレジン・イン・パルプタンク２００１内を流れる。この例では、浸出回路１５０４から送られた貴浸出スラリー１７０６は、最初に、すでに容量近くまでレアアース元素が充填されている先頭タンク２００１−Ａ内の樹脂と接触する。スラリーの流れが後続のタンクに進むにつれて、樹脂に対する充填の度合いが小さくなる。最終タンク２００１−Ｂでは、剥離されたばかりの「新鮮」な樹脂にスラリーが流れる。この向流接触により、先頭タンク２００１−Ａにおいて樹脂がレアアース元素を最大限に吸収し、最終タンク内の樹脂が最後に残ったレアアース元素を充填して、現在の貧浸出スラリー２００３から大部分のレアアース元素を回収する。ポンプ２００４を使用することにより、スラリーと樹脂をレジン・イン・パルプシステム内で移動させることができる。

図１５に示す例では、最終のＲ−Ｉ−Ｐ Ｐｕｍｐ−Ｃｅｌｌ（商標）から中和回路１５０８に貧浸出スラリー２００３が移送される。中和回路１５０８では、化学物質（例えば、浸出剤が塩酸である場合は水酸化ナトリウム）を添加して残留塩酸を中和する。中和後、スラリーのｐＨは局所環境のｐＨと一致する。水酸化ナトリウムと塩酸との反応で塩化ナトリウムが生成される。その結果、スラリー中の水の塩分が多少上昇し得る。堆積物粒子を塊にして廃棄後の短時間に静止させる目的で、スラリーに凝集剤を添加してもよい。

図１５に示すように、充填されたイオン交換樹脂ビーズは、レジン・イン・パルプ回路１５０７からイオン交換溶離回路型の回収／樹脂剥離回路１５１３に移送される。樹脂剥離（溶離）システムの一例として、ウラン工業で広く利用されている一括降圧流型システムが挙げられる。このシステムでは、一定量の充填樹脂１５１２をスラリーの形で第１溶離容器２１０５に充填する。第１溶離容器２１０５は、水泳プールで使われるサンドフィルターのように構成されているが、砂の代わりに樹脂を床として使用する。樹脂を配置したら、樹脂床を通過するように剥離液（溶離剤）２１０１を下向きにポンピングして、樹脂を剥離する。通常、３回分の溶離剤をポンピングにより連続的に樹脂に通す。通常、１回分の溶離剤の体積は、容器内の樹脂床全体（空隙を含む）の３倍である。あるいは、図２１に示すように、複数の剥離タンクで樹脂剥離を行うこともできる。

溶離剤は、一定量ずつ向流に供給される。溶離剤は、リッチ（豊富）２１０２、リーン（希薄）２１０３、フレッシュ（新鮮）２１０４の三種類で表現されることが多い。最初に、第１樹脂剥離タンク２１０５において、Ｒ−Ｉ−Ｐ回路１５０７から送られた充填樹脂に対してリッチ溶離剤２１０２が使われる。これにより樹脂からレアアース元素の一部が除去されて、（すでにレアアース元素をいくらか含んでいる）リッチ溶離剤は、さらに濃度が増す。得られた溶液が貴溶離剤１５１４と呼ばれるものであり、貴溶離剤１５１４は沈殿回路１５１５に移送される。第２樹脂剥離タンク２１０６において、「リーン」（希薄）溶離剤２１０３を用いた第２段階の剥離が行われ、樹脂からレアアース元素の別の一部分が除去されて、リッチ溶離剤２１０２となる。第３樹脂剥離タンク２１０７において、新しく混合した溶離剤２１０４を用いた最終段階の剥離が行われ、樹脂から残りのレアアース元素が完全に除去されて、リーン（希薄）溶離剤２１０３となる。被剥離樹脂１５０９をすすぎ、必要に応じて化学的性質を調整する処置を行ってから、Ｒ−Ｉ−Ｐ回路１５０７に戻す。

貴溶離剤１５１４は沈殿回路１５１５に移送される。沈殿回路では、貴溶離剤１５１４の化学的性質を調整してレアアース元素を沈殿させることができる。一般的な方法の一つは、シュウ酸を添加することによりレアアースシュウ酸塩を沈殿させることである。この操作は、一括で行っても連続的に行ってもよい。レアアース沈殿物から液体を除去するには、フィルタープレス等の固液分離装置が必要である。液体を除去した後は、レアアース沈殿物をバルク袋に詰めて保管し、定期的移送により陸上施設まで運搬できる。

船上処理の別の例では、図１６に示すように、原料調製の後、調製済み鉱石スラリーを固液分離システム／回路１６０１で脱水する。脱水により浸出回路での固体濃度が高くなるので、浸出溶液中の特定の酸濃度達成に必要な試薬の総量を減らすことができる。通常、この作業は濃縮タンクにおける重力沈降により行われる。船上処理のための他のタンクについて論じているように、この濃縮タンクも、自由表面の影響を低減するため固定天板、可動天板、浮遊天板、およびスタンドパイプを有してよい。濃縮タンクは船の動きに影響されることがあるので、別の実施形態では、液体サイクロンおよび／または遠心分離器を含む処理により脱水生成物を生産する。鉱物は、ある一定範囲の粒子サイズに最も多く存在する。この脱水システムは、ある特定の物質サイズより大きい粒子と小さい粒子を排除するように適合されている。最大割合の有用鉱物を捕捉し、かつ高レベルの脱水を達成できるように「カットサイズ」を選定する。遠心分離器を用いることにより、含水率が非常に低い、適切なサイズ分布の湿潤物質が得られる。さらなる実施形態では、真空フィルターまたは加圧フィルターを使用することもできる。

脱水システムを使用した場合、通常、効果的に浸出させるには濃度が高すぎる（固体濃度が高すぎる）脱水生成物が生産される。したがって、浸出に最適なスラリー密度になるように脱水生成物を希釈する必要がある。過度に高濃度のスラリーを希釈する方法の一つとして、固液分離システムで除去された液体の一部を再使用することが挙げられる。あるいは、高濃度のスラリーを温かい表層水で希釈して、比較的温かい鉱石スラリーに調製することもできる。この場合、比較的高速に浸出される可能性がある。掘削機の表面またはライザーの下端に、脱水機器とサイズ選別機器を設置することもできる。

図２２に示す別の例では、レジン・イン・パルプ回路１５０７で浸出剤溶液２２０４を回収した後、貧浸出スラリーを脱水回路２２０２に移送する。この例では、回収した浸出剤（浸出溶液）２２０４を用いて、上記のように浸出回路に送られる脱水後の原料を希釈することにより、必要な酸試薬の量を低減する。本処理の運用コストの中で試薬費用は大きな要素であるため、この実施形態は、本処理の経済性にとって有意に有益であり得る。

別の例として、浸出スラリーを脱水することにより、透明な貴液／貴浸出溶液（すなわち、固体粒子が除去された所望の元素を含む溶液）を生成し、樹脂を用いたイオン交換または液体溶媒を用いた溶媒抽出によりレアアース元素を回収することが挙げられる。浸出後のスラリー固体を、重力濃縮器もしくは遠心分離器を用いた向流デカンテーション、または真空フィルターもしくは加圧フィルターを用いた向流濾過等のシステムで洗浄して、溶解している有用物質を全て回収することができる。この例は、浸出後の残留固体を高濃度スラリーの形で生産できるので、環境影響の低い廃棄をする上で望ましいと考えられる。貧浸出液の一部を上記のように浸出回路の開始時に再使用できるが、この場合、洗浄回路で洗浄水を添加しているので、希釈度が比較的高くなる。

Ｒ−Ｉ−Ｐ処理後、または何らかの他のシステムで透明溶液からレアアース元素を回収する前に脱水を行う場合、浸出液の希釈および／または有害元素の存在が原因で、試薬を最大限に保存するための酸回収システムが必要となり得る。イオン交換または溶媒抽出をベースとするシステムを使用することにより、希薄溶液から塩酸を回収して強度と純度を改善することができる。蒸留システムも、塩酸を再使用できるように塩酸を改善し精製する手段となり得る。

加えて、イオン交換と溶媒抽出を組み合わせることにより、鉱石スラリーからリン酸塩を回収し得る。レアアース元素を取り出すため浸出剤として酸を使用した場合、リン酸が生成される。有意量のレアアース元素を含有する堆積物に、リン酸塩を有するアパタイト鉱物が存在することが知られている。酸は、アパタイトと反応してリン酸を生成する。

リン酸塩を回収するには、レアアース元素を回収するのと同様の方法で、適切なイオン交換樹脂（ビーズ形態）による一次イオン交換システムを用いて浸出スラリーまたは透明な浸出溶液を処理することが考えられる。市場に出すリン酸製品を生産するには、おそらく追加のイオン交換および溶媒抽出の段階が必要である。船上で中間生成物を生産してから、陸上施設で後続の改良段階を実施してもよい。

Claims (168)

1. 海底から所望の物質を回収するためのシステムであって、
   水上船と、
   海底から所望の物質を含有する鉱石スラリーを生成するように適合された、海底上の掘削機と、
   前記掘削機と前記水上船とに接続したリフトシステムであって、前記掘削機から前記水上船上のリフトシステム出力部まで前記鉱石スラリーを運搬するように適合されたリフトシステムと、
   前記水上船上にあり、前記リフトシステム出力部に接続した原料調製回路であって、前記鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された原料調製回路と、
   前記水上船上にあり、前記原料調製回路に接続した浸出回路であって、浸出剤を用いて前記鉱石スラリーからの前記所望の物質を溶解して、貴浸出スラリーを生産するように適合された浸出回路と、
   前記水上船上にあり、前記浸出回路に接続した回収回路であって、イオン交換樹脂を用いて前記貴浸出スラリーから前記所望の物質を回収して、充填樹脂と浸出廃棄物とを生産するように適合された回収回路と、
   前記水上船上にあり、前記回収回路に接続した残留物処理回路であって、前記浸出廃棄物を中和するように適合された残留物処理回路と、
   前記水上船上にあり、前記回収回路に接続した樹脂剥離回路であって、溶離剤を用いて前記充填樹脂から前記所望の物質を剥離して、貴溶離剤と被剥離樹脂とを生産するように適合された樹脂剥離回路と、
   前記水上船上にあり、前記樹脂剥離回路に接続した沈殿回路であって、沈殿剤を用いて前記貴溶離剤から前記所望の物質を沈殿させて、前記所望の物質と貧溶離剤とを生産するように適合された沈殿回路とを含む
   システム。
2. 前記水上船上にあり、前記回収回路に接続した浸出剤リサイクル回路であって、前記浸出廃棄物から固体廃棄物を除去して、貧浸出溶液と濃縮浸出廃棄物とを生産するように適合された浸出剤リサイクル回路をさらに含み、
   前記貧浸出溶液は前記浸出回路において再使用され、濃縮廃棄物は前記残留物処理回路に送られる
   海底から所望の物質を回収するための請求項１に記載のシステム。
3. 前記被剥離樹脂の実質的に全部が前記回収回路において前記イオン交換樹脂として再使用される
   海底から所望の物質を回収するための請求項１に記載のシステム。
4. 前記原料調製回路は、前記調製済み鉱石スラリーから過剰な水と微粒子とを除去するように適合された脱水回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
5. 前記掘削機上の脱水回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
6. 前記掘削機上の海中原料調製回路であって、前記鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された海中原料調製回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項５に記載のシステム。
7. 前記リフトシステムの下端にある脱水回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
8. 前記掘削機上の海中原料調製回路であって、前記鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するように適合された海中原料調製回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項７に記載のシステム。
9. 前記原料調製回路はリン酸塩回収回路をさらに含む
   海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
10. 前記原料調製回路は、回転する篩と振動する篩をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
11. 前記原料調製回路は、堆積物の塊を破砕するように適合された水噴射器をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
12. 前記原料調製回路は、堆積物の塊を破砕するように適合された破砕器をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
13. 前記原料調製回路は、磁気分離器をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
14. 前記浸出回路は、調製済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクへと移動できるように先頭浸出タンクから最終浸出タンクまで配列している一続きの浸出タンクと、前記一続きの浸出タンクの中にある撹拌器とをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
15. 前記一続きの浸出タンクは、前記調製済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクまで重力で流れるように、異なった高さに配置されている
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
16. 前記一続きの浸出タンクは、前記調製済み鉱石溶液が浸出タンクから次の浸出タンクに汲み出されるようにポンプで接続されている
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
17. 前記ポンプは前記浸出タンクの内部にある
    海底から所望の物質を回収するための請求項１６に記載のシステム。
18. 前記ポンプは前記浸出タンクの外部にある
    海底から所望の物質を回収するための請求項１６に記載のシステム。
19. 前記浸出タンクは、自由表面の影響を低下させるように適合されたバッフルを有する
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
20. 前記浸出タンクは、自由表面の影響を防ぐためタンクが満杯になるようにする固定天板を有する
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
21. 前記浸出タンクは、前記タンクの内容物上を浮遊することにより自由表面の影響を制限するように適合された可動天板を有する
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
22. 前記浸出タンクは、前記タンクが満杯の時に前記タンクの過度な加圧を制限するための通気管を有する
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
23. 前記浸出剤は前記先頭浸出タンクに添加される
    海底から所望の物質を回収するための請求項１４に記載のシステム。
24. 前記浸出剤は複数の前記一続きの浸出タンクに添加される
    海底から所望の物質を回収するための請求項２３に記載のシステム。
25. 前記浸出剤は鉱酸である
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
26. 前記浸出剤は有機酸である
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
27. 前記浸出剤は鉱酸と有機酸の組み合わせである
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
28. 前記イオン交換樹脂は、前記貴浸出スラリー内の実質的に全部の粒子よりも大きい樹脂ビーズを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
29. 前記回収回路は、
    前記貴浸出スラリーが樹脂接触タンクから次の樹脂接触タンクへと移動できるように先頭樹脂接触タンクから最終樹脂接触タンクまで配列している一続きの樹脂接触タンクと、
    前記一続きの接触タンクの中にある撹拌器とを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
30. 前記回収回路はレジン・イン・パルプ（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｐｕｌｐ）システムを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
31. 前記回収回路はレジン・イン・リーチ（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｌｅａｃｈ）システムを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
32. 前記回収回路はレジン・イン・カラム（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｃｏｌｕｍｎ）システムを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
33. 前記貴浸出スラリーと前記イオン交換樹脂は向流接触する
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
34. 前記充填樹脂と前記浸出廃棄物は機械的に分離される
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
35. 前記充填樹脂と前記浸出廃棄物は篩を用いて分離される
    海底から所望の物質を回収するための請求項２８に記載のシステム。
36. 前記残留物処理回路は、
    前記浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクへと移動できるように先頭残留物処理タンクから最終残留物処理タンクまで配列している一続きの残留物処理タンクと、
    前記一続きの残留物処理タンクに残留物処理剤を添加するように適合された残留物処理注入器と、
    前記一続きの残留物処理タンクの中にある撹拌器とをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
37. 前記一続きの残留物処理タンクは、前記浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクまで重力で流れるように、異なった高さに配置されている
    海底から所望の物質を回収するための請求項３６に記載のシステム。
38. 前記一続きの残留物処理タンクは、前記浸出廃棄物が残留物処理タンクから次の残留物処理タンクに汲み出されるようにポンプで接続されている
    海底から所望の物質を回収するための請求項３６に記載のシステム。
39. 前記樹脂剥離回路は、
    前記溶離剤が剥離タンクから次の剥離タンクへと移動できるように先頭剥離タンクから最終剥離タンクまで配列している一続きの剥離タンクと、
    前記一続きの剥離タンクの中にある撹拌器とをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
40. 前記沈殿回路は撹拌沈殿タンクを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
41. 前記沈殿回路は、前記貧溶離剤から前記所望の物質を分離するための脱水システムをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
42. 前記脱水システムはフィルタープレスである
    海底から所望の物質を回収するための請求項４１に記載のシステム。
43. 前記沈殿剤はシュウ酸である
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
44. 前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
45. 前記沈殿回路に接続したバルク袋詰めシステムであって、輸送のため前記所望の物質を袋詰めするように適合されたバルク袋詰めシステムをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
46. 前記リフトシステムはライザーを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
47. 前記リフトシステムは水中ポンプを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
48. 前記リフトシステムはエアリフトを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
49. 前記ライザーは硬質パイプを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
50. 前記ライザーは可撓性パイプを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
51. 前記ライザーは、互いに接続した硬質パイプと可撓性パイプとを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
52. 前記水上船は前記海底に対して動的に位置付けられる
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
53. 前記掘削機は吸引ヘッドを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
54. 前記掘削機はカッター吸引ヘッドを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
55. 前記掘削機は、前記吸引ヘッドの近くにある水噴射器を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
56. 前記掘削機は、負の浮力を有し、前記海底に支えられている
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
57. 前記掘削機は、前記ライザーを用いて前記水上船により曳航される
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
58. 前記掘削機は、前記掘削機への操舵力を提供するように適合された調整可能な舵を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
59. 前記掘削機は、前記掘削機への操舵力を提供するように適合された調整可能な曳航点を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
60. 前記掘削機は操舵スラスターを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
61. 前記掘削機は掃出し吸引ヘッドアームを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
62. 前記掘削機は掃出し伸長吸引ヘッドアームを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
63. 前記掘削機はオーガーを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
64. 前記吸引ヘッドの吸引は前記リフトシステムにより提供される
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
65. 前記掘削機は、堆積物を前記吸引ヘッドの方向に進めるためのフードを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
66. 前記掘削機は、吊下げシステムにより水面から吊り下げられた負の浮力を有する掘削機を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５３に記載のシステム。
67. 前記吊下げシステムは、前記海底に対する前記掘削機の垂直位置を制御する
    海底から所望の物質を回収するための請求項６６に記載のシステム。
68. 前記掘削機は、
    本体と、
    前記本体と前記吸引ヘッドとの間の可撓性ジョイントと、
    前記吸引ヘッドの前記海底上の位置を維持するように適合された、前記吸引ヘッドにある補助機能（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｅａｔｕｒｅ）とを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
69. 前記補助機能は床板を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項６８に記載のシステム。
70. 前記補助機能はスキッドを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項６８に記載のシステム。
71. 前記掘削機は前記海底に支えられ、アルキメディアン・スクリューにより推進される
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
72. 前記掘削機は前記海底に支えられ、トラックにより推進される
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
73. 前記掘削機はスキッドにより前記海底に支えられ、スラスターにより推進される
    海底から所望の物質を回収するための請求項５６に記載のシステム。
74. 前記掘削機は、スラスターを用いて垂直方向および水平方向に位置付けられ、中立浮力を有する掘削機である
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
75. 前記水上船と前記掘削機との間のアンビリカル接続部をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
76. 前記アンビリカル接続部は、前記水上船から配置された電力・データアンビリカルを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項７５に記載のシステム。
77. 前記リフトシステムは、前記掘削機を前記ライザーの下端に接続する可撓性ジャンパーホースをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項４６に記載のシステム。
78. 前記ジャンパーホースは、正の浮力と負の浮力が交互に切り替わるセクションを有する
    海底から所望の物質を回収するための請求項７７に記載のシステム。
79. 前記リフトシステムは、前記ジャンパーホースと前記ライザーの間の収集点をさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項７７に記載のシステム。
80. 前記リフトシステムは、前記収集点の近くにあるブースターポンプをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項７９に記載のシステム。
81. 前記収集点から前記海底上の廃物排出領域まで伸びている表土排出ホースをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項７９に記載のシステム。
82. 前記掘削機は複数の掘削機を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
83. 前記リフトシステムは、上端が前記水上船に接続するライザーと、上記複数の掘削機の各々を前記ライザーの下端に接続するジャンパーホースとを含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項８２に記載のシステム。
84. 前記掘削機は、前記海底に対して個別に位置付けることのできる複数の掘削機を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
85. 前記残留物処理回路に接続した排出システムであって、前記浸出廃棄物を海洋に排出するように適合された排出システムをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
86. 前記排出システムは水中排出口を含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項８５に記載のシステム。
87. 前記掘削機に接続した廃物排出ホースであって、前記掘削機から前記海底上の廃物領域に排出するように適合された廃物排出ホースをさらに含む
    海底から所望の物質を回収するための請求項３に記載のシステム。
88. 海底から所望の物質を回収する方法であって、
    海底から所望の物質を含有する鉱石スラリーを生成するステップと、
    前記鉱石スラリーを水上船まで運搬するステップと、
    前記鉱石スラリーを処理して、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる調製済み鉱石スラリーを生産するステップと、
    浸出剤を用いて前記調製済み鉱石スラリーから前記所望の物質を浸出して、貴浸出スラリーを生産するステップと、
    イオン交換樹脂を用いて前記貴浸出スラリーから前記所望の物質を回収して、充填樹脂と浸出廃棄物とを生産するステップと、
    残留物処理剤を添加することにより前記浸出廃棄物を中和するステップと、
    溶離剤を用いて樹脂から前記所望の物質を剥離して、貴溶離剤と被剥離樹脂とを生産するステップと、
    沈殿剤を用いて前記貴溶離剤から前記所望の物質を沈殿させるステップとを含む
    方法。
89. 前記浸出廃棄物から固体廃棄物を除去して、貧浸出溶液と濃縮浸出廃棄物とを生産することと、
    前記貧浸出溶液を、浸出のための前記浸出剤の少なくとも一部分として再使用することとをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項８８に記載の方法。
90. 貧浸出溶液を、浸出のための前記浸出剤の過半数部分として再使用することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項８８に記載の方法。
91. 前記被剥離樹脂の実質的に全部を、回収のための前記イオン交換樹脂として再使用することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項８８に記載の方法。
92. 前記鉱石スラリーを生成するステップは、前記海底上の掘削機の近くで前記スラリーを脱水することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項８９に記載の方法。
93. 前記鉱石スラリーを生成するステップは、前記掘削機上で処理を行って、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる初期調製済み鉱石スラリーを生産することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９２に記載の方法。
94. 前記鉱石スラリーを生成するステップは、リフトシステムの下端で前記スラリーを脱水することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項８９に記載の方法。
95. 前記鉱石スラリーを生成するステップは、前記リフトシステムの下端で処理を行って、海水と所望のサイズ範囲内の固体粒子とから本質的になる初期調製済み鉱石スラリーを生産することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９４に記載の方法。
96. 原料調製回路はリン酸塩回収回路をさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
97. 前記鉱石スラリーを処理するステップは、前記鉱石スラリーを脱水して、前記調製済み鉱石スラリーから過剰な水と微粒子とを除去することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
98. 前記鉱石スラリーを処理するステップは、前記鉱石スラリー中の堆積物の塊を破砕することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
99. 前記鉱石スラリーを処理するステップは、前記鉱石スラリーから混入鉄系金属を磁気的に分離することをさらに含む
    海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
100. 浸出ステップは、
     前記調製済み鉱石スラリーを先頭浸出タンクから最終浸出タンクまでの一続きの浸出タンクに流すことと、
     前記一続きの浸出タンク内で前記鉱石スラリーと浸出剤とを撹拌することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
101. 前記調製済み鉱石スラリーは浸出タンクから次の浸出タンクへと重力で流れる
     海底から所望の物質を回収する請求項１００に記載の方法。
102. 前記調製済み鉱石スラリーは浸出タンクから次の浸出タンクへとポンピングにより流れる
     海底から所望の物質を回収する請求項１００に記載の方法。
103. 前記浸出ステップは、自由表面の影響を制限するため、前記浸出タンクの天板を前記タンクの内容物上に浮遊させることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１００に記載の方法。
104. 前記浸出ステップは、前記先頭浸出タンクに前記浸出剤を添加することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１００に記載の方法。
105. 前記浸出ステップは、複数の前記一続きの浸出タンクに前記浸出剤を添加することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１００に記載の方法。
106. 前記浸出剤は鉱酸である
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
107. 前記浸出剤は有機酸である
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
108. 前記浸出剤はアンモニウム塩である
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
109. 前記浸出剤は鉱酸と有機酸の組み合わせである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
110. 前記浸出剤は鉱酸とアンモニウム塩の組み合わせである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
111. 前記浸出剤は鉱酸、有機酸、およびアンモニウム塩の組み合わせである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
112. 前記イオン交換樹脂は、前記貴浸出スラリー内の実質的に全部の鉱石粒子よりも大きい樹脂ビーズを含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
113. 回収ステップはレジン・イン・パルプ（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｐｕｌｐ）工程を含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
114. 回収ステップはレジン・イン・リーチ（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｌｅａｃｈ）工程を含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
115. 回収ステップはレジン・イン・カラム（ｒｅｓｉｎ ｉｎ ｃｏｌｕｍｎ）工程を含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
116. 回収ステップは、
     前記貴浸出スラリーを先頭樹脂接触タンクから最終樹脂接触タンクまでの一続きの樹脂接触タンクに流すことと、
     前記一続きの樹脂接触タンク内で前記貴浸出スラリーと樹脂とを撹拌することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
117. 回収ステップは、前記貴浸出スラリーと前記イオン交換樹脂を向流接触させるように配置することを含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
118. 回収ステップは、前記充填樹脂と浸出廃棄物とを機械的に分離することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
119. 前記充填樹脂と前記浸出廃棄物は篩を用いて分離される
     海底から所望の物質を回収する請求項１１２に記載の方法。
120. 中和ステップは、
     前記浸出廃棄物を、先頭残留物処理タンクから最終残留物処理タンクまでの一続きの残留物処理タンクに流すことと、
     前記一続きの残留物処理タンクに前記残留物処理剤を添加することと、
     前記一続きの残留物処理タンクにおいて前記浸出廃棄物を撹拌することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
121. 前記浸出廃棄物は残留物処理タンクから次の残留物処理タンクへと重力で流れる
     海底から所望の物質を回収する請求項１２０に記載の方法。
122. 前記浸出廃棄物は残留物処理タンクから次の残留物処理タンクへとポンピングにより流れる
     海底から所望の物質を回収する請求項１２０に記載の方法。
123. 中和ステップは、前記浸出廃棄物に凝集剤を導入することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
124. 剥離ステップは、
     前記充填樹脂を一続きの剥離タンク内に配置することと、
     前記溶離剤を、最終剥離タンクから先頭剥離タンクまでの前記一続きの剥離タンクに流すこととをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
125. 沈殿ステップは撹拌沈殿タンクを含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
126. 沈殿ステップは、貧溶離剤から前記所望の物質を分離するために脱水することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
127. 前記脱水はフィルタープレスにより行われる
     海底から所望の物質を回収する請求項１２６に記載の方法。
128. 前記沈殿剤はシュウ酸である
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
129. 前記沈殿剤は炭酸ナトリウムである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
130. 前記沈殿剤は重炭酸ナトリウムである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
131. 前記沈殿剤は水酸化ナトリウムである
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
132. 輸送のため前記所望の物質をバルク袋詰めすることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
133. 掘削機を用いて前記鉱石スラリーを生成することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
134. 前記水上船を動的に位置付けることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
135. 前記水上船を前記海底に対して動的に位置付けることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３４に記載の方法。
136. 前記海底上の移動点に対して前記水上船を動的に位置付けることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３４に記載の方法。
137. 前記掘削機に対して前記水上船を動的に位置付けることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３４に記載の方法。
138. 前記水上船を所定のウォッチサークル内に維持することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３４に記載の方法。
139. 前記水上船を前記海底に対する所定のウォッチサークル内に維持することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３８に記載の方法。
140. 前記水上船を前記掘削機に対する所定のウォッチサークル内に維持することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３８に記載の方法。
141. 前記水上船を前記海底上の移動点に対する所定のウォッチサークル内に維持することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３８に記載の方法。
142. 前記掘削機を所定の経路に沿って移動させることと、
     前記水上船を前記掘削機に対する所定のウォッチサークル内に維持することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３５に記載の方法。
143. 前記水上船の移動により前記掘削機を曳航することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３５に記載の方法。
144. 前記水上船の移動によりライザーを通じて前記掘削機を曳航することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４３に記載の方法。
145. 舵を用いて前記掘削機を操舵することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４３に記載の方法。
146. 前記掘削機上の曳航点を調整することにより前記掘削機を操舵することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４３に記載の方法。
147. アイドラートラックを用いて前記掘削機と前記海底との間の摩擦を低下させることをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４３に記載の方法。
148. 前記海底に対する前記掘削機の所望の速度に合わせるために、前記アイドラートラックに動力供給することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４７に記載の方法。
149. 海底堆積物を撹拌することにより前記鉱石スラリーを生成することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
150. 前記海底堆積物は水噴射器により撹拌される
     海底から所望の物質を回収する請求項１４９に記載の方法。
151. 前記海底堆積物は機械式カッターヘッドにより撹拌される
     海底から所望の物質を回収する請求項１４９に記載の方法。
152. 吸引ヘッドの近くで海底堆積物を撹拌するカッターヘッドと水噴射器とを有する掘削機を用いて、前記鉱石スラリーを生成することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１４９に記載の方法。
153. 上端が水上船に取り付けられたライザーを用いて、前記鉱石スラリーを前記水上船まで運搬することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
154. ジャンパーホースを用いて前記鉱石スラリーを前記掘削機から前記ライザーまで運搬することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１５３に記載の方法。
155. 複数の独立した掘削機を用いて前記鉱石スラリーを生成することと、
     前記水上船に取り付けられた上端と、下端とを有するライザーを用いて、前記鉱石スラリーを前記複数の掘削機から前記水上船まで運搬することと、
     対応する複数のジャンパーホースを用いて、前記鉱石スラリーを前記複数の掘削機から前記ライザーの前記下端まで運搬することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
156. アンビリカルを通じて水面から前記掘削機を制御することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
157. 前記アンビリカルを通じて水面から前記掘削機に動力を供給することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１５６に記載の方法。
158. 前記掘削機を制御することは、前記海底上の前記掘削機の経路を制御することを含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１５７に記載の方法。
159. 前記掘削機を制御することは、前記掘削機による前記鉱石スラリーの生成を制御することを含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１５７に記載の方法。
160. 前記掘削機は、負の浮力を有し、前記海底に支えられている
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
161. 前記掘削機を前記海底上に支え、アルキメディアン・スクリューを用いて前記掘削機を前記海底上で推進することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１６０に記載の方法。
162. 前記掘削機を前記海底上に支え、トラックを用いて前記掘削機を前記海底上で推進することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１６０に記載の方法。
163. 前記掘削機は、吊下げシステムにより水面から吊り下げられた負の浮力を有する掘削機を含む
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
164. 前記吊下げシステムは、前記海底に対する前記掘削機の垂直位置を制御する
     海底から所望の物質を回収する請求項１６３に記載の方法。
165. 前記掘削機は、スラスターを用いて垂直方向および水平方向に位置付けられ、中立浮力を有する掘削機である
     海底から所望の物質を回収する請求項１３３に記載の方法。
166. 前記浸出廃棄物を水中に排出することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
167. 前記浸出廃棄物を以前掘削した領域に排出することをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。
168. 掘削機を用いて表土スラリーを生成することと、
     前記表土スラリーを廃物領域に排出することとをさらに含む
     海底から所望の物質を回収する請求項９１に記載の方法。

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