JPS5876696A - マンガン団塊集鉱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、深海底に賦存するマンガン団塊集鉱装置に関
する。

ニッケル、コバルト、銅、マンガン等の無尽蔵な鉱物資
源として注目されているマンガン団塊は大洋の数千メー
トルの深海底の微細な海底堆積物（すなわち泥）の表面
に玉砂利を敷き詰めたように平面的に賦存している。し
たがって、海上からグラブバケット等で一度に大量を獲
得する訳には行かず、種々の採鉱手段が考えられている
が、海底から海上迄揚鉱管を設け、その内部に水流を発
生させて、管の下端に設けた集鉱装置で集めたマンガン
団塊を水流と共に海上に吸上げるいわゆる流体ドレツジ
方式が可能性が大きいと云われている。

しかし、集鉱装置では一般に揚鉱に適する粒度の団塊と
共に大量の海底堆積物及び揚鉱に適さない小粒径の団塊
が集鉱されるので、これらの海底堆積物や小粒径団塊が
揚鉱管に入らないように極力分離し、廃棄する必要があ
る。その分離手段としては従来適当なメツシュの網等を
利用することが考えられているが、網等の選別手段は目
詰りが生じ易く、シばしば目詰りを除去する必要がある
。

しかし、マンガン団塊集鉱装置は、−且数千メートルの
海底に降せば数か月間引揚げずに操業を続”ケ名のが普
通であり、メインテナンスの頻度の高い網等を集鉱装置
の部材として使用することは適当とは云えない。目詰り
を操業中に除去する装置例えばブラシ等を装備すること
も考えられるが、その遠隔操作装置が複雑になる欠点が
ある。

本発明は、従来考えられているマンガン団塊集鉱装置の
上述の問題点を解決した、簡単な構成でマンガン団塊の
集鉱と同時に海底堆積物や小粒径の団塊を分離し排出す
ることの出来る集鉱装置を提供することを目的とする。

以下、本発明をその実施例を示す図面にもとすいて詳細
に説明する。

第１図及び第２図は、本発明の実施例の集鉱装置を操業
のために海底面１に設置した状態を示す断面図及び平面
図である。

マンガン団塊の賦存する海底は泥質である場合が多いの
で、集鉱装置は左若１対のスキー２で海底面１に支持さ
れ、海上の船舶により揚鉱管３又は図示せぬ曳索により
海底面１を矢印の方向に移動するようになっている。ス
キー２上には、上下が開いた鉛直方向に軸を有する円筒
状の集鉱筒４が設けられている。該集鉱筒４は高さ方向
の中間迄は同一直径の直円筒をなし、それより上方は上
方に向って直径が漸増する倒立截頭円錐筒をなす。

集鉱筒４の下縁は海底面１と僅かの隙間を有し、その内
部空間の底部には集鉱筒の接線方向に適数本の海水噴射
ノズル５がその噴出口を斜下方に向けて設けられている
。ノズル５の噴射口と適当な距離を置いた位置から螺旋
の一部をなす適当な長さの短冊状渦流案内板６が各ノズ
ル５に対応して設けられている。上記の海水噴射ノズル
５は１つの水流ポンプ７の吐出口に接続され、該水流ポ
ンプ７の吸入口は外海に開いている。

集鉱筒４の円錐面部にはあるレベルの位置に適数個の適
当な矢きさの団塊捕捉用開口８が設けられており、各開
口８は導管９により集鉱筒４外に設けられた１つのホッ
パー１０に接続されている。

ホッパーｌＯの底部と揚鉱管３の下端との間にはスクリ
ューフィーダ１１が設けられている。揚鉱管８の途中に
は、図示せぬ揚鉱ポンプが設けられており、揚鉱管８の
下端のラッパ状に開いた開口８ａから海水を吸引して管
内に水流が作られる。

この装置は以上の如く構成されているので、水流ポンプ
７により各海水噴射ノズル５から集鉱筒の接線方向に斜
下方に海水が噴射されると、海底面ｌに賦存するマンガ
ン団塊は海底堆積物と共に海水中に舞い上る。各ノズル
５より接線方向に噴射された海水は集鉱筒内面に沿って
旋回し、かつ渦流案内板６に案内されて旋回しながら上
昇し渦流が発生する。集鉱筒４の下端縁と海底面１との
間には僅かの隙間しかなく、かつ集鉱筒の上は開いてい
るので、海水噴射ノズル５から集鉱筒の内部空間の底部
に噴出された海水は大部分集鉱筒内空間を上昇し、上部
開口より外海に湿田する０単位時間に集鉱筒４の各水平
断面を上昇する水の量は一定であるから、集鉱筒の中間
より下の直円筒部では旋回しながら上昇する海水の垂直
方向の流速は一定であるが、円錐面部では上方に行くに
したがって断面積が増加するに伴い、海水の上向きの流
速は漸減する０ さて、流体中の固体の相対沈降速度は、該固体の重量に
よる下向きの重力と、該固体の体積と流体の比重による
上向きの浮力と、該固体が流体中を沈降する時の流体抵
抗とが釣合うような相対速度で流体中を沈降する。した
がって、流体をこの沈降速度以上の速度で上昇せし′め
れば、固体は大地に対して上昇し、流体の上昇速度が上
記沈降速度より小さい場合は固体は大地に対して落下す
る。

相似形の固体の流体抵抗は長さの２乗に比例し、重力、
浮力は長さの８乗に比例するので、寸法が大きい程重力
が抵抗に比して大きくなり、沈降速度が速くなる。した
がって、ある流体の上昇流速に対してはある大きさより
大きい固体は落下し、それより小さい固体は上昇するこ
とになる。

そこで、本装置の集鉱筒４の直円筒部の垂直方向流速を
揚鉱に適する団塊の寸法範囲の最大の大きさの団塊が上
昇しうる上昇流速以上となるような断面積に設定し、上
部の倒立円錐部の出口における上昇流速を揚鉱に適する
団塊の最小の大きさの団塊が沈下する速度以下になるよ
うな断面積に設定すれば、揚鉱範囲の大きさの団塊はす
べて直円筒部を上昇し、揚鉱範囲以下の寸法の団塊及び
海底堆積物は集鉱筒４の上部開口より海水と共に溢れ出
す。揚鉱範囲以上の寸法の団塊は、集鉱筒４の底部に来
ないように、図示せぬ手段であらかじめ排除するように
しておく。

したがって揚鉱範囲の団塊は集鉱筒４の円錐部に懸吊し
ながら海水とともに旋回することにより遠心力にエリ団
塊捕捉開口８より脱出し、ホッパー１０に捕集される。

上記の捕捉用開口８からの団塊の脱出は前記の流体中の
固体の上昇、沈下と同様の理論により、遠心力と固体の
流体抵抗とが釣合った速度で流体中を半径方向に脱出す
る。したかって微細な海底堆栖物粒子や小さい団塊は、
遠心力により団塊捕捉開口より脱出するより前に上部よ
り溢れ出る。集鉱筒４内の海水の上昇速度は団塊の含有
率等によっても変化し、常に一定とはならないので、揚
鉱範囲の寸法の団塊は集鉱筒の円錐部を上ったり下った
りしながらいつかは捕捉用開口より脱出し、ホッパー１
０内に集積され、その下端よりスクリューフィーダー１
１にエリ揚鉱管８の下端に供給される。スクリューフィ
ーダー１１は流体圧力差を利用するものではなく、機械
的に団塊を搬送す−るものであるから、団塊に隙間があ
まりない状態で搬送された場合には水は殆んど移動しな
いので、集鉱筒４内の水は捕捉用開口８からは殆んど流
出することはなく、シたがって捕捉用開口８から小粒径
の団塊や微細な堆積物が脱出することは殆んどない。ス
クリューフィーダー１１により揚鉱管３の下端に送られ
た団塊は、図示せぬ揚鉱ポンプにより揚鉱管内に発生し
た水流に伴なわれて揚鉱管３内を海上の船舶に揚鉱され
る。

揚鉱管８の下端にはラッパ管８ａが取付けられているの
で、上記の揚鉱管内に水流を発生させる海水はスクリュ
ーフィーダー１１の範囲外から吸入される。

集鉱筒４の形状は、上記実施例の如く直円筒の上に倒立
截頭円錐を接続した連続的に断面積が変化するものに限
定されるものではなく、例えば第３図に示す如く、直径
の異る２つの直円筒２１．２２を適当な傾斜の円錐面２
３で接続して集鉱筒２ｏを構成することもできる。直径
の小なる下部の円筒２１の直径を揚鉱範囲の団塊の最大
寸法の団塊を上昇させうる上昇流速の得られる寸法とし
、上部円筒２２の直径を揚鉱範囲の団塊の最小寸法のも
の以下のものが上昇する上昇流速となる寸法とし、上部
の直円筒２２の最下部の管壁に適数個の団塊捕捉用開口
２４ヲ設ける。この場合は揚鉱範囲及びそれより小さい
団塊及び堆積物はすべて下部直円筒２１内を上昇し、揚
鉱範囲以下の小団塊及び堆積物は上部開口より溢れ出す
。しかし、揚鉱範囲の寸法の団塊は上部直円筒２２の下
方に集まるので、捕捉用開口２４より遠心力により排出
され、前記実施例と同様の手段で揚鉱される。

又、第４図に示す如く、最初の実施例と同様の外形を有
する集鉱筒３０の内部に例えば円柱状の芯材３１を中心
線を一致させて設けることにより、旋回流の形成を確実
にすることができる。この場合も集鉱筒の円錐面に団塊
捕捉用開口３２ヲ設けることにより、揚鉱範囲の団塊を
捕捉することができる。

又、第５図に示す如く、集鉱筒４０を直円筒とし、芯材
４１の上部を正立円錐形とした場合は、集鉱筒４０と芯
材４１の間の空間は上方に行くに従って断面積が増加す
るので旋回流の上昇速度を漸減させることが出来、本発
明による団塊の選別が可能となる。

第４図及び第５図に示す実施例の場合、芯材直下の海底
面の団塊が集鉱されないように一見思われるが、本集鉱
装置は曳航されて前進しながら上記の集鉱、選別作用を
行うので、ある時点で芯材の下にあった海底も順次芯材
と集鉱筒の間の旋回流の作用範囲にきて、集鉱筒の幅一
杯に掃引されることになる。

以上の如く、本発明によれば、比較的簡単な欅成で、海
底マンガン団塊の集鉱と同時に、揚鉱碇囲の団塊を選別
し小粒径団塊及び海底堆積物を凌棄することができ、し
かもその選別に金網等を便用しないので目詰りの発生が
なく、長期間メインテナンスが不要となり、操業度、経
済性の向上に顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図はその平
面図、第８図、第４図及び第５図は夫々本発明の他の実
施例を示す断面図である。 ８・・・揚鉱管　　　　４，２０，８０．４０・・・集
鉱筒５・・・海水噴射ノズル（上昇渦流発生手段）６・
・・渦流案内板　　８・・・団塊捕捉用開口ｌＯ・・・
移送手段 ＠１　図 第２図 第３　図 第５図 票し 第４図 ４０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下が開口し、下側の開口が海底面に接近して移
   動可能であり、その内部空間の水平断面積が上方に向っ
   て増加する鉛直方向の軸を有する円筒状集鉱筒と、該集
   鉱筒の内部空間内に上昇渦流を発生させる手段と、該集
   鉱筒内部空間下位の海底面のマンガン団塊をその上部の
   水中にもたらす手段と、上記集鉱筒の壁面の適当な高さ
   の位置に設けたマンガン団塊捕捉用開口と、該開口より
   捕捉されたマンガン団塊を極力水の移動を伴うととなく
   揚鉱管入口に移送する手段とを有することを特徴とする
   マンガン団塊集鉱装置。
2. （２）上記の上昇渦流発生手段と海底マンガン団塊をそ
   の上部の水中にもたらす手段として上記の集鉱筒内空間
   の底部に集鉱筒の接線方向に海底罠対して斜方向に設け
   た適数個の海水噴射ノズルを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のマンガン団塊集鉱装置。