JPS5941597A - 海底熱水鉱床からの採鉱方法及びその装置 - 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、大洋底に固積した重要鉱物資源である金属硫
化物の鉱床を経済的かつ安全に砕岩破砕して集鉱を行な
い海上母船に効率よく揚鉱しうるような採鉱方法及びそ
れに用いる装置に関するものである。

近年、東太平洋ガラバロス海嶺からメンドチノ断裂帯に
かけて有望な金属硫化物の鉱床が数個所発見された。こ
の金属硫化物の鉱床は、大洋底５０００〜６０００ｍの
海底面に広く分布して堆積するマンガン団塊より浅い２
０００〜４０００ｎ＋の海底であり、その海底構造の割
れ目が比較的速い速度で広がる断層帯に煙突状の噴［１
から噴煙を上げて噴出した熱水に含まれる金属硫化物が
海水によって冷却されて固まったものと考えられ、イの
生成過程から゛熱水鉱床″ど称されている。

このような熱水鉱床の固積している状態は、煙突状、ま
たは杭状に盛りＬがった格好をなし、発見例は幅２００
〜３００ｍ、長さ１０００ｍの範囲に厚さ４Ｑｍも固積
しており、この金属含有ｍは２５００万ｔと推定される
有望鉱床である。まＩ、：、海底地質構造的にみて日本
列島の周辺海底に−し同様の金属硫化物の有望鉱床が固
積しているものとＪＩ４定される。

東太平洋の海嶺、断裂帯に有望な鉱床を発見した欧米諸
国では、これを採鉱する技術が未開発であるため、経済
的に採鉱用油な技術を求めて鋭意研究を進めていると言
われ℃いる。

同じく海底鉱物資源とは言っても、海底金属硫化物とマ
ンガン団塊とはその堆積状況に大きな相違があり、それ
に伴って採鉱技術に大きな相違がある。マンガン団塊は
深度４０００〜６０００ｍの海底表層面に平面的に堆積
分布しているのに対し、金属硫化物は深度２０００〜４
０００ｍの浅い゛海底の特定の場所に煙突状または杭状
に盛り上がった鉱床を形成している。そのため、一般的
には金属硫化物の鉱床の方が容易に採鉱可能と考えられ
るが、実際は専門的に見ると別の理由による困難を技術
的に解決しなければならないのである。

マンガン団塊の場合は、採鉱水深は深いが未固結の堆積
物（沈泥）の表層面にそって平面的に分布しており、そ
の粒度は２〜８ｃｍ程度の大きさの塊が主で、その見掛
は比重は２〜２．３程度である。それを集鉱づるには、
吸込装置ににつて海水、沈泥と共に団塊を海上の採鉱船
に揚鉱することが可能である。これに対し本発明の採鉱
対象である金属硫化物の海底鉱床（海底熱水鉱床）は、
前記したように限定された範囲の海底面に噴出して固稙
され、その厚さは数十ｍにもおよぶもので、煙突状、杭
状に盛り土がって自然に精鉱された状態で形成されてお
り、その高い金属含有率から見掛は比重は約５程度と重
く、溶岩程度の硬度を有している。このＪ：うなｌ（ｌ
偵状態である／３ｓ　＋ら、マンガン団塊のように直接
吸込集鉱する装置をもっでしく゛は、全く採鉱不能であ
る。ぞこで考えられる採鉱り法は、海底鉱床を爆破して
崩した後、これを集めて引き揚げるか１．削岩機で孔を
あけて、鉱床を掘り崩したものを集鉱して揚鉱Ｊるん法
のいずれかを用いる以外にはない。しかし、爆破、また
は削岩のいずれの採鉱方法を用いて鉱床を掘り１Ｊ１１
しても、その鉱床の形状と粒度は大きくばらつき、その
大部分は吸込集鉱に適さず、無理に集鉱すれば吸込管や
ポンプ等が詰まり危険である。

また、この状態の鉱床を水中ショベル車によって集鉱し
て揚鉱したとしても、これに要するＴネルギーと採鉱量
から見で経済的に引き合わない。また爆破、削岩により
飛散した鉱床の総てを集鉱するには、時間がかかり不経
済である。

このような経済的かつ技術的諸問題を解決するには、海
底鉱床の現場で削岩と同時に集めて所定の粒度以下に破
砕して、吸込集鉱する一員作業が必要であり、これが出
来れば、安全に揚鉱づることが可能となり、従来至難と
されていた熱水鉱床の金属硫化物塊を経済的に採鉱する
ことかできるものと考えられる。ここに本発明者は着目
して研究の結果、遂に金属硫化物鉱床を砕岩と共に吸込
集鉱に適した形状に破砕して採鉱することのできる経済
的採鉱方法及び装置を発明したものである。

以下、図面に塁づき本発明について詳）ホする。

第１図及び第２図は、海底（・走行自在の採鉱量１の概
略構成を示している。この採鉱量１は、海上母船からワ
イヤー２等で吊り降ろされ、ケーブル３を介して海上か
ら動力の供給を受け、無限軌道４によって自走可能とな
っている。採鉱量１の基台５は、台車６上で回動＠７の
上に搭載され、水平面内で自由に回動できるように支持
される。基台５には、吸込ポンプ１０、吸込ポンプ駆動
用モータ１１．高圧吐出ポンプ１２、高圧ポンプ駆動用
モータ１３が設ｃノられている。また、基台５には、少
産１４を起点として長く突出し、かつ作動ピストン１５
により上下に動くアーム１６が取（ｔ　ｔ）られ、その
先端には採鉱部１７が設けられている。これによって海
底に盛り上がって固積した海底熱水鉱床１８の金属硫化
物を採鉱するのである。

採鉱部の詳細については後述づるが、その前に、本装置
全体の動作について概略述べることにり゛る。基台５上
に設けられている高圧吐出ポンプ１２の駆動によって発
生した吐出圧ノ〕水は、゛高圧水＠２０を経て、前記採
鉱部１７の水圧モータを駆動させ、その回転軸に取付け
られている回転ドラムを高い圧力で低速回転させ、海底
熱水鉱床１８と回転ドラムとの間において、回転ドラム
外周に設けらている砕岩刃の力で大きく砕割して破砕プ
レー１−に回し送り込み、ここで更に小さく破砕して、
所定用法以下の破砕塊にづるのである。同時゛に吸込ポ
ンプ１０の駆動により負圧を発生させ、吸込導管２１内
の海水を吸込ポンプ側に吸込み、速い流速を生じさぜ、
この吸込導管２１に連結した採鉱部１７に強い吸引力を
与え、前記破砕部によって破砕された破砕鉱塊を海水と
共に吸引する。この吸込まれた破砕塊は、吸込導管２１
より吸込ポンプ１゜に吸込まれ、該吸込ポンプ１ｏの揚
水力によって揚鉱管２２を通って母船または次の揚鉱装
置に送られるのである。

第１図は海底鉱床１８に対し採鉱部１が直角に位置し、
上下左右に採鉱部１７を移動させながら鉱床を砕岩、集
鉱づる状態を示し、第２図は海底鉱床１８に対し採鉱部
１が平行に位置して鉱床の中段を横に進行しな力τら砕
岩して集鉱する状態を示すものである。第１図、第２図
に示されているように、吸込ポンプ１０と吸込導管２１
との連結部及び高圧吐出ポンプ１２と高圧水管２０との
連結部には、自在高圧ホース２３または自在接手が用い
られ採鉱部１７を支持するアーム１６の上下動を妨げな
いようにする。なお、吸込ポンプの代りに高速流を吐出
するポンプを用いてそのジェットノズルを吸込導管２１
に挿入して流速を速め、吸込負圧を生じさせるようにし
てもよい。採鉱部１７の一実施例を第３図、第４図に示
Ｊ。採鉱部１７は、前述のように、アーム１６の先端に
取付けられるもので、強固な壁面で囲まれ、充分な機械
的強度を有するように設計される。この採鉱部１７は、
外周面に多数の砕岩刃３０を右りる回転ドラム３１と、
該回転ドラム３１の一部周面を覆う如く位置し、多数の
破砕口３２が開口した破砕プレー１−３３を有する集鉱
部３４を右し、該集鉱部３４を構成する空間は前記吸込
導管２１と連通する構造となっている。このような採鉱
部１７には、前記高圧水管２０の端部が開［１りる高圧
水入口３５が設けられ、ここを通って供給される高圧水
が水圧モータ３６を駆動し、軸受ブラウン１−３７で支
承されでいる回転軸３８を回動させる。この回転軸３３
８には前）ホ′の回転ドラム３１が取付けうているので
、結局、前記高圧水によって砕岩刃３０を備えた回転ド
ラム３１は矢印方向に砕岩可能なごく低い周速と強大な
押圧力をもって回転することになる。採鉱部１７は、そ
れ自身かなりの重量を有し、アーム１６及び非常に重量
のある採鉱部１によって強固に支持されているので、強
大な回転１−ルクが鉱床にか′かり、これを砕岩するの
である。これによって鉱床を比較的大きな削岩塊に砕割
することができる。つまり、海底熱水鉱床の金属硫化物
は、その硬度が溶岩程度で脆く、壊れやすいので、この
性質を巧みに利用して砕ぎ割るのである。これは削岩と
は全く異なる。高速回転により鉱床を浅く削岩すれば細
かな鉱塊を切削できるが、かかる方法では削岩刃の摩耗
が激しく、深度のある海底でその刃の研摩作業また回転
ドラムを取替えることは望めず、よって採鉱量は減少す
る結果となり、経済的に成立たないものとなってしまう
からである。

このようなことから本発明は回転ドラム３１の砕岩刃３
０の数をある程度少なくし、その回転速度を遅くして砕
岩刃３〇−刃当りの砕岩する圧力を増大させる。

これにより、海底熱水鉱床１ε３の砕居圧と深ざを増し
て採鉱でき、砕岩刃３０の摩耗は少なく比較的太ぎな砕
岩塊を砕き割りする状態で得られるので、砕岩量は前記
した切削量より飛躍的に増大することになる。しかし、
この砕岩塊の形状は大きく、このままで吸込集鉱して海
上母船に揚鉱づ−ると吸込導管内の吸込流速ｄ）よび揚
鉱流速を２倍程度に増加する必要があり、これによるエ
ネルギー損失は人ｒある。また砕岩塊の形状が大きく不
揃いなため箆内閉塞等の危険な問題を生じる。

そこで本発明の目的である海底熱水鉱床の採鉱にあたり
、本発明は砕岩塊を更に所定以下の大ささの破砕塊に破
砕づ゛ることによって、以上の諸問題を解決づることが
できる方法および装置なのである。

採鉱部１７の回転ドラム３１を円弧状に覆うような破砕
プレート３３の近傍に砕岩刃３０によつ゛Ｃ回転砕岩し
た砕岩塊を）スリ込み、砕右刃３０の回動押圧力と固定
した破砕プレート３３の破砕口３２により破砕して所定
以下の大きさの破砕塊どするのである。この破砕塊は、
破砕口３２を通じてその外側に位置し、吸込口４０を右
する三日月状の包体構造の吸込集鉱部３４に海水と共に
吸込集鉱される。この吸込負圧は、吸込集鉱部３４に連
結した吸込導管２１を経て採鉱部１の吸込ポンプ１０で
発生するもので、矢印方向の吸込流を生じるものである
。これによって、採鉱部１７の破砕部にある破砕塊は吸
込集鉱部３４に一旦海水と共に吸込まれ、そして吸込導
管２１より吸込ポンプ１０に安定して吸込まれ、揚鉱管
２２を経て安全に次の揚鉱装置ｂｓ　Ｉら海上母船に揚
鉱されるものである。

第５図は他の採鉱部の実施例を示すものである。吸込集
鉱部５０の両側に円弧状の破砕部５１ａ　、　５１ｂを
有し、その円弧状にそって回動する回転ドラム５２ａ　
、　５２１＋を両側に設け、砕岩塊を矢印方向に巻込む
ように両側から回転ドラム５２ａ　、　５２ｂを回転さ
せて海底熱水鉱床を砕岩する。これによって砕岩された
大ぎな鉱塊は両側の破砕部に回し送り込まれる。そして
固定された破砕プレーｌ〜５３ａ　、　５３ｂの破砕口
５４と砕岩刃５５の回転押圧力によって両側で破砕され
る。

その破砕塊は破砕口５４に結合している吸入口５６より
吸込集鉱部５０に海水ど几に吸込まれて集鉱されるので
ある。

この実施例の特徴は、海底熱水鉱床を両側の回転ドラム
を用いて、各々の砕岩部で砕石した鉱塊を各々の破砕部
に巻き込むにうに回し送り込むので砕岩した坂塊を海底
に取り残すωが僅かでＪみ、その大部分を採鉱すること
がでさるもので極めて経済的である。

本発明は上記のように構成した海底熱水鉱床の採新一方
法及びその装置であるので、海底鉱床の現場で砕岩に引
きつづいて所定Ｇ）粒度以下に破砕して吸込集鉱する一
貫作業ができ、安全に揚鉱リ−ることが可能となり、従
来至難とされていた熱水鉱床の金属硫化物塊を経済的に
採鉱することができ、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る装置による採鉱状態の一例を示す
説明図、第２図は他の採鉱状態の一例を示Ｊ説明図、第
３図は採鉱部の一実施例を示す平面断面図、第４図はそ
の正面断面図、第５図は採鉱部の他の実施例を示づ止面
断面図である。 １・・・採鉱部、５・・・基台、１０・・・吸込ポンプ
、１２・・・高圧吐出ポンプ、１６・・・アーム、１７
・・・採鉱部、１８・・・海底熱水＆Ｔｏ　ＩＡ、、３
０・・・砕い：刃、３１・・・回転ドラム、３２・・・
破砕口、３３・・・破砕プレー１−１３４・・・集鉱部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周面に多数の砕岩刃を設置ノだ回転ドラムを低周
   速で回転させて堅くかつもろい海底熱水鉱床を砕岩塊に
   大割し、大割した砕岩塊を前記回転ドラムから突出して
   いる砕岩刃の回転を利用して破砕口を右づる破砕プレー
   １〜との間に回し送り込んで回動づる砕岩刃の圧力　　
   ３によって吸込可能な小塊に破砕し、破砕プレーｌ〜の
   破砕口を通過した小塊を海水とともに吸引して海上へ送
   り上げることを特徴と覆る海底熱水鉱床からの採鉱方法
   。 ２、海上からの動力の供給を受けて作動し、海底を移動
   自在の基台と、該基台に設けた吸込装置及び高圧吐出ポ
   ンプと、基台から延びるアームと、該アームの先端に取
   付けられた採鉱部とを備え、該採鉱部は、外周面に多数
   の砕岩刃を有し、前記高圧吐出ポンプからの高圧水によ
   り駆動されて低速回転し海底熱水鉱床を砕岩する回転ド
   ラムと、該回転ドラムの一部周面を覆う如く位置し、多
   数の破砕口が聞［１した破砕プレートを有・する集鉱部
   と、該集鉱部と前記吸引装置と連通ずる吸込導管を有し
   、回転ドラムで砕岩した大塊を破砕プレー１−〇小塊に
   し、その小塊を海水とともに吸込み移送することを特徴
   とする海底熱水鉱床の採鉱装置。