KR20180076921A

KR20180076921A - 해저광물 채광 시스템 및 채광 방법

Info

Publication number: KR20180076921A
Application number: KR1020160181616A
Authority: KR
Inventors: 김필근
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-07-06

Abstract

본 발명은 해저광물 채광 시스템 및 채광 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은, HP 머드펌프 시스템(High Pressure Mud Pump System)을 적용함으로써 수심 5,000m 이상에 존재하는 망간단괴를 채취할 수 있고, 채취하고자 하는 광물의 밀도에 따라 사용되는 이수의 밀도를 적절하게 맞춤에 따라 망간단괴뿐만 아니라 어떠한 해저광물을 채취하는 것에도 활용이 가능하다.

Description

해저광물 채광 시스템 및 채광 방법 {DEEP-SEA MINERAL MINING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 해저광물 채광 시스템 및 채광 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HP 머드펌프 시스템(High Pressure Mud Pump System)을 이용한 해저광물 채광 시스템 및 채광 방법에 관한 것이다.

해상의 광물자원 중 대표적인 것이 열수광상과 망간단괴이며 이들은 수심이 1,000m 이상의 심해에 주로 분포하고 있다. 여기서 망간단괴는 태평양의 Clarion-Clipperton 해역의 수심 5,000m 지역에 집중적으로 분포하고 있다.

따라서 심해에서 망간단괴를 채취하기 위해서는 채굴(Mining), 양광(Nodule Lifting) 등의 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다.

도 1은 종래의 해저광물 채취 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

종래의 해저광물 채취 시스템은, 심해저면의 망간단괴를 수집하는 집광기(100)와, 집광기(100)와 양광펌프(300)를 연결하면서 집광기(100)에서 채취된 해저광물과 뻘 그리고 해수를 이송하는 유연관(Flexible pipes, 200)과, 유연관(200)에 이송력을 제공하는 양광펌프(300)와, 양광펌프(300)에서 송출된 상기의 슬러시(해저광물과 뻘 그리고 해수)를 해상의 선상처리장치(500)로 이송하는 양광관(lifting pipes, 400)과, 양광관(400)과 연결되어 채집된 해저광물을 처리 또는 저장하는 해상의 선상처리장치(500)로 구성된다.

기존에 개발된 양광펌프는 100m 수심의 망간단괴를 끌어올릴 수 있는 기술이 존재하며, 양광펌프를 이용한 양광시스템의 경우, 최근 국내에서 1,370m 수심에서 망간단괴를 채취하는 것에 성공한 바 있다.

하지만, 수심 5,000m에 존재하는 망간단괴를 끌어올리기엔 아직 역부족이며, 따라서 태평양의 Clarion-Clipperton 해역의 수심 5,000m 지역에 집중적으로 분포하고 있는 망간단괴를 채취하기엔 무리가 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 HP 머드펌프 시스템(High Pressure Mud Pump System)을 이용하여 수심 5,000m 이상에 존재하는 망간단괴 및 해저광물을 회수하는 해저광물 채광 시스템 및 채광 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은, 해저면에서 해저광물을 채취하는 집광기; 상기 집광기로부터 채취된 해저광물이 이송되어 임시 저장되는 집광탱크; 상기 집광기와 상기 집광탱크를 연결하는 유연관; 상기 집광탱크의 상부에 배치되는 양광관; 및 상기 집광탱크로부터 양광관을 통하여 연결되어 채집된 해저광물을 처리 또는 저장하는 채광선;을 포함하고, 상기 집광탱크는 상기 채광선으로부터 상기 양광관을 통하여 이수를 공급받아 임시 저장된 해저광물과 이수를 혼합하며, 상기 해저광물과 이수의 혼합물을 다시 양광관을 통하여 채광선으로 회수되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 양광관은 내관과 외관으로 이루어진 이중관으로 형성되고, 상기 내관을 통해서 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수를 공급하고, 상기 외관을 통해서 상기 집광탱크로부터 상기 채광선으로 해저광물과 이수의 혼합물을 회수하는 것을 특징으로 한다.

상기 채광선은, 이수가 저장되며 상기 양광관의 내관과 연결되어 저장된 이수를 상기 집광탱크로 공급하는 머드탱크; 및 상기 양광관의 외관과 연결되어 상기 집광탱크로부터 해저광물과 이수의 혼합물을 회수하고, 이를 각각 해저광물과 이수로 다시 분리추출하는 셰일쉐이커;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 채광선은 상기 양광관의 상부에 설치되는 HP 머드펌프를 더 포함하고, 상기 HP 머드펌프는, 상기 양광관의 내관을 통하여 이수가 공급되게 하는 이송력과, 상기 양광관의 외관을 통하여 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되게 하는 이송력을 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 채광선은, 상기 셰일쉐이커에서 상기 해저광물과 이수의 혼합물로부터 분리추출된 해저광물을 저장하는 광물저장탱크를 더 포함하고, 상기 셰일쉐이커에서 상기 해저광물과 이수의 혼합물로부터 분리추출된 이수는 상기 머드탱크로 이송되게 하여 이수를 재활용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 유연관은 가요성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 이수는, 해수에 바라이트(barite)를 섞어 망간단괴의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 이수는, 해수에 적철석(hematite), 티탄철석(ilmenite) 및 섬아연석(sphalerite) 중 적어도 하나를 섞어 망간단괴의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은, 해저면의 해저광물을 채취하여 해저에 위치하는 집광탱크로 이송하여 임시 저장하고, 채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수를 공급하여 상기 집광탱크 내에 임시 저장된 해저광물과 상기 이수를 혼합한 후, P 머드펌프를 이용하여 상기 해저광물과 이수의 혼합물을 상기 채광선으로 회수하는 것을 특징으로 한다.

상기 채광선과 상기 집광탱크는 내관과 외관으로 이루어진 이중관을 갖는 양광관으로 연결되고, 상기 HP 머드펌프는 상기 내관을 통하여 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수가 공급되는 펌핑력을 제공하고, 기 집광탱크 내부의 해저광물과 이수의 혼합물은 상기 내관을 통하여 상기 집광탱크로 공급되는 이수에 의해 상기 외관으로 밀려 올라가 상기 채광선으로 회수되는 것을 특징으로 한다.

상기 이수는 해수에 바라이트(barite)를 섞어 해저광물의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성하여, 이수 내에서 상기 해저광물의 암편(rock fragment)의 부유 능력을 높여 상기 외관을 통해 밀려 올라가기 쉽게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 해저광물 채광 방법은, (a) 해저면의 해저광물을 채굴하는 단계와; (b) 채굴한 해저광물을 집광탱크에 임시 저장하는 단계와; (c) 채광선으로부터 상기 집광탱크에 이수를 공급하는 단계와; (d) 상기 집광탱크 내부에서 상기 집광기로부터 이송된 해저광물과 상기 채광선으로부터 공급받은 이수를 혼합하는 단계; 및 (e) 상기 집광탱크 내의 해저광물과 이수의 혼합물을 다시 상기 채광선으로 회수하는 단계;를 포함한다.

상기 (c) 단계는, 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크까지 수직으로 연장된 양광관의 내관을 통하여 이수가 공급되고, 상기 (e) 단계는, 상기 집광탱크로부터 상기 채광선까지 수직으로 연장된 양광관의 외관을 통하여 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되며, 상기 이수가 공급되는 이송력 및 상기 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되는 이송력은 상기 양광관의 상부에 설치된 HP 머드펌프에 의해 제공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 방법은, (f) 상기 채광선으로 회수된 해저광물과 이수의 혼합물을 상기 채광선에 구비된 셰일쉐이커에서 각각 해저광물과 이수로 다시 분리추출하는 단계; 및 (g) 상기 셰일쉐이커에서 분리된 해저광물은 상기 채광선에 구비된 광물저장탱크로 이송하여 저장하며, 분리된 이수는 상기 머드탱크로 이송하여 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은, HP 머드펌프 시스템을 적용함으로서, 수심 5,000m 이상에 존재하는 망간단괴를 채취할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은 채취하고자 하는 광물의 밀도에 따라 사용되는 이수의 밀도를 적절하게 맞춤에 따라 망간단괴뿐만 아니라 어떠한 해저광물을 채취하는 것에도 활용이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은 머드탱크에 저장된 이수를 집광탱크로 공급하고, 집광탱크로부터 양광관 및 셰일쉐이커를 거쳐 분리된 이수를 다시 머드탱크에 저장하는 순환식 구조를 가짐으로써, 이수의 재활용이 가능하고, 이에 따라 종래와 같이 해저광물을 채취한 후 남게 되는 뻘을 처리하는 작업이 불필요하다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은 기존의 드릴쉽에서 사용하는 라이저, 머드펌프, 머드탱크, 셰일쉐이커 등의 장치를 그대로 활용할 수 있으므로 경제적이다.

도 1은 종래의 해저광물 채취 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기로 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명이 적용되는 해저광물 채광 시스템은 해저면에서 해저광물(m)을 채취하는 집광기(10)와; 집광기(10)로부터 채취된 해저광물(m)이 이송되어 임시 저장되는 집광탱크(30)와; 집광기(10)와 집광탱크(30)를 연결하며 집광기(10)에서 채취된 해저광물(m)을 집광탱크(30)로 이송하는 유연관(Flexible pipes, 20)과; 집광탱크(30)의 상부에 설치되어 집광탱크(30)와 해상의 채광선(1)을 연결하는 양광관(lifting pipes, 40)과; 집광탱크(30)와 양광관(40)을 통하여 연결되어 채집된 해저광물(m)을 처리 또는 저장하는 해상의 채광선(1);으로 구성된다.

여기서 이수(s)는, 해수에 바라이트(barite)를 섞어 해저광물(m)의 밀도보다 큰 밀도를 가지게 한 것이다. 예를 들어, 망간단괴를 채취하고자 할 때에는 이수(s)의 밀도를 망간단괴의 밀도(약 2.1~3.5g/m³)보다 크게 제작한다. 이수(s)의 밀도를 해저광물(m)의 밀도보다 크게 하는 것은 회수될 암편(rock fragment)의 부유 능력을 높여 이송이 쉽도록 하기 위해서이다.

바라이트 대신 적철석(hematite), 티탄철석(ilmenite), 섬아연석(sphalerite) 중 적어도 어느 하나를 해수에 섞어서 이수(s)를 만드는 것도 가능하다.

집광기(10)는 해저 바닥의 퇴적층에 적층된 해저광물(m)을 채취하기 위한 것으로서, 채광선(1)에 의해 원격조정된다.

유연관(20)은 일단이 집광기(10)와 연결되고, 타단이 집광탱크(30)와 연결되어 집광기(10)에서 채취된 해저광물(m)을 집광탱크(30)로 이송해주는 역할을 한다. 유연관(20)은 집광기(10)의 이동에 따라 자유롭게 휘어질 수 있도록 유연한 재질의 관으로 구성된다.

집광탱크(30)는 집광기(10)로부터 채취된 해저광물(m)을 임시 저장한다. 집광탱크(30)의 상부에는 양광관(40)이 연결되는데, 집광탱크(30)는 양광관(40)을 통하여 채광선(1)으로부터 이수(s)를 공급받아 임시 저장된 해저광물(m)과 이수(s)를 혼합하며, 이렇게 혼합된 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 다시 양광관(40)을 통하여 채광선(1)으로 회수되도록 한다.

집광탱크(30) 내부에는 해저광물(m)과 이수(s)의 원활한 믹싱을 위하여 교반장치(미도시)가 구비될 수 있다.

양광관(40)은 집광탱크(30)로부터 상기 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 채광선(1)으로 끌어올리도록 채광선(1)으로부터 집광탱크(30)까지 수직으로 연장된다.

양광관(40)은 내관(41)과 외관(42)으로 이루어진 이중관의 구조를 가질 수 있다. 양광관(40)의 내관(41)은 채광선(1)으로부터 집광탱크(30)로 이수(s)가 공급하는 공급라인의 역할을 하고, 양광관(40)의 외관(42)은 집광탱크(30)로부터 채광선(1)으로 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 회수하는 회수라인의 역할을 한다.

하지만, 이로 인해 양광관(40)의 구주가 이중관으로 한정되는 것은 아니다. 양광관(40)은 채광선(1)으로부터 집광탱크(30)로 이수(s)를 공급하는 공급관과 집광탱크(30)로부터 채광선(!)으로 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 회수하는 회수관을 각각 따로 구비할 수도 있다.

채광선(1)은 이수(s)가 저장되는 머드탱크(50)를 포함할 수 있는데, 머드탱크(50)와 양광관(40)의 내관(41)이 연결되어 머드탱크(50)에 저장된 이수(s)가 집광탱크(30)로 공급된다.

또한, 채광선(1)에는 셰일쉐이커(60)를 더 포함할 수 있는데, 셰일쉐이커(60)는 양광관(40)의 외관(42)과 연결되어 집광탱크(30) 내부의 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 회수하여 이를 각각 해저광물(m)과 이수(s)로 다시 분리추출한다.

양광관(40)의 내관(41)을 통해 머드탱크(50)로부터 집광탱크(30)로 이수(s)를 공급하는 이송력과, 양광관(40)의 외관(42)을 통해 집광탱크(30)로부터 셰일쉐이커(60)로 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 회수하는 이송력은, 양광관(40)의 상부에 설치되는 HP 머드펌프(80)에 의해 제공될 수 있다.

바람직하게는, HP 머드펌프(80)는 양광관(40)의 내관(41)과 머드탱크(50)가 연결되는 라인 상에 구비되어 내관(41)을 통하여 집광탱크(30)로 이수(s)가 공급되도록 하는 펌핑력을 제공한다.

다음으로 집광탱크(30) 내부에서 혼합된 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물은 집광탱크(30)로 공급되는 이수(s)에 의해 양광관(40)의 외관(42)을 통해 밀려 올라오게 된다. 이때 이수(s)의 밀도를 해저광물(m)의 밀도보다 크게 하기 때문에, 해저광물(m)의 암편은 위쪽에 부유하게 되고, 외관(42)을 통해 밀려 올라오기 쉽게 되는 것이다.

양광관(40)은 채광선(1)으로부터 해저의 집광탱크(30)까지 연장되도록 설치되어야 하기 때문에, 안정적인 고정을 위하여 많은 주의가 요구된다. 해상조건이나 선체의 상황에 따라 양광관(40)의 손상이나 파손이 발생할 수도 있으므로 양광관(40)은 어느 정도 유연한 성질을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 유정이나 가스정에서 석유나 가스 등을 시추하거나 생산할 때, 석유나 가스의 이송을 위해 설치되는 가요성 라이저(riser)를 양광관(40)으로 사용할 수 있다.

채광선(1)은 셰일쉐이커(60)로부터 따로 분리된 해저광물(m)만을 이송받아 저장하는 광물저장탱크(70)를 더 포함할 수 있다.

또한, 셰일쉐이커(60)에서 따로 분리된 이수(s)는 머드탱크(50)로 이송되어 저장되며, 다시 집광탱크(30)로 공급되는 이수(s)로 재활용된다.

즉, HP 머드펌프(80)는 머드탱크(50) 내에 저장된 이수(s)를 양광관(40)의 내관(41)을 통하여 해저의 집광탱크(30)로 공급하고, 해저의 집광탱크(30) 내부에서 해저광물(m)과 혼합된 이수(s)를 다시 양광관(40)의 외관(42)을 통하여 해상의 채광선(1)으로 회수한 후, 셰일쉐이커(60)에서 해저광물(m)과 분리추출된 이수(s)를 다시 머드탱크(50) 내에 저장되게 하여, 머드탱크(50)로부터 집광탱크(30)와 셰일쉐이커(60)를 거쳐 다시 머드탱크(50)로 이수(s)를 순환시키는 역할을 하는 것이다.

상기와 같은 HP 머드펌프를 이용한 시추선의 머드펌프 시스템은 이미 10,000m 이상을 이송하고 회수할 수 있는 능력을 갖춘 것을 알려져 있으며, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은 채취하고자 하는 광물의 밀도에 따라 사용되는 이수의 밀도를 적절하게 맞춤에 따라 망간단괴뿐만 아니라 어떠한 해저광물을 채취하는 것에도 활용이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 시스템은 머드탱크에 저장된 이수를 집광탱크로 공급하고, 집광탱크로부터 양광관 및 셰일쉐이커를 거쳐 분리된 이수를 다시 머드탱크에 저장하는 순환식 구조를 가짐으로써, 이수의 재활용이 가능하고, 이에 따라 종래와 같이 해저광물을 채취한 후 남게 되는 뻘을 처리하는 작업이 불필요하다.

다시 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 해저광물 채광 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 해저광물 채광 방법은 집광기(10)로 해저면의 해저광물(m)을 채굴하는 단계와; 채굴한 해저광물(m)을 집광탱크(30)에 임시 저장하는 단계와; 채광선(1)으로부터 양광관(40)을 통하여 집광탱크(30)에 이수(s)를 공급하는 단계와; 집광탱크(30) 내부에서 집광기(10)로 부터 이송된 해저광물(m)과 채광선(1)으로부터 공급받은 이수(s)를 혼합하는 단계와; 집광탱크(30) 내의 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 양광관(40)을 통하여 다시 채광선(1)으로 회수하는 단계;를 포함한다.

먼저, 집광기(10)로 해저면의 해저광물(m)을 채굴하는 단계이다. (제1단계)

집광기(10)는 채광선(1)과 통신에 의해 원격조정되어 해저 바닥을 이동하며 해저 바닥의 퇴적층에 적층된 해저광물(m)을 채취한다. 여기서 채광선(1)은 동적 위치유지 시스템(dynamic positioning system)에 의해 해상에서 위치를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 채굴한 해저광물(m)을 집광탱크(30)에 임시 저장하는 단계이다. (제2단계)

집광기(10)에서 채굴한 해저광물(m)은 유연관(20)을 통해 집광탱크(30)로 이송된다. 유연관(20)은 집광기(10)의 이동에 따라 자유롭게 휘어질 수 있도록 유연한 재질의 관으로 구성된다. 유연관(20)을 통해 집광탱크(30)로 운반된 해저광물(m)은 집광탱크(30) 내부에 임시 저장된다.

다음으로, 채광선(1)으로부터 양광관(40)을 통하여 집광탱크(30)에 이수(s)를 공급하는 단계이다. (제3단계)

집광탱크(30)의 상부에는 양광관(40)이 집광탱크(30)로부터 채광선(1)까지 수직으로 연장된다. 전술한 바와 같이 양광관(40)은 내관(41)과 외관(42)으로 이루어진 이중관의 구조를 갖고, 양광관(40)의 내관(41)을 통해 채광선(1)으로부터 집광탱크(30)로 이수(s)가 공급된다.

바람직하게는, 채광선(1)에 구비된 머드탱크(50)에 저장된 이수(s)가 양광관(40)의 내관(41)을 통해 집광탱크(30)로 공급되며, 이때 내관(41)을 통해 이수(s)가 공급되는 이송력은 양광관(40)의 상부에 설치된 HP 머드펌프(80)에 의해 제공될 수 있다.

상기 제2단계 및 제3단계는 동시에 이루어질 수 있다.

다음으로, 집광탱크(30) 내부에서 집광기(10)로부터 이송된 해저광물(m)과 채광선(1)으로부터 공급받은 이수(s)를 혼합하는 단계이다. (제4단계)

이때 집광탱크(30) 내부에는 교반장치(미도시)가 구비되어 해저광물(m)과 이수(s)의 원활한 믹싱을 도울 수도 있다.

이때 이수(s)의 밀도를 회수될 해저광물(m)의 밀도보다 크게 함으로써, 회수될 암편(rock fragment)의 부유능력을 높여 이송이 쉽도록 할 수 있다.

다음으로, 집광탱크(30) 내의 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 양광관(40)을 통하여 채광선(1)으로 회수하는 단계이다. (제5단계)

바람직하게는, 집광탱크(30) 내부에서 혼합된 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물은 상술한 양광관(40)의 외관(42)을 따라 채광선(1)에 구비된 셰일쉐이커(60)로 회수되며, 이때 외관(42)을 통해 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물이 회수되는 이송력은 양광관(40)의 상부에 설치된 HP 머드펌프(80)에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 해저광물 채광 방법은, 셰일쉐이커(60) 내부로 회수된 해저광물(m)과 이수(s)의 혼합물을 각각 해저광물(m)과 이수(s)로 다시 분리추출하는 단계를 더 포함할 수 있다. (제6단계)

또한, 본 발명에 따른 해저광물 채광 방법은, 셰일쉐이커(60)에서 분리된 해저광물(m)은 채광선(1)에 구비된 광물저장탱크(70)로 이송하여 저장하며, 분리된 이수(s)는 머드탱크(50)로 이송하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. (제7단계)

셰일쉐이커(60)로부터 분리되어 머드탱크(50)로 이송 및 저장된 이수(s)는 다시 양광관(40)의 내관(41)을 통하여 집광탱크(30)로 공급되어 재활용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정 실시예를 중심으로 하여 설명하였지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술 분야에 있을 수 있으며, 따라서 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

1 : 채광선
10 : 집광기
20 : 유연관
30 : 집광탱크
40 : 양광관
41 : 내관
42 : 외관
50 : 머드탱크
60 : 셰일쉐이커
70 : 광물저장탱크
m : 해저광물
s : 이수

Claims

해저광물 채광 시스템에 있어서,
해저면에서 해저광물을 채취하는 집광기;
상기 집광기로부터 채취된 해저광물이 이송되어 임시 저장되는 집광탱크;
상기 집광기와 상기 집광탱크를 연결하는 유연관;
상기 집광탱크의 상부에 배치되는 양광관; 및
상기 집광탱크로부터 양광관을 통하여 연결되어 채집된 해저광물을 처리 또는 저장하는 채광선;을 포함하고,
상기 집광탱크는 상기 채광선으로부터 상기 양광관을 통하여 이수를 공급받아 임시 저장된 해저광물과 이수를 혼합하며, 상기 해저광물과 이수의 혼합물을 다시 양광관을 통하여 채광선으로 회수되도록 하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 양광관은 내관과 외관으로 이루어진 이중관으로 형성되고,
상기 내관을 통해서 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수를 공급하고,
상기 외관을 통해서 상기 집광탱크로부터 상기 채광선으로 해저광물과 이수의 혼합물을 회수하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 채광선은,
이수가 저장되며 상기 양광관의 내관과 연결되어 저장된 이수를 상기 집광탱크로 공급하는 머드탱크; 및
상기 양광관의 외관과 연결되어 상기 집광탱크로부터 해저광물과 이수의 혼합물을 회수하고, 이를 각각 해저광물과 이수로 다시 분리추출하는 셰일쉐이커;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 채광선은 상기 양광관의 상부에 설치되는 HP 머드펌프를 더 포함하고,
상기 HP 머드펌프는,
상기 양광관의 내관을 통하여 이수가 공급되게 하는 이송력과,
상기 양광관의 외관을 통하여 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되게 하는 이송력을 제공하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 채광선은,
상기 셰일쉐이커에서 상기 해저광물과 이수의 혼합물로부터 분리추출된 해저광물을 저장하는 광물저장탱크를 더 포함하고,
상기 셰일쉐이커에서 상기 해저광물과 이수의 혼합물로부터 분리추출된 이수는 상기 머드탱크로 이송되게 하여 이수를 재활용할 수 있는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 유연관은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 이수는, 해수에 바라이트(barite)를 섞어 망간단괴의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성한 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 이수는, 해수에 적철석(hematite), 티탄철석(ilmenite) 및 섬아연석(sphalerite) 중 적어도 하나를 섞어 망간단괴의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성한 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
해저광물 채광 시스템에 있어서,
해저면의 해저광물을 채취하여 해저에 위치하는 집광탱크로 이송하여 임시 저장하고,
채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수를 공급하여 상기 집광탱크 내에 임시 저장된 해저광물과 상기 이수를 혼합한 후,
HP 머드펌프를 이용하여 상기 해저광물과 이수의 혼합물을 상기 채광선으로 회수하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 채광선과 상기 집광탱크는 내관과 외관으로 이루어진 이중관을 갖는 양광관으로 연결되고,
상기 HP 머드펌프는 상기 내관을 통하여 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크로 이수가 공급되는 펌핑력을 제공하고,
상기 집광탱크 내부의 해저광물과 이수의 혼합물은 상기 내관을 통하여 상기 집광탱크로 공급되는 이수에 의해 상기 외관으로 밀려 올라가 상기 채광선으로 회수되는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 이수는 해수에 바라이트(barite)를 섞어 해저광물의 밀도보다 높은 밀도를 가지도록 구성하여,
이수 내에서 상기 해저광물의 암편(rock fragment)의 부유 능력을 높여 상기 외관을 통해 밀려 올라가기 쉽게 하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 시스템.
해저광물 채광 방법에 있어서,
(a) 해저면의 해저광물을 채굴하는 단계와;
(b) 채굴한 해저광물을 집광탱크에 임시 저장하는 단계와;
(c) 채광선으로부터 상기 집광탱크에 이수를 공급하는 단계와;
(d) 상기 집광탱크 내부에서 상기 집광기로부터 이송된 해저광물과 상기 채광선으로부터 공급받은 이수를 혼합하는 단계; 및
(e) 상기 집광탱크 내의 해저광물과 이수의 혼합물을 다시 상기 채광선으로 회수하는 단계;
를 포함하는 해저광물 채광 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 (c) 단계는, 상기 채광선으로부터 상기 집광탱크까지 수직으로 연장된 양광관의 내관을 통하여 이수가 공급되고,
상기 (e) 단계는, 상기 집광탱크로부터 상기 채광선까지 수직으로 연장된 양광관의 외관을 통하여 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되며,
상기 이수가 공급되는 이송력 및 상기 해저광물과 이수의 혼합물이 회수되는 이송력은 상기 양광관의 상부에 설치된 HP 머드펌프에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 방법.
청구항 12에 있어서,
(f) 상기 채광선으로 회수된 해저광물과 이수의 혼합물을 상기 채광선에 구비된 셰일쉐이커에서 각각 해저광물과 이수로 다시 분리추출하는 단계; 및
(g) 상기 셰일쉐이커에서 분리된 해저광물은 상기 채광선에 구비된 광물저장탱크로 이송하여 저장하며, 분리된 이수는 상기 머드탱크로 이송하여 저장하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해저광물 채광 방법.