【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深海采矿装置，具体涉及一种海底多金属结核co2射流采集装置及方法。
技术介绍
1、迄今为止，已发现有经济价值的深海金属矿产资源主要有：含镍、铜、钴和锰的多金属结核；富含钴、镍、铜、锰的结壳；以及富含铜、铅、锌、金和银的海底多金属硫化物矿床。深海矿产资源一般赋存于4000-6000米的海底土层，深海沉积物处于高压、高盐环境，海底沉积的土层底富含硅质、钙质、生物软泥，具有超高孔隙比、超高含水率和低强度等特点，海底土层底质稀软、剪切强度差。这给开采带来了极大的难度，必须根据结核的分布情况、地形地貌、采矿系统的适应能力等多个因素来确定开采规划。
2、目前国内外普遍认可水力式集矿，水力集矿是利用水流分离、移动赋存在海底沉积物表面上的结核。与其他集矿原理相比，利用水射流冲采或产生负压抽吸结核，结构简单，经久耐用，集矿头通过各种海底沉积物无需复杂的高度定位控制。水力集矿存在采集效率低、对海底环境扰动大、消耗功率大等弊端。相较于水而言，液态co2具有密度大、粘性低、质量大等物理性质；相较于水射流而言，液态co2射流可压缩性更好，射流的总压高于水射流，压力折减率更低，射流速度更快，射流的能量更高，采集效率高更利于射流。
3、在进行液态co2射流采集后可进行co2的封存。co2封存可采取海洋水柱封存，依靠海洋中存在的不同种类的离子和分子，通过一系列的物理反应或化学反应对co2进行溶解和吸收，最终达到封存的目的。 总体来说，co2射流采集海底多金属结核能够推进我国海洋科技创新。
技术实
1、本专利技术目的是提供一种海底多金属结核co2射流采集装置及方法，充分考虑多金属结核赋存条件的特殊性，提供液态co2射流开采集矿装备及相关技术，本专利技术在采用液态co2射流实现海底多金属结核高效采集的同时，有益于co2深海高效封存。
2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、一种海底多金属结核co2射流采集装置及方法，装置包括行走驱动装置、中央监测装置、矿石储存装置、液态co2供应装置与射流采集装置。所述矿石储存装置安装于行走驱动装置顶部；所述液态co2供应装置被金属外壳包围于矿石储存装置顶端，包括co2储存装置、co2液化装置、液态co2储存装置、连接管路及阀门；所述射流采集装置安装于矿石储存装置的前端包括采集头主体、液压杆、连接液态co2供应装置的射流管路，内部设有前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴。
4、所述的中央监测装置，采矿车到达采矿区启动中央监测装置，保证在气压或者装置出现异常时能够及时检修，确保结核采集正常进行。
5、所述的金属外壳包围液态co2供应装置，包括co2储存装置、co2液化装置、液态co2储存装置、连接管路及阀门，金属外壳用于控制结核采集过程中液态co2供应装置中的压强稳定，同时金属外壳采用圆角设计可减少行进过程中的阻力。
6、所述的co2液化装置通过输气管道与co2储存装置相连，输气管道设置有止气阀，co2液化装置包括增压泵，co2液化装置连接有液态co2储存装置，气态co2通过输气管道进入co2液化装置加压转化为液态，然后进入液态co2储存装置通过射流管路实现液态co2射流。
7、所述的射流采集装置包括与矿石储存装置相连的矿石输送通道，采集头内部设置有前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴产生水射流，采集头通过液压杆与矿石储存装置相连，根据采集结核的需要控制采集头的移动，有利于提高矿石的开采效率和开采深度。
8、所述矿石储存装置前端设置有矿石输送通道，其高度小于矿石储存装置的高度，宽度小于矿石储存装置的宽度，在其通道四周设有螺栓孔，输送通道前端经螺栓穿过螺栓孔固定于矿石储存装置。
9、所述的采集头内部设置有离海底一定高度的前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴，每个喷嘴均可单独工作，根据结核所在的区域控制每个喷嘴的工作状态实现区域的精准采集。
10、所述的高压射流喷嘴，其特征是，两排高压射流喷嘴距离海底泥面高度100~140mm，喷嘴排距为300~700 mm，前排喷嘴射流速度10~20 m/s，后排喷嘴射流速度10~20 m/s，射流方向为水平向下倾斜角为40°~45°，喷嘴直径为10~17 mm，超过此范围采集效率会在一定程度上有所降低，通过液态co2射流对海底土层中赋存的多金属结核进行扰动，使其剥离土层悬浮。
11、所述矿石储存装置后端下底面为设置有全覆盖过滤网的方形排水口，并设有排水管与排水口相连接，过滤网上安装有抽水泵，在采集过程中开启抽水泵向外排水，使矿石储存装置内形成负压，在压强差的作用下加速采集的结核进入矿石储存装置，进而完成结核的采集。
12、本专利技术还提供一种海底多金属结核co2射流采集方法：
13、步骤1、将安装有该采集机构的海底采矿驱动装备驱动至海底采矿区，停止移动，中央监测装置开始工作，对采矿作业中装置的气压以及工作状态进行主动监测，在出现问题时及时进行检修；
14、步骤2、采集装置一切正常采集工作开始，液态co2供应装置开始工作，此时co2储存装置为充满co2密闭空间，打开止气阀，由于co2储存装置处于金属外壳的内部，不会受到与外部海水环境的压强差作用，确保可以顺利进行co2的液化；
15、步骤3、co2的液化系统开始工作：co2储存装置中的气态co2通过输气管道进入co2液化装置的同时，co2液化装置中增压泵开始工作，加压使气态co2变为液态co2，液化工作完成，进入液态co2储存装置，同时压强增大至足够射流管道内液态co2射流动力；
16、步骤4、液态co2经由射流管路到达高压射流喷嘴，采集头开始工作，液压杆控制采集头的移动，每个喷嘴均可单独工作，判断结核所在的区域控制每个喷嘴的工作状态实现区域的精准采集：若结核在①区域则喷嘴a和e工作，若结核在②区域则喷嘴b和f工作，若结核在③区域则喷嘴c和g工作，若结核在④区域则喷嘴d和h工作；
17、步骤5、增压泵持续工作，以保证液态co2的持续供应，液态co2经高压射流喷嘴斜向下喷射，喷出的液态co2扰动海底土层的多金属结核矿石，洗掉一部分沉积物，在形成的上升水流作用下将结核举起，使结核从土层中剥离；
18、步骤6、抽水泵开始工作向矿石储存装置外部排水，使矿石储存装置内形成负压，采矿驱动装备前进，结核从土层中剥离进入输送通道被裹挟至矿石储存装置，整个采集工作完成；
19、步骤7、在液态co2射流采集完成后，液态co2在深海环境中一部分依靠海洋中存在的不同种类的离子和分子，通过一系列的物理反应或化学反应对co2进行溶解和吸收；由于液态co2的密度已经明显大于海水，一部分co2会下沉至海洋底部，在海底的低洼处形成co2湖—“碳湖”，实现co2深海水柱封存。
20、本专利技术的有益效果：
21、1、本次专利技术充分考虑环境友好性，采取水力式集矿的方法，基于co2的相态转化，利用液态co2射流本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海底多金属结核CO2射流采集方法，包括如下步骤：
2.一种海底多金属结核CO2射流采集装置及方法，装置包括行走驱动装置、中央监测装置、矿石储存装置、液态CO2供应装置与射流采集装置。所述矿石储存装置安装于行走驱动装置顶部；所述液态CO2供应装置被金属外壳包围于矿石储存装置顶端，包括CO2储存装置、CO2液化装置、液态CO2储存装置、连接管路及阀门；所述射流采集装置安装于矿石储存装置的前端包括采集头主体、液压杆、连接液态CO2供应装置的射流管路，内部设有前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴。
3.如权利要求2所述的海底多金属结核CO2射流采集装置，其特征是，所述的中央监测装置，采矿车到达采矿区启动中央监测装置，保证在气压或者装置出现异常时能够及时检修，确保结核采集正常进行。
4.如权利要求2所述的海底多金属结核CO2射流采集装置，其特征是，所述的金属外壳包围液态CO2供应装置，包括包括CO2储存装置、CO2液化装置、液态CO2储存装置、连接管路及阀门，金属外壳用于控制结核采集过程中液态CO2供应装置中的压强稳定，同时金属外壳采用圆角设计可减
5.如权利要求4所述的液态CO2供应装置，其特征是，所述的CO2液化装置通过输气管道与CO2储存装置相连，输气管道设置有止气阀，CO2液化装置包括增压泵，CO2液化装置连接有液态CO2储存装置，气态CO2通过输气管道进入CO2液化装置加压转化为液态，然后进入液态CO2储存装置通过射流管路实现液态CO2射流。
6.如权利要求2所述的海底多金属结核CO2射流采集装置，其特征是，所述的射流采集装置包括与矿石储存装置相连的矿石输送通道，采集头内部设置有前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴产生水射流，采集头通过液压杆与矿石储存装置相连，根据采集结核的需要控制采集头的移动，有利于提高矿石的开采效率和开采深度。
7.如权利要求6所述的海底多金属结核CO2射流采集装置，其特征是，所述矿石储存装置前端设置有矿石输送通道，其高度小于矿石储存装置的高度，宽度小于矿石储存装置的宽度，在其通道四周设有螺栓孔，输送通道前端经螺栓穿过螺栓孔固定于矿石储存装置。
8.如权利要求6所述的射流采集装置，其特征是，所述的采集头内部设置有离海底一定高度的前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴，每个喷嘴均可单独工作，根据结核所在的区域控制每个喷嘴的工作状态实现区域的精准采集。
9.如权利要求8所述的高压射流喷嘴，其特征是，两排高压射流喷嘴距离海底泥面高度100~140 mm，喷嘴排距为300~700 mm，前排喷嘴射流速度10~20 m/s，后排喷嘴射流速度10~20 m/s，射流方向为水平向下倾斜角为40°~45°，喷嘴直径为10~17 mm，超过此范围采集效率会在一定程度上有所降低，通过液态CO2射流对海底土层中赋存的多金属结核进行扰动，使其剥离土层悬浮。
10.如权利要求2所述的海底多金属结核CO2射流采集装置，其特征是，所述矿石储存装置后端下底面为设置有全覆盖过滤网的方形排水口，并设有排水管与排水口相连接，过滤网上安装有抽水泵，在采集过程中开启抽水泵向外排水，使矿石储存装置内形成负压，在压强差的作用下加速采集的结核进入矿石储存装置，进而完成结核的采集。
...【技术特征摘要】
1.一种海底多金属结核co2射流采集方法，包括如下步骤：
2.一种海底多金属结核co2射流采集装置及方法，装置包括行走驱动装置、中央监测装置、矿石储存装置、液态co2供应装置与射流采集装置。所述矿石储存装置安装于行走驱动装置顶部；所述液态co2供应装置被金属外壳包围于矿石储存装置顶端，包括co2储存装置、co2液化装置、液态co2储存装置、连接管路及阀门；所述射流采集装置安装于矿石储存装置的前端包括采集头主体、液压杆、连接液态co2供应装置的射流管路，内部设有前后两排相对斜向海底的高压射流喷嘴。
3.如权利要求2所述的海底多金属结核co2射流采集装置，其特征是，所述的中央监测装置，采矿车到达采矿区启动中央监测装置，保证在气压或者装置出现异常时能够及时检修，确保结核采集正常进行。
4.如权利要求2所述的海底多金属结核co2射流采集装置，其特征是，所述的金属外壳包围液态co2供应装置，包括包括co2储存装置、co2液化装置、液态co2储存装置、连接管路及阀门，金属外壳用于控制结核采集过程中液态co2供应装置中的压强稳定，同时金属外壳采用圆角设计可减少行进过程中的阻力。
5.如权利要求4所述的液态co2供应装置，其特征是，所述的co2液化装置通过输气管道与co2储存装置相连，输气管道设置有止气阀，co2液化装置包括增压泵，co2液化装置连接有液态co2储存装置，气态co2通过输气管道进入co2液化装置加压转化为液态，然后进入液态co2储存装置通过射流管路实现液态co2射流。
6.如权利要求2所述的海底多金属结核co2射流采集装置，其特征是，...
【专利技术属性】
技术研发人员：沙飞，牛红莹，陈旭光，席明帅，左宇航，张明龙，徐靖泽，顾世玖，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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