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深海矿产资源开采及扬矿技术运用

分类:矿业论文发表 时间:2022-03-18 10:34 关注:(1)

     为有效解决深海多金属结核开采中海洋地质资源勘探技术落后,海底各类风险预测熟练程度不足,海洋资源可持续性利用设计不完善等问题,提出了深海条件下的扬矿技术,并对矿浆泵提升、清水泵提升、射流泵提升和气举泵管道提升技术进行了详细介绍和对比分析。结果表明,矿浆泵提升技术综合效率最高能达到50%,而且工艺简单,是目前最具市场前景的扬矿技术,具有一定的研究推广价值。

深海矿产资源开采及扬矿技术运用

  关键词:深海矿产;资源开采;扬矿技术

  随着当前工业4.0时代来临,海洋矿产资源已成为广泛关注的焦点之一。中国开发的海洋矿产资源主要包括天然气、石油、滨海砂矿、多金属结核和天然气水合物等,而且蕴藏丰富,据不完全统计,中国海洋石油储量和天然气储量分别占到全国总储量的23%和28%,滨海砂矿资源中多金属结核储量约1.0×108t[1]。但由于开采技术落后,海洋矿产资源利用率还非常低,无法满足资源利用及可持续发展要求。因此有必对深海采矿技术进行研究,满足对海洋资源不断增长的需求。

  1海洋矿产开采存在的问题

  海洋矿产资源储量丰富,其中价值最高的是大洋多金属结核。目前中国已取得了东太平洋和西南印度洋2个国际海底共计85000km2的专属勘探权和优先开发权,如图1所示。目前多金属结核开采主要存在三方面问题:a)海洋地质资源勘探技术较为落后,缺乏配套的勘探设备,特别是对多金属结核资源勘探程度不足,资源回收程不高。b)开采难度大,对海底存在的风、浪、洋流预测程度不足,开采设备耐腐蚀性差,无法满足海底作业要求[2]。c)海洋资源利用的可持续性不高,顶层设计不到位,只注重资源开采,缺乏对应的环境保护措施,造成海洋生态污染和不可恢复性破坏。

  2扬矿技术系统

  扬矿技术是将海底锰结核吸扬、提升到海面上来的施工技术,是海洋矿产资源开采的主要技术。目前常用的扬矿技术包括矿浆泵提升技术、清水泵提升技术、射流泵提升技术和气举泵管道提升技术。

  2.1矿浆泵提升技术

  矿浆泵提升技术原理如图2所示。如图2所示,矿浆泵提升工艺包括矿浆泵、中继仓、浮体和采矿车等主要部分。现场采矿时,首先由采矿车将多金属结核收集,经浮体牵拉的软质管道传输至中继仓,在矿浆泵的持续作用下,多金属结核经扬矿硬管管道输送至采矿船。该技术工艺简单,结核提升量大,而且输送期间结核磨损小,具有广阔的市场前景和发展空间。目前中国主要使用的是转速1500r/min、扬程120m、流量800m3/h的4级扬矿泵,能够满足1000m结核水中扬矿工艺的基本要求[3]。

  2.2清水泵提升技术

  如图3所示,清水泵提升工艺主要包括采矿船、矿仓、给料机、清水泵、采矿车、浮体等主要部分。与矿浆泵提升工艺相似,该技术也是通过浮体将结核运输至矿仓内。但清水泵工艺将泵体安装在海底平台,这样在传输结核时,能够有效防止结核通过泵体,从设计层面避免结核破碎粉化,提高扬矿效率。但因为工作位置较深,对泵体的选型、安装和维护提出了更高要求。目前,该技术在洋流、气候相对稳定,结核矿藏丰富区域应用较多。

  2.3射流泵提升技术

  射流泵提升工艺包括矿仓、射流泵、给料机、矿仓、采矿车等主要部件,其主要是在泵体外串联了多个射流装置,为锰结核的输送提供了动能。该技术扬矿管道内无动力设备,工艺简单,输送方便可靠,但效率较为低下,最大不超过10%[4],而且需要多级射流泵串联作业,效率更低。

  2.4气举泵管道提升技术

  如图4所示,气举泵管道提升工艺主要由采矿船、空气压缩机、尾矿排放管、空气阀、空气球、中间平台和采矿车组成。结核提升时,首先通过压气管向中间平台注入压缩气体,通过压缩机和空气阀的逻辑动作,利用压缩空气动能将管内锰结核传输至采矿船。该技术操作简单,可靠性高,便于后期维护修理,但提升效率低,空气压缩时能耗较高,目前国内使用较少。

  2.5扬矿技术对比分析

  对上述四种提升技术进行对比,如表1所示。如表1所示,通过对比分析可知,矿浆泵提升技术综合效率最高能达到50%,而且工艺简单,是目前最具市场前景的扬矿技术,具有一定的研究推广价值。

  3结语

  综上可知,扬矿技术作为深海矿产开采的核心技术,越来越受到关注。而矿浆泵提升技术综合效率高,工艺简单,后期维护方便,已成为当前的研究重点。目前要重点突破的技术难题是如何提升矿井泵的工况参数,延长矿浆泵的使用周期,减少海洋环境污染,为中国深海矿产的大规模商业化开采提供技术思路。

  参考文献:

  [1]高亚峰.海洋矿产资源及其分布[J].海洋环境保护,2009(1):13-15.

  [2]阳宁,陈光国.深海矿产资源、开采技术的现状综述[J].矿山机械,2010,38(10):4-9.

  [3]肖林京,方媚,张文明.大洋多金属结核开采研究进展与现状[J].金属矿山,2000(8):11-14.

  [4]简曲,成湘圳.大洋多金属结核资源开发的回顾与展望[J].中国矿业,1996,5(6):14-18.

  作者:宁卓

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