深海矿产资源开采及扬矿技术运用

发布时间：2022-10-05 10:01 热度：

     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。

　　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