[发明专利]基于二氧化碳的深海采矿羽流抑制封存装置及方法

说明书

本发明公开基于二氧化碳的深海采矿羽流抑制封存装置，属于海洋装备技术领域，其包括羽流收集单元、泵吸管组、分离沉降单元及固化排放单元，羽流收集单元包括防溢罩和抽吸内管，防溢罩有两个且左右对称布置。抽吸内管设在防溢罩内部，并与泵吸管组相连。固化排放单元包括固化沉淀仓、输送机构及高压喷射组件，高压喷射组件有两个，相对布置在固化沉淀仓内，与采矿车上的COsubgt;2/subgt;储存罐管路相连。分离沉降单元包括依次相连的多个水力旋流器，泵吸管组通过水力旋流器与固化沉淀仓相连。本发明还公开了深海采矿羽流抑制封存方法。本发明的防溢罩对羽流的收集面积大、效率高，较好地减少羽流扩散，实现其快速沉降，起到治理羽流、实现碳封存的目的。

技术领域

本发明涉及海洋装备技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳的深海采矿羽流抑制封存装置及方法。

背景技术

深海中的矿产资源多以结核形式存在，富含锰、镍、钴、铜等多种元素，极具商业开采价值。其所处环境不仅地形复杂，且因深度在数千米以上，具有高压、低温等特征。多金属结核赋存于水深4000-6000m海底稀软沉积物表层，往往处于半埋藏状态，多为球形，粒径一般为2～10cm，密度约2100kg/m³，丰度随水深变化的总趋势是水越深，丰度值越大。目前，多采用海底采矿车在海床上行走，来完成深海采矿过程中的第一道工序，即采集多金属矿石。

深海沉积物处于高压、高盐环境，富含碎屑、生物软泥、宇宙尘埃、火山物质等成分，且具有盐类电解质胶结物黏粒间“架桥”形成的独特絮状结构，其矿物组分及微观结构显著区别于陆域土和近海土。矿车行走使得沉积物黏粒间的胶结作用破坏，形成羽流。深海羽流一旦形成扩散，由于其粒径极小，导致其极难沉降，蔓延范围可达几千公里，悬浮时长可持续数十年。羽流水体浑浊，所到之处将导致大量深海生物窒息而亡，对深海生态环境带来毁灭性打击，浑浊的海水还会影响后续采矿工作的进行。因此，现有技术亟待进一步改进和提高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的在于提出一种基于二氧化碳的深海采矿羽流抑制封存装置，解决采矿车行走对海底稀泥扰动成形羽流，羽流在海底扩散造成海洋环境破坏及海底生物窒息，羽流治理难度大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于二氧化碳的深海采矿羽流抑制封存装置，包括羽流收集单元、泵吸管组、分离沉降单元及固化排放单元，所述羽流收集单元包括防溢罩和抽吸内管，所述防溢罩有两个，左右对称布置在采矿车履带的上方。

抽吸内管设置在防溢罩内部，其一端穿出防溢罩与泵吸管组相连，防溢罩上开设有可供羽流进入抽吸内管的若干个导流孔。

固化排放单元位于分离沉降单元的下方，包括固化沉淀仓、输送机构及高压喷射组件，固化沉淀仓的底部后侧具有排放口，输送机构设置在固化沉淀仓的底部。

高压喷射组件有两个，相对布置在固化沉淀仓的内侧壁上，与设在采矿车上的CO₂储存罐管路相连。

分离沉降单元包括依次相连的多个水力旋流器，泵吸管组的出水口与首位次水力旋流器的入口相连，各水力旋流器下端口均与固化沉淀仓的顶部相通。

进一步地，所述防溢罩包括双翼形的多个防溢罩单体，防溢罩单体为中空的长条板壳结构，多个防溢罩单体沿矿车履带的长度方向上下交替排布。

上侧各防溢罩单体的侧边与相邻的下侧防溢罩单体的顶部固定相连成一体，任意相邻两个防溢罩单体之间形成导流通道。

各防溢罩单体的一端与采矿车固定相连，另一端探出采矿车履带的外侧。

进一步地，防溢罩单体包括上弧板及对称布置于上弧板下方两侧的两个下弧板，两个下弧板相邻的一侧通过底板固定相连，相互远离的一侧分别与上弧板固定相连。