[发明专利]利用二氧化碳相变破碎深海多金属结核的装置及方法

说明书

本发明公开了利用二氧化碳相变破碎深海多金属结核的装置，包括箱体、顶部阀门、碎矿石输送机构、碎矿石出口及控制单元，箱体的内部由隔板分成海水驱替仓、高温爆破仓、变压反应仓和液态二氧化碳储存仓。海水驱替仓位于高温爆破仓左上方，高温爆破仓与海水驱替仓通过阀门相连。变压反应仓位于高温爆破仓右上方。变压反应仓的外侧相邻设有二氧化碳输送管，高温爆破仓通过二氧化碳输送管与液态二氧化碳储存仓相连。海水驱替仓与液态二氧化碳储存仓相邻侧设有进口阀门，另一侧设有出口阀门。本发明还公开了破碎深海多金属结核的方法。本发明利用多金属结核疏松多孔的结构与二氧化碳相变实现多金属结核的破碎，破碎效率高，工作稳定性好。

技术领域

本发明涉及海洋装备技术领域，具体涉及一种利用二氧化碳相变破碎深海多金属结核的装置及方法。

背景技术

多金属结核也称为锰结核分布在世界大洋底部水深3500-6000米海底表层，赋存条件简单，开采较为容易，是一种极具开采价值的海洋金属矿产资源。多金属结核主要由锰、铁的氧化物构成，由于赋存环境的不同，成分也有差异。海底锰结核主要元素与陆地锰铁结核相近，但品质普遍比陆地锰铁结核要高很多。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。

目前主要的提升方式主要有泵提升与机械式提升两种，泵提升是将多金属结核在海底破碎成一定粒径大小，然后用液体作为载体，用泵将破碎的多金属结核连同水一起抽到海面的支持母船上，多金属提升前需要先破碎到均一大小。多金属结核需要通过机械式的破碎装置在海底破碎成粒径较小的颗粒，破碎过程中，机械式的破碎装置在容易出现卡住的状况以及机械故障，使用的稳定性较差，且维修困难。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利用二氧化碳相变破碎深海多金属结核的装置，解决多金属结核在海底破碎时，机械式的破碎装置在容易出现卡住的状况以及机械故障，使用稳定性较差，且维修困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种利用二氧化碳相变破碎深海多金属结核的装置，包括箱体、顶部阀门、碎矿石输送机构、碎矿石出口及控制单元，所述箱体的内部由隔板分成海水驱替仓、高温爆破仓、变压反应仓和液态二氧化碳储存仓。

高温爆破仓位于箱体下部，海水驱替仓位于高温爆破仓的左上方，高温爆破仓与海水驱替仓之间通过叠动阀门相连。

变压反应仓位于海水驱替的右侧且与高温爆破仓相邻布置，液态二氧化碳储存仓位于变压反应仓的上方，且与海水驱替仓相邻布置。

变压反应仓的外侧相邻设有二氧化碳输送管，二氧化碳输送管一端连接高温爆破仓，另一端连接液态二氧化碳储存仓。

海水驱替仓与液态二氧化碳储存仓之间设有进口阀门，另一侧上部设有出口阀门，顶部阀门设在海水驱替仓的顶壁上，所述进口阀门、出口阀门及顶部阀门的信号端均与控制单元通讯相连。

碎矿石输送机构设置在高温爆破仓的下部，碎矿石出口开设于高温爆破仓的底部。

进一步地，所述海水驱替仓的侧壁上设置有两个二氧化碳浓度检测桩，其中一个二氧化碳浓度检测桩安装于海水驱替仓的下部，另一个二氧化碳浓度检测桩的相邻安装于出口阀门的下侧，各二氧化碳浓度检测桩的信号端均与控制单元通讯相连。

进一步地，叠动阀门包括固定阀板、活动阀板及直线电机，固定阀板水平布置，其侧边与隔板及箱体的侧壁固定相连成一体。

所述固定阀板上具有等间隔开设的多个第一条形孔，活动阀板滑动设置在固定阀板的上表面，活动阀板上开设有可与第一条形孔数量相等且一一正对的第二条形孔。