Добыча полезного ископаемого со дна морей и океанов
Помимо поверхности континентов, человек в течение всей своей истории использует полезные ископаемые океана и моря.
До недавних времен главной областью эксплуатации было рыболовство, но в последние десятилетия важную роль в экономике некоторых приморских государств играет добыча нефти с морского дна в районе материковых окраин.
Человек использует соли, растворенные в морской воде. В настоящее время о запасах моря часто говорят, как о надежде человечества. Моря и океаны, покрывающие более двух третей поверхности земного шара, призваны поддержать энергетический, сырьевой и пищевой баланс увеличивающегося населения Земли.
Естественно, встает вопрос, реально ли это?
Что можно добыть с Мирового океана
Казалось бы само собой разумеющимся, что соль, которую употребляет человек, происходит из моря, но это не так.
Лишь третья часть поваренной соли получается путем испарения морской воды, остальная добывается на континентах или путем испарения соляного раствора — минерализованных вод, сопровождающих месторождения соли.
Итак, морская вода является химическим сырьем, но самое ценное, что из нее получают, не соль, а бром, используемый в первую очередь в фотографической промышленности, и магний. Из морской воды добывается более двух третей мирового потребления этих элементов.
Добыча брома в океане
Морская вода содержит и ряд других соединений, находящихся в растворенном состоянии. Время от времени в СМИ можно прочесть, сколько в ней находится урана или золота. Эти цифры действительно поражают.
Однако нас ограничивает в действиях тот факт, что мы пока не располагаем достаточным количеством энергии, чтобы наладить процесс их извлечения. Но ряд процессов проводит за человека сама природа.
Добыча тяжелых металлов с морского дна
Так, например, медь, марганец, кобальт, никель нет необходимости добывать из морской воды, поскольку эти металлы выпадают и кристаллизуются на дне океанских впадин в виде марганцовых конкреций. Это – образования величиной с орех, кулак или футбольный мяч, во множестве рассыпанные по дну Тихого и Атлантического океанов и состоящие из слоев окислов железа и марганца, кристаллическая структура которых легко связывает более тяжелые металлы, как никель, кобальт и медь.
Общее содержание полезных ископаемых океана в виде металлов в марганцовых конкрециях достигает 2,5%. Поэтому исследовательские корабли составляют карты морского дна, фотографируют его с помощью подводных камер, а ученые анализируют содержание металла в этих шаровидных образованиях.
Выявленное содержание металлов пока невелико, а расходы по добыче сырья со дна велики. Но надежды на источники сырья имеются, хотя о юридической стороне вопроса добычи со дна моря люди договариваются с трудом.
С большим успехом проводится добыча так называемых тяжелых минералов в прибрежных областях.
Например, ученые нашли подводную гору в 300 милях от побережья Канарских островов. Гора представляет редкоземельный металл теллур.
Стоимость этого металла составляет порядка 300 долларов за кг, что будет достаточно прибыльно начать добычу с морского дна.
Вода сортирует минералы
Средневековые горняки, да и позже золотоискатели получали золото путем промывки речных наносов. Вода уносила из старательских сит более легкие силикатные минералы, а на дне оставались более тяжелые минералы. Когда посчастливилось, то и кусочки золота.
Морской прибой и сильные морские течения в ряде мест делали эту работу за человека.
Более тяжелые минералы, например, касситерит (оловянная руда), циркон (циркониевая руда), рутил (окисел титана), моназит (сложный фосфат с содержанием редкоземельных элементов) и даже алмаз высвобождаются из горных пород в процессе выветривания, а поскольку они более стойки, чем многие другие минералы (например, полевой шпат), вода уносит их в море. Там они сортируются как в старательском сите: более легкие, обычно силикатные и кварцевые материалы уносятся, а на пляже или на мелком морском дне остаются тяжелые, полезные фракции. Во многих местах в мире добываются минералы в переходных зонах от океана к материкам.
Однако полезные ископаемые океана и моря пока сложно извлечь или достать с морского дна с учетом получения прибыли. Но технологии улучшаются и, возможно, основные источники сырья будут находиться в море.
Источник
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология
-> Ржевский В.В.
-> «Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов»
Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов
Автор: Ржевский В.В.
Другие авторы: Нурок Г.А.
Издательство: М.: Недра
Год издания: 1979
Страницы: 381
Читать: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164
Скачать:
tehnologiidobichi1979.djvu
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА ОЗЕР, МОРЕЙ И ОКЕАНОВ
Под общей редакцией чл.-кор. АН СССР В. В. РЖЕВСКОГО и проф. д-ра техн. наук Г. А. НУРОКА
МОСКВАНЕДРА-1979
Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. Под общей редакцией В. В. Ржевского и Г. А. Нуро-ка. М., «Недра», 1979. 381 с.
В книге освещены общие характеристики твердых полезных ископаемых Мирового океана и содержание полезных минералов в морской воде. Рассмотрены особенности подводных месторождений на материковом склоне, ложе океана, континентальном шельфе, вопросы образования и классификации морских россыпей, их регенерация после эксплуатационных работ, а также особенности комплексных геологических работ на шельфе. Дано состояние технологи* добычи твердых полезных ископаемых из недр Мирового океана. Приведена классификация способов вскрытия подводных выемочных полей, систем разработки подводных месторождений, структуры комплексной механизации подводной добычи.
Обобщен опыт подводной добычи титаносодержащих и магнетито-вых песков, олова,- золота, алмазов, нерудных строительных материалов и других полезных ископаемых. Пр’и этом рассмотрены процессы выемки, транспортирования, подъема с больших глубин и обогащения, в том числе придонного обогащения полезных ископаемых, формирования морских отвалов, а также основы расчетов этих процессов. Приведена технология добычи железо-марганцевых конкреций при их глубоком залегании на дне океана.
Рассмотрены конструкции и методы расчета технических средств подводной добычи, в том числе специальных земснарядов, др&?, подводных экскаваторов и бульдозеров, средств глубоководного подъема и транспорта полезных ископаемых, методы расчета и основные параметры плавучих и подводных горнодобывающих комплексов.
Приведены результаты опытных работ по созданию технологии и технических средств подводной добычи полезных ископаемых в СССР, в том числе в условиях арктических морей. Указаны вопросы охраны окружающей среды при подводной добыче. Даны основные направления и задачи развития подводной добычи твердых полезных ископаемых в СССР.
Книга предназначена для широкого круга специалистов, работающих в области геологии морских россыпей, добычи полезных ископаемых, дноуглубительных работ, и может быть полезной для студентов ВУЗов.
Табл. 68, ил. 121, список лит. — 103 назв.
Авторы. Г. А. НУРОК, Ю. В. БРУЯКИН, Ю. В. БУБИС, Л. Н. МОЛОЧНИКОВ, К. В. ЯБЛОКОВ
25МММ“
© Издательство «Недр.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие современных отраслей промышленности привело к тому, что за последние 20 лет добыто полезных ископаемых значительно больше, чем за всю историю горнодобывающей промышленности. В связи с этим запасы многих полезных ископаемых на Суше весьма ограничены и их хватит на непродолжительный период времени.
За последние годы резко возрос спрос на минеральное сырье. Это касается не только энергоресурсов (нефти и газа), но также железа, марганца, никеля, ванадия, свинца, цинка, меди, олова. По данным Федерального ведомства разведки почвы (ФРГ), мировая потребность в важнейших видах минерального сырья на современном этапе на каждые 15 лет будет удваиваться. Подсчитано, что при таком объеме добычи полезных ископаемых и прогнозируемых темпах роста их производства известных запасов угля достаточно на несколько сот лет, железной руды на 80 лет, алмазов на 20 лет, марганца и олова на несколько десятилетий. При йтом в подсчете учитывается необходимость освоения более бедных руд Суши, залегающих на больших глубинах и в сложных горно-геологических условиях.
Между тем 71% поверхности земли, или 362 млн. км2, покрывает Мировой океан. Потребность в огромных количествах полезных ископаемых может быть решена как за счет их извлечения из морской воды, так и добычи на территориях, покрытых морями и океанами. Морская вода содержит большое количество минеральных ресурсов, в том числе марганец, золото, никель, кобальт, серебро, свинец и др. В настоящее время из морских россыпей добывают: ильменит, рутил, циркон, монацит, касситерит, магнетит, золото, платину, а’лмазы. Из береговых россыпей Австралии извлекается значительная часть всего циркона, добываемого капиталистическими странами. Подводная добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов должна найти свое широкое развитие в течение ближайшего времени.
Главное отличие морского горного дела состоит в основном в следующем: горные работы проводятся в условиях сложного гидродинамического воздействия морских течений, волнений, влияния ветровых явлений, более сложного влияния климатических
условий; функции горнодобывающего и обогатительного предприятия выполняет корабль или караван судов; горнодобывающее предприятие со всем комплексом добычного и обогатительного оборудования может перемещаться от одного месторождения к другому, отрабатываемое месторождение иногда частично восстанавливает свои запасы.
Впервые в СССР в 1966 г. Московским горным институтом была проведена опытно-промышленная добыча титано-цирконовых концентратов, а в 1969 г. были получены концентраты из морских россыпей. На основе проведенных исследований соответствующие ведомства приступили к проектированию и строительству предприятий по подводной добыче полезных ископаемых шельфа СССР. Проводится поиск россыпей золота, олова и других черных, цветных, редких и благородных металлов. Геологические оценки металлоносности шельфа достаточно высокие.
1 > 2 3 4 5 6 7 .. 164 >> Следующая
Источник
Клаус Экер, ведущий специалист отдела конструирования насосов для горнодобывающей промышленности и морской добычи полезных ископаемых, завод KSB, Хомбург (ФРГ)
Технология добычи полезных ископаемых со дна океана открыла принципиально новую область использования погружных электронасосных агрегатов. Совершенствование этого вида насосного оборудования остается в течение 70-ти лет одним из важнейших направлений в программе развития фирмы KSB.
Наша фирма имеет большой опыт эксплуатации погружных насосов на нефтегазодобывающих платформах в открытом море (работающие на морской воде балластные насосы, насосы системы охлаждения компрессоров, пожарные насосы и т.д.). Однако применение погружных насосов KSB (с заполненным водой электродвигателем) для транспортировки марганцевых конкреций со дна Тихого океана стало серьезной проверкой их надежности при работе в экстремальных условиях. Следует заметить, что эти руды залегают вдали от берегов на глубине 5000–10000?м. О существовании океанических залежей марганцевых конкреций человечество знало уже с прошлого века, когда англо-голландская экспедиция на борту британского исследовательского судна «Челленджер» в 1873 г. подняла в неводе первые образцы руды на поверхность. Долгое время таинственные океанические минералы оставались предметом исследований и дискуссий ученых. Было установлено, что конкреции растут в течение миллионов лет (от 0.001 до 1 мм в тысячелетие), а структура их поперечного сечения имеет поразительное сходство с годовыми кольцами дерева. В составе марганцевых конкреций обнаружили также железо, медь, никель и другие металлы. Исследования, проведенные в течение Международного геофизического года (1957/58), показали, что эти рудные образования, имеющие картофелеобразную форму, покрывают обширные площади дна Тихого, Индийского и северной части Атлантического океанов. Высокое содержание в конкрециях марганца (до 30%) в то время не представляло особого интереса, так как мировая промышленность еще не испытывала недостатка в марганцевом сырье. Но другие, более ценные компоненты, такие как медь, никель, кобальт, молибден и титан, были приняты во внимание для будущего использования.
Сегодня большинство составляющих конкреций вызывает огромный интерес металлургов. Однако если подобные анализы конкреций ученые уже имели в своем распоряжении, то технические проблемы их добычи еще предстояло решить.
Сделать продукцию экономически выгодной возможно только при достижении высокой производительности добывающего предприятия (не менее нескольких тонн руды в час). Только в 60-х годах нашего столетия оказалось возможным сформулировать практические задачи освоения подводных месторождений.
Разработка минеральных ресурсов мирового океана стала одним из важнейших и, в то же время, очень спорным вопросом на Международных конференциях по Морскому Праву, которые проводились под эгидой ООН с 1958 по 1982 год. Основная проблема будущей морской добычи была связана не столько с возможностями современной техники, сколько с вопросами финансирования. Стоимость предварительных вложений в добывающее предприятие оценивается, по меньшей мере, в миллиард долларов. Такие затраты доступны только индустриально развитым странам, при условии объединения в них нескольких крупных компаний. Например, немецкий «Союз добычи минеральных ресурсов моря» (АМР) был представлен следующими фирмами: Deutsche Schachtbau und Tiefbohrgesellschaft, Metallgesellschaft AG, Preussag AG.
Первым практическим достижением в промышленной добыче марганцевых конкреций с глубины 5250 метров в центральном районе Тихого океана (около Гавайских островов) стала успешная работа экспериментального судна «Sedco 445». Эта работа началась в апреле 1978 года и выполнялась совместными целенаправленными усилиями компаний SEDKO (США), INCO (Канада), DOMCO (Япония) и AMR (Германия). Только согласованная работа всех заинтересованных сторон позволила нашей фирме добиться успеха в проведении промышленного эксперимента с применением насосного оборудования для разработки океанических рудных месторождений. Фирма KSB AG получила заказ на весь объем поставки оборудования для линии транспортирования марганцевых конкреций со дна океана (трубопровод с основными транспортными насосами, струйная промывка узлов коллектора, управление коллекторным устройством с помощью погружного электродвигателя). На корабле размещалась буровая вышка, через которую проходил транспортный трубопровод диаметром 200 мм, соединяющий корабль с месторождением конкреций. Под кораблем была предусмотрена конвейерная (многоступенчатая) система гидравлического транспортирования руды. Непосредственно под буровой вышкой был расположен жесткий вертикальный трубопровод. Последняя секция транспортного трубопровода представляла собой гибкий гофрированный шланг, соединенный с коллектором. Этот шланг являлся своеобразным компенсатором при буксовании коллектора по неровному дну океана. Размещенная на корабле буровая вышка была сконструирована таким образом, чтобы движение судна не изменяло ее вертикального положения. Подвешенный к монтажной башне трубопровод (его вес составлял около 1000 т) должен был при перемещении корабля оставаться в строго зафиксированной позиции, чтобы коллектор системы находился точно над зоной добычи полезных ископаемых. Устройство, собирающее марганцевые конкреции внутри корпуса коллектора, приводилось в движение погружным электродвигателем KSB типа 10А 153/4s. Далее в транспортной линии был установлен погружной насос KSB типа UQN 294/1+8А 53/2s, который имел на выходе специальные насадки для образования сильных напорных струй. Эти струи использовались для разрыхления грунта и отделения марганцевых конкреций от донного осадочного слоя. В то время как коллектор собирал на дне конкреции, донный осадок был вовлечен в интенсивное вихревое движение. Правильность монтажа участков транспортного трубопровода на большой глубине и работа коллектора гидросистемы наблюдались на корабле с помощью подводной телекамеры. На глубине ~900 м в жестком участке трубопровода были последовательно установлены друг над другом три насоса KSB типа ВРЕ 506/6а с погружными электродвигателями типа ALBLQ 80-406 (мощность двигателя 800 кВт и напряжение сети 4000 В). Номинальная подача каждого насоса была равной 500 м3/час, а суммарный напор трех насосов составлял 265 м. Здесь необходимо напомнить, что в принципе напор насоса преодолевает только потери трения на длине 5250 м. Электронасосы имели конструкцию, позволяющую транспортировать в жидкости 5% твердого вещества (марганцевых конкреций). Из-за ограничений, которые определяются возможностями морского судна, было невозможно превышать допустимые габаритные размеры насоса и электродвигателя. Поэтому общая длина перекачивающего насоса составляла 11.3 м. Это определило выбор 10-ступенчатого секционного насоса с радиальными рабочими колесами. Наибольший внешний диаметр электронасоса при этом был равен 550 мм. Специальная гидравлическая система определяла работу насоса. Пространство между электродвигателем и байпасным кожухом формировалось в течение всего времени работы насоса. При этом минимальная скорость потока всегда превышала скорость опускания конкреций (критическую скорость). Контроль за скоростью потока осуществляли регуляторы, расположенные между трубой и электродвигателем. В порядке предупреждения каких-либо заторов (пробок) в движении конкреций и засоров насоса при ожидаемых концентрациях твердых включений был точно определен минимальный свободный проход в проточной части насоса, равный 75 мм. В результате была разработана специальная конструкция, согласующая геометрию рабочих колес и направляющих аппаратов с корпусом насоса. Силовой питающий электрокабель погружного двигателя (в бронированном исполнении), который использовался в этом проекте, был применен впервые. Электрокабель полностью защищен от воздействия морской воды. Спиральные выводы кабеля из электродвигателя и байпасного кожуха были снабжены специально разработанными для этих условий уплотнениями, которые остаются герметичными при давлении до 100 бар. Изоляция (из поливинилхлорида и полиэтилена) была предварительно испытана в специальном автоклаве под большим избыточным давлением воды. Эти испытания показали, что давление не оказывает какого-либо значительного влияния на механические и электрические свойства изоляции. Тот же результат был получен при проверке свойств материала при воздействии высокого напряжения (до 10000?В). Промышленные испытания электронасосов показали полную надежность погружных двигателей как на глубине 5250 м ниже поверхности океана, так и в экспериментальном батискафе на глубине 10000 м. Межремонтный ресурс электронасосов был равен 6–8 тыс. часов непрерывной работы, а полный срок службы составляет от одного до двух лет.
Работа погружных насосов в гидравлической системе транспортировки марганцевых конкреций дала возможность оценить эффективность их применения для нужд металлургической промышленности. В третьем тысячелетии человечество не сможет долго обходиться без использования огромных сырьевых ресурсов океана. Проверенное на надежность насосное оборудование фирмы KSB создало условия для промышленного освоения рудных месторождений на дне мирового океана.
Журнал «Горная Промышленность» №2 1999
Источник