海底采矿车获得国家发明专利

2017年12月,长沙矿山研究院有限责任公司院海洋采矿研究所传来喜讯：“一种海底富钴结壳矿区采矿实验车”荻批国家发明专利。该专利为“十二五”国家大洋重大专项“富钴结壳资源评价”的重点专项“富钴结壳开采可行性及规模取样装置研究”前期研究的阶段成果。     

富钴结壳采矿车微地形行走技术的研究现状

富钴结壳采矿车需要在复杂的海底矿区微地形上采集钴结壳,前提是解决微地形行走技术问题。针对富钴结壳微地形特点和物理特性,提出了富钴结壳采矿车的基本性能要求,总结了国内外富钴结壳采矿车的发展历程、结构型式设计并进行了综合评述,提出了富钴结壳采矿车亟待解决的关键技术问题和主要发展方向。     

富钴结壳微地形建模及分析

简述了海底富钴结壳的分布特征,把富钴结壳微地形简化为一系列圆锥表面,从数学的角度及采矿车采矿头的角度对富钴结壳的微地形进行了分析。认为以采矿头开采富钴结壳,其实就是再现富钴结壳层的下表面或基岩表面,因此可将其看作是数学上的曲面拟合问题。其次,从采矿头的角度提出了“伪突起”的概念,且找出了“伪突起”的大小与结壳厚度及要求的矿石贫化率之间的关系。本文的微地形建模及其分析对海底采矿车行走机构、采矿头的设计及富钴结壳厚度的检测等有一定的参考价值。     

我国首次完成深海富钴结壳采掘试验

正2016年6月12日,由长沙矿山研究院研制的海底采矿头,随中国"海洋六号"科考船前往南海开展富钴结壳采掘试验。此次采矿试验历时近3 h,试验水深达959 m。试验表明,研发设计的深海富钴结壳采矿头截割效率高,运行稳定可靠,收集到了一定数量的结壳矿粒样品。这是我国首次开展深海富钴     

基于螺旋切削法破碎钴结壳分形行为研究

将分形理论应用于滚筒式采矿头截割钴结壳破碎情况的研究, 建立了富钴结壳破碎的分形模型, 推出了分形维数的理论计算公式和利用称重法处理的实际计算公式, 并通过大量实验验证了该模型的正确性。初步测定, 在2 ～4 cm 切削深度内, 破碎钴结壳分布的分形维数为2.5 左右, 由此证明破碎过程中的能耗比较符合邦德的裂缝学说。对破碎情况的研究表明滚筒式采矿头破碎剥离钴结壳的方法是比较理想的。     

海底取样对富钴结壳力学性能影响的模型

富钴结壳宏观力学性能参数是富钴结壳采矿车设计的关键参数之一。针对深海取样，建立了海水压力变化对钴结壳作用的数学模型，计算了取样时由于海水深度的变化而引起的作用于钴结壳上的附加压力，并利用SEM和OM研究了结壳微细观形态。结果表明，在取样速度不大时此种附加压力很小，结壳样品中未观察到由于附加力的作用而形成的微观裂纹，取样对富钴结壳力学性能影响不大。     

深海浮游式采矿车性能的影响因素研究

游式采矿车（ROV采矿车）是切削头和集矿头作业的载体，是采矿系统的行走平台，该平台的性能直接关系到切削头和集矿头作业。因此根据钴结壳矿床赋存区矿岩的物理力学特性和微地形地貌特点，研究浮游式采矿车在钴结壳富存地面上的行驶特性，分析牵引性、稳定性。分析其部件受力情况，找出对浮游式采矿车作业性能有重要影响的因素，并进行尺寸预测，对于论证浮游式缆控水下机器人用于钴结壳开采的可行性具有重要的参考价值，对于钻结壳开采具有指导意义。     

某大洋富钴结壳选矿试验研究

富钴结壳是海洋中最具潜在经济价值的矿产类型之一,其加工技术研究一直是深海资源开发技术发展的热点。富钴结壳矿石以铁锰水合氧化物为主,锰、钴、铁主要赋存在结壳矿物的铁锰水合氧化物中,而富钴结壳中的基岩脉石因站位不同而有所不同,致使适宜富钴结壳选矿的方案也有所不同。现根据太平洋某站位富钴结壳矿石的矿物组成特点,对其进行了强磁选、重选-强磁选和浮选三个方案的试验研究,在试验的基础上确定了各方案处理该富钴结壳矿石相应的最佳试验参数。在对三方案试验指标和优缺点对比分析的基础上,提出了采用强磁选处理该站位富钴结壳矿石的选矿回收方案建议。     

富钴结壳截割粒度分布分形规律的研究

应用分形理论研究螺旋切削采集法截割富钴结壳粒度分布规律，结果表明，其粒度分布具有很好的分形结构，可以用分形维数定量描述。通过大量试验，初步测定截割破碎富钴结壳及其模拟料粒度分布的分形维数在2．4236～2．6112之间，提出了切削深度与粒度分布关系的回归模型，用于预测截割破碎富钴结壳的情况，对于深海采矿系统的设计具有重要意义。     

洋底富钴结壳矿床微地形和物理特性

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了洋底富钴结壳矿区的微地形和矿床赋存特征，介绍了结壳层、基底层以及海洋沉积物的物理特性；这些特性对采矿机的工作原理选择与工作机构设计和具体组织开采作业具有重要意义。     

板状富钴结壳浮选优化试验研究

在"十五"期间所开发板状富钴结壳浮选流程的基础上,进行了药剂制度的优化,优化后的工艺可以获得较高的浮选指标,该工艺流程为下一步富钴结壳的工业化生产提供了技术保障。优化后的选矿指标为:富钴结壳精矿含钴、锰分别为0.51%、17.82%,钴、锰的回收率分别为96.07%、96.65%。     

大洋多金属结核及富钴结壳矿物材料的研究述评（I）

介绍了国内外对大洋多金属结核及富钴结壳在吸附、催化和电化学性能等方面的研究开发成果，全面展示了大洋多金属结核及富钴结壳作为新型矿物材料所取得的进展。     

大洋多金属结核及富钴结壳矿物材料的研究述评(Ⅰ)

介绍了国内外对大洋多金属结核及富钴结壳在吸附、催化和电化学性能等方面的研究开发成果,全面展示了大洋多金属结核及富钴结壳作为新型矿物材料所取得的进展.     

适应富钴结壳微地形的采矿头控制系统设计及试验研究

大洋富钴结壳富含战略金属钴等元素,极具开采价值。然而富钴结壳厚度的变化及其赋存的海底微地形的复杂性使得其开采比较困难。为现有的适应富钴结壳微地形的采掘机构合理搭建控制系统,并针对该系统设计有效的控制算法成为目前的关键技术。针对采矿头的特点,对其控制系统的研究与设计,控制系统共由5部分组成:液压系统、微地形检测装置、通讯装置、控制和监测装置及数据存储装置。根据深海实际开采要求采用了广泛用于采掘机械的微控制器和监视器,设计了参数模糊自整定PID控制器。在深水池进行了模拟料切削试验。结果表明,该控制系统各部分协调性好,具有适应微地形的能力。     

富钴结壳开采技术研究现状

富钴结壳因富含丰富的战略金属钴,已成为国际上竞相研究的热点。主要介绍了德国、美国、日本、中国、韩国等国家对钴结壳进行的调查情况,并简要分析了目前钴结壳开采的3种主要方法。     

大洋富钴结壳中钴的赋存状态研究

采用扫描电镜、光学显微镜、化学选择性溶解等方法研究了大洋富钴结壳中钴的赋存状态。研究结果表明,该样品中钴的品位为0.21%,钴绝大部分赋存在铁锰水合氧化物中,未发现钴的独立矿物。溶解试验表明,大洋富钴结壳中钴的溶解与锰的浸出基本同步。     

射流结合刀具破碎大洋富钴结壳的机理研究

大洋富钴结壳的破碎是开采钴结壳的重要环节，借鉴刀具切削破碎软岩机理的研究成果，提出水射流与刀具结合破碎大洋富钴结壳的方法。研究了射流结合刀具剥离破碎钴结壳的机理，分析了采用自控水力截齿破碎钴结壳的优越性，为探索新的钴结壳破碎方法提供了理论上的依据。     

洋底富钴结壳的开采方法

在收集了大量洋底富钴结壳开发资料的基础上，详细介绍了日本进行的CLB（连续绳斗）法开采试验。重点介绍了美国富钴结壳矿床开采系统方案，包括采矿机切割头、水力吸矿、行走机构的设计、软管、缓冲仓的功能以及扬矿钢管的振动和应力问题。     

大洋富钴结壳调查进展及开采技术

大洋富钴结壳富含陆地上相对缺乏的战略金属钴等元素,而世界各国尤其是发达国家对钴的需求量日益增加,因此许多国家将目光转向深海富钴结壳的开发。介绍了德国、美国、日本、韩国以及中国等国的调查开发情况,并分析和探讨了富钴结壳切削破碎方法和技术。     

富钴结壳抗剪强度试验研究

获取富钴结壳的抗剪强度等参数,对富钴结壳采矿头具有重要意义。运用变角板剪切法,对我国大洋富钴结壳样品进行截割,制作成50 mm×50 mm×50 mm的试样,安装在变角板剪切夹具内,采用位移控制法进行加载,记录在变角为50°、60°、70°时试样破坏下最大载荷。建立了富钴结壳的抗剪强度与法向应力经验公式,获取了内聚力和内摩擦角等参数,分别为0.275 MPa和54.43°。受样品数量限制及实验室测试的局限性,应开展原位抗剪试验,以修正和完善所提出的经验公式。