深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流当地浓度的研究

针对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流提升大洋锰结核颗粒的当地浓度受多种因素影响的问题,基于欧拉-欧拉理论模型,选用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,以含有锰结核颗粒的海水为流动介质,对扬矿硬管内液固两相流进行数值模拟,分析了管道、物料和浆体的特性等因素对颗粒当地浓度的影响规律。结果表明：不同工况条件下,管道内径、锰结核颗粒粒径、颗粒密度、提升角速度、提升浓度的增大均有助于提高颗粒的当地浓度,进而有利于提高颗粒的输送效率;过大的提升速度将会抑制断面上颗粒当地浓度的提高,从而降低颗粒的输送效率和提升能力;但管壁粗糙度及浆体黏度对当地浓度影响很小。研究结果对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流的输送参数优化和工程应用具有一定的指导意义。     

深海采矿输送软管几何非线性静力分析

根据深海采矿矿石输送软管挠度变化很大的特点，采用了几何非线性有限元理论对输送系统进行力学分析；根据输送管道在采矿船和采矿车的牵引下运动，同时受到管道和管内流体重力及海水浮力作用的情况，采用有限元分别对3种参数值的输送系统进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知：简单输送系统不能满足深海采矿要求；在输送管道下端安装浮体，得到了一种十分理想的深海采矿系统；输送管道的密度对采矿系统的性能影响很大，应尽可能地采用密度小的输送管道。     

我国深海采矿技术研究的主攻方向与任务

大洋赋存着丰富的锰结核资源，如何从数千米深的大洋底开采这些资源呢？不久以前人们对这个问题还一无所知，觉得很不现实，甚至认为是一种简单的幻想。说到矿山，总是指陆地矿山；如果谈到海洋矿山，必定与陆地矿山联系起来。但是，海洋矿石的确存在。目前，深海锰结核的开来问题业已走出幻境，开始步入人类事业的宏伟蓝图。就深海锰结核开采而言，沿用陆地采矿工艺显然不行。因此，必须研究一种与陆地采矿截然不同的深海采矿技术。在过去动多年中，以美国、法国、日本和德国为首的海洋采矿财团在这方面做出了极大努力。目前，深海采矿的技…     

深海采矿技术的研究与开发

10年前,深海采矿已达到顶峰,受到全世界的极大关注。1978年春,首次以试验规模连续从太平洋底部采出锰结核。1979年5月,第一次在红海海底开采含金属的沉积物。同时,专家们预言:大规模的深海采矿将于80年代末期开始。该预言是错误的。     

深海采矿的经济可行性评价

从经济上比较了深海采矿和陆地含镍红土矿开采，以分析和评价深海锰结核开采的经济可行性，并得出了以内部投资收益率１５～２０％作为评估深海采矿企业的盈利指标。这对筹建未来的新兴海洋采矿工业具有指导意义。     

日本大洋多金属结核开采试验的进展

日本早在 2 0世纪 70年代就把深海资源的开发列为一项基本的矿业政策 ,制定了 17年的大洋多金属结核 (锰结核 )采矿系统研究开发计划 ,投入大量人力、物力和财力 ,经历了单元技术开发、小规模采矿系统的设计和开采系统的详细设计制造阶段 ,于 1997年在北太平洋水深 2 2 0 0m的Marcus-Wake海山上进行了多金属结核的采矿试验并取得了成功。本文较详细地介绍了日本的深海采矿试验系统 ,海上试验———包括结核矿采集试验、在海上扬矿管的下放与回收、陆上软管弯曲试验和陆上空气压缩机运转试验等 ,还对日本深海采矿技术开发的指导思想和试验结果进行了评论     

针对深海采矿车的遍历路径规划方法研究

针对深海采矿车在海底复杂条件下周围环境信息缺少,实时处理数据能力低,环境建模困难复杂,难以自主和高效完成深海采矿作业等问题,提出一种深海采矿车遍历采矿作业的全覆盖路径规划方法。首先利用AUV(自主水下机器人)采集数据得到的水下DEM(数字高程模型)数据模型构建出海底的三维静态地图模型,根据得到的底质类型数据划分障碍物构建出二维静态栅格环境模型;然后考虑栅格状态、距离因素和转向因子建立启发函数,实现遍历路径采矿工作。结合实际采矿过程中出现的采矿死区问题,引入改进A*算法规划逃离出死区路径,保证了重复率尽可能小;最后通过MATLAB仿真验证。结果表明,该算法确保采矿覆盖率为100%的同时降低了重复率和转弯次数,提高了深海采矿车的工作效率和经济效益,为深海采矿车海底路径规划提供了理论基础。     

海洋勘查船研究海底沉积物的新方法和技术手段

为了采集深海铁锰结核矿床,必须解决一系列为研制开采机组并保证其深水工作能力的有关问题。这些是研制集矿机组应解决的关键性问题。高静水压力(约60MPa)、海水的侵     

深海采矿系统软管段输送阻力损失研究

基于深海采矿软管输送模拟试验系统, 分析了不同混合物流速、不同颗粒粒径、不同颗粒体积浓度、不同软管形态条件下软管阻力损失变化特征, 为深海采矿系统软管设计提供参考。结果表明, 水力坡度随物料体积浓度增大而增大, 随粗颗粒粒径增加而呈下降趋势, 随软管弯曲度增大而增加。复杂形态软管中粗颗粒输送水力坡度变化与水平管道、垂直管道和倾斜管道具有一定的相似性, 对比分析了倾斜直管和软管的水力坡度, 拟合了复杂形态软管输送的水力坡度计算公式, 误差范围控制在1.6%以内。     

锰结核开采射流泵提升方式研究

射流泵被广泛用于输送或提升松散颗粒状物料。结合深海采矿的特点,对射流泵的工作性能、结构参数、提升体积浓度及提升效率进行研究,获得了被引射流流量与射流流量之比、泵进出口体积浓度差异、提升效率变化规律等结果,指出了射流泵在深海采矿系统中的应用前景。     

大洋锰结核深海开采扬矿技术

介绍了国外大洋锰结核深海开采扬矿技术与关键设备的研究开发状况和我国扬矿技术研究现状。通过对各种扬矿方法优缺点的分析评价得出采用矿浆泵水力提升和气举泵提升进行深海开采扬矿的现实可行性, 认为矿浆泵提升最有可能成为商业开采的第一代扬矿方法。为了有效开采大洋锰结核, 应十分重视扬矿参数的基础研究和扬矿设备的研制。     

深海锰结核液相氧化动力学

通过考察反应时间、反应温度以及氧分压对深海锰结核中锰的氧化的影响,研究深海锰结核在高浓氢氧化钾介质中的液相氧化宏观动力学.结果表明,在试验条件下,结核中锰的氧化反应符合未反应核收缩模型,表观活化能为53.26kJ/mol,反应受界面化学反应控制.     

垂直提升管道中粗颗粒滑移速度试验研究

为了研究粗颗粒在深海采矿管道系统中的滑移速度, 采用粒子图像测速法对粒径为10 mm, 30 mm, 50 mm的锰结核、富钴结壳、多金属硫化物和模拟结核颗粒在垂直提升管道中的滑移速度进行了研究。试验结果表明, 粗颗粒矿石在提升管道中的滑移速度随颗粒形状系数、颗粒粒径和颗粒密度增加而增加, 随水流速度增加而减小。得到了粗颗粒矿石滑移速度计算公式, 计算结果与试验实测数据吻合较好, 对提升管道水力输送系统机理研究有一定参考价值。     

深海粗颗粒矿石垂直管道水力提升技术

全面论述了近30年来国内外深海采矿垂直管道水力提升技术的发展和研究现状, 对十几个国家深海采矿垂直管道水力提升系统进行了描述和分析, 重点介绍了我国深海采矿垂直管道水力提升技术的研究成果。从管道输送安全角度考虑, 论述了垂直管道堵塞的关键问题和解决措施, 可为我国深海多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等金属矿产资源垂直管道水力提升技术的研究提供参考。     

深海多金属结核开发技术研究的现状

在世界各大洋中,大约有15％的深海底被含锰、镍、钴、铜等76种元素的多金属结核(又称锰结核)所覆盖,它将成为人类未来所必需的自然资源。国外发达国家和一些较发达国家从60年代起开始进行这一资源开发利用的研究。我国现也开始这方面的研究工作。本文简要介绍深海多金属结核资源及国内外进行开采技术研究的情况。     

Bio-leaching of valuable metals from marine nodules under anaerobic condition

The present paper studies anaerobic bio-leaching of manganese nodules by Thiobacillus ferrooxidans separated from mining water. With the addition of suitable nutrient and reductant, the metals existing in the nodules, such as Cu, Co, Ni and Mn can be leached effectively in an acidic and anaerobic system under ambient temperature in 3 days. Manganese oxide and nickel sulfide participate in the respiration of the microbe as electron acceptor and donor respectively. Meanwhile, the ferric/ferro ions act as electron shuttles to accelerate the process.     

淮南采煤沉陷区积水重金属健康风险评价

为研究淮南采煤沉陷区积水中重金属对人体产生的潜在健康风险,对9个矿19个沉陷水域进行采样,测试5种重金属(Cd、Cr、Pb、Ni、Zn)含量,采用美国环境保护局(USEPA)推荐使用的健康风险评价模型,对其进行健康风险评价。研究结果表明：(1)采样水域5种重金属年平均离子浓度由大到小依次为：Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Cd,重金属的分布影响因素可能与农药化肥的使用、工业废水的排放、汽车尾气中重金属的大气沉降、渔业养殖以及采煤活动等因素有关;(2)重金属的健康风险值总体随季节变化,呈现出丰水期小于枯水期的特点;该区域沉陷积水的重金属致癌风险整体较为安全,但化学致癌物(Cr)的健康风险值超出其它4种重金属4~8个数量级;(3)5种重金属的健康风险平均值排序为：Cr＞Cd＞Pb＞Zn＞Ni,其中Cd的致癌风险值及Pb、Zn、Ni非致癌风险值均低于最大可接受风险值(5.05×10-5a-1)。     

开采条件下锑矿矿井水中重金属的转化机理分析

矿业活动引起的重金属污染问题日益突出,而末端治理途径无法有效解决该问题,对锑矿开采条件下矿井水中的重金属转化机理进行研究,可为源头防控提供基础支撑。以开采条件下某锑矿矿井水为研究对象,通过水化学分析及水文地球化学模拟,分析了矿井水中重金属的形态特征及影响因素。结果表明,矿井水中的主要重金属污染物为Sb、Al、Fe和Mn,主要来源于辉锑矿、铝硅酸盐及硫铁矿等矿物,且主要集中于碱性水体区的起点区域和酸性水体区的末端区域;不同水体的混合过程使水体pH值和Eh值发生变化,进而引起重金属形态组成和浓度特征的突变,同时Fe(OH)3与Al(OH)3分别在碱性条件下和弱酸性条件下的吸附过程会对其它重金属的浓度产生较大影响。     

矿渣基胶凝材料固化、稳定化某铅锌重金属尾矿

固化稳定化技术是目前处理重金属最重要的方法，固化材料是该技术的核心。为克服传统固化材料性能、成本等缺陷，以大宗工业固废矿渣为主要原料，制备矿渣基新型胶凝材料，胶结固化某铅锌尾矿中的重金属，考察固结体强度和铅锌离子固化、稳定化效果。研究结果表明：矿渣基胶凝材料胶结铅锌全尾砂28 d和60 d龄期强度达6.40 MPa和6.44 MPa，满足矿山充填采矿对充填体强度的要求；固化后重金属铅的浸出浓度为0.012 mg/L（28 d）和0.010 mg/L（60 d），达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）IV类水体中规定的重金属标准限值。矿渣基胶凝材料固化稳定化重金属尾矿，实现了“以废治废”，应用前景广阔。