[发明专利]钴结壳剥离铲

说明书

技术领域  本发明涉及一种海底采矿机械

背景技术  富钴结壳(Cobalt-rich ferrmanganese crusts)是继锰结核之后被人类发现的又一深海矿产资源，广泛分布于各大洋盆地的海山斜坡或平顶海山顶部。据估计，海底有635万k m²被钴结壳覆盖，可产出10亿t钴矿，钴结壳形成于400～4000m的海底。陆地上钴矿含钴量一般低于0.1％，而海底钴结壳中钴的含量可达1％以上。钴结壳中的钴、锰、镍用于钢铁生产，以增强其硬度、强度及抗腐蚀性。26％的钴用于生产航天领域的超级合金，钴、锰、镍还用于高科技产业，如生产太阳能电池、超导体、高级激光系统及切削刀具等，发达国家对钴等战略金属的需求量很大。1981年德国克劳斯塔尔-笔菲尔斯工业大学的皮特.哈尔巴赫率领“德国中太平洋一号”巡航船，对夏威夷南部进行了第一次系统调查。此次巡航使用了大型挖掘机、地震剖面测量及深海摄影，取得了突破性进展。调查结果表明，富钴结壳富含钴、铁、锌、钛、磷、铅、铂等元素。美国是世界上最大的钴消耗国，钴消耗量约占全球的35％，但是美国内基本没有生产，主要依靠进口。美国对富钴结壳的研究步伐，随着1983年里根总统宣布200海里专属经济区而加快。据统计，仅美国专属经济区内就拥有3亿余吨钴结壳，其中含有270万t钴、150万t镍、7400万t锰。同时，美国在钴结壳的切削特性、切削方法及采矿车方案上进行了大量的研究，结果表明钴结壳的强度和中等硬度的煤相当，易于切割开采。美国DTC公司在大量试验和资料整理基础上得出：钴结壳及其基岩最佳的破碎方法应为螺旋滚筒截齿切削。1995年John.E.Halkyard在“海洋工程及其环境”国际会议上提出了开采钴结壳的采矿车设计和有关技术问题，认为最佳的钴结壳开采方案，应是包括由海底履带式采矿车、水力管道提矿运输系统和水面采矿船构成的采矿系统。1985年日本将开采锰结核的连续绳斗法(CLB)用于开采钴结壳，试验海域在夏威夷群岛东南部，水深3300～3900m。(CLB)聚丙烯缆绳直径85mm，全长13000m，每隔50m挂一个网状桶斗，桶斗尺寸为长1.4m，宽0.8m，高0.4m。连续开采4h，共采出4t钴壳，每斗平均25Kg。以上方法都存在一些尚未解决的技术难题，所以全球至今都未进行钴结壳的商业开采。

发明内容  本发明的目的就是提供一种在采矿船上用卷扬机钢丝绳牵引，采矿幅度在10～20m范围内可调，采矿速度大于200t/铲，漏采率小于5％的钴结壳剥离铲。避免了海底自行式履带采矿车、水力管道提矿运输系统等一系列技术难题，从而使钴结壳矿的开采真正具有商业价值。

我国对钴结壳的调查起步较晚，1987年“海洋4号”科学考察船首次采获钴结壳矿样品。1997～1998年“大洋1号”和“海洋4号”两艘科考船，在对我国圈定的锰结核矿区进行勘探的同时，对中太平洋的钴结壳进行了初步勘察，并从海底拖出了3t钴结壳样品。1999年我国获得了在东太平洋中部克拉里昂-克林帕顿海域，一块面积为7.5万k m²的国际海底矿区的专属勘探权和优先开采权，并初步圈定出部分钴结壳的申请候选区。从勘探采样方法和对海底海山的调查发现：钴结壳一般形成于400～4000m的水下，赋存于海山山脊，钴结壳本身的强度和中等硬度的煤相当，钴结壳的厚度在100～200mm之间，与基岩的附着力不大，易于剥离开采。有了以上对钴结壳矿赋存条件的充分认识，才能使本发明周全无误，更好的应用于生产实践之中。

附图说明  以下结合附图，对本发明作进一步详细的说明：

附图1是钴结壳剥离铲升降状态的主视图。它由椼架式主梁1、铲斗2、铲齿3、齿靴4、前限位板5、后限位板6、前牵引结7、后牵引结8等组成。

椼架式主梁1由无缝钢管焊接而成，梁的跨度≤20m，梁主杆、腹杆、斜拉杆等均采用碳素结构钢，主杆的两端焊上球形封头，所有焊缝应在60Mpa外压力作用下，海水不渗漏进入钢管内部。这样椼架式主梁有足够的抵抗矩，又使主梁在海水中产生一定的浮力，降低提升时的电力消耗。

铲斗2的圆环板用耐腐蚀钢铸造而成，包角≥240°，圆环板内弧半径≤2m，若干块圆环板用几根无缝钢管穿联焊成一半圆桶状，在铲斗内侧用扁钢焊成栅格，泥沙可以用栅格孔中滤除去。

铲齿3用耐磨钢制成，顺着进矿方向每二片铲齿之间留有间隙。钴结壳剥离铲在工作状态(附图2所示，剥离铲向左运动)时，铲齿上沿线与被剥离的地表面有一夹角，此上沿线逐渐倾斜至半圆桶状铲斗口。