本發(fā)明涉及深海金屬硫化物開采與冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

深海熱液金屬硫化物礦床是具有戰(zhàn)略意義的金屬礦產(chǎn)資源，富含鐵、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、金、銀、鉑等金屬元素，在全球大洋水深數(shù)百米到4000米處均有分布，主要賦存于大洋中脊、弧后盆地和地層斷裂活動(dòng)帶。據(jù)初步估算，全球大洋海底共孕育著約900個(gè)獨(dú)立的熱液硫化物礦床，到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約160余處，對(duì)數(shù)個(gè)洋中脊礦床的初步估計(jì)顯示，其規(guī)模通常在100萬(wàn)到1億噸之間，顯示了熱液礦床具有可觀的資源保有量。與深海多金屬結(jié)核或富鈷結(jié)殼相比，海底熱液金屬硫化物具有水深小、品位高、易開采和選冶等優(yōu)勢(shì)。因此，其調(diào)查研究和開發(fā)活動(dòng)對(duì)資源日漸匱乏的人類社會(huì)具有重大意義。

目前對(duì)海底金屬硫化物的開采仍存在一定困難，主要有如下三方面問(wèn)題。1)開采成本高：雖然金、銀、銅、鋅、鉛等金屬價(jià)格總體上呈上揚(yáng)趨勢(shì),但短期內(nèi)其價(jià)格處于動(dòng)蕩期；海底金屬硫化物開采如達(dá)不到一定規(guī)模，成本必然要高過(guò)陸地，而且礦石的運(yùn)輸，銀、銅、鋅、鉛等金屬的回收、冶煉成本也相對(duì)高。2)技術(shù)上仍不成熟：深海多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼以及深海油氣的開采技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)只能有限地為熱液硫化物的開采提供借鑒意義，尚需設(shè)計(jì)更加合理和有針對(duì)性的開采方案。3)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：海底采礦一旦進(jìn)入實(shí)施階段，就會(huì)不可避免地對(duì)海洋環(huán)境帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，包括水體污染、海底滑坡，特別是可能破壞熱液區(qū)獨(dú)特的生物生態(tài)群落，造成生態(tài)災(zāi)難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，有效降低開采成本和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

本發(fā)明提供一種深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，包括集礦機(jī)器人、采礦平臺(tái)、金屬硫化物電解池和溫差發(fā)電機(jī)，在金屬硫化物礦床上布置若干個(gè)集礦機(jī)器人，集礦機(jī)器人經(jīng)礦石輸送通道連接采礦平臺(tái)，采礦平臺(tái)經(jīng)采礦回流水排放管道連接海洋，采礦平臺(tái)上設(shè)置金屬硫化物電解池，金屬硫化物電解池經(jīng)電解廢水排放管道連接海洋，溫差發(fā)電機(jī)的熱端放置于金屬硫化物礦床的熱液噴口處，溫差發(fā)電機(jī)的冷端放置于底層海水中，溫差發(fā)電機(jī)經(jīng)電纜連接金屬硫化物電解池。

進(jìn)一步的，深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)還包括運(yùn)輸船，采礦平臺(tái)上設(shè)置有轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)。

進(jìn)一步的，溫差發(fā)電機(jī)經(jīng)電纜連接集礦機(jī)器人。

進(jìn)一步的，所述采礦平臺(tái)為采礦精煉船。

進(jìn)一步的，所述采礦平臺(tái)為半潛平臺(tái)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，通過(guò)原位生成的電能提供，有效降低開采和冶煉成本，減少運(yùn)輸船的使用，降低運(yùn)輸成本；

2、本發(fā)明的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，由于金屬硫化物的電解廢水為弱酸性的，通過(guò)排放到堿性的海水中，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，就會(huì)大大降低環(huán)境污染，同時(shí)整個(gè)電解過(guò)程不產(chǎn)生任何溫室氣體，有助于緩解全球變暖的威脅，從而全面提高采礦冶煉過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式后，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)的示意圖；

其中，1、采礦精煉船，2、礦石輸送通道，3、集礦機(jī)器人，4、采礦回流水排放管道，5、金屬硫化物礦床，6、采礦回流水，7、溫差發(fā)電機(jī)，8、溫差發(fā)電機(jī)的冷端，9、溫差發(fā)電機(jī)的熱端，10、熱液噴口羽狀流，11、電纜，12、金屬硫化物電解池，13、電解廢水排放管道，14、電解廢水，15、運(yùn)輸船，16、轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個(gè)功能單元。第一個(gè)功能單元為礦石采掘、輸送單元，包括以下幾部分：采礦精煉船1(也可以為半潛平臺(tái))、礦石輸送管道2、集礦機(jī)器人3、采礦回流水排放管道4。第二個(gè)功能單元為利用溫差發(fā)電并電解硫化物單元，包括以下幾部分：溫差發(fā)電機(jī)7、溫差發(fā)電機(jī)的熱端9、溫差發(fā)電機(jī)的冷端8、電纜11、金屬硫化物電解池12、電解廢水排放管道13。第三個(gè)功能單元為精礦轉(zhuǎn)運(yùn)單元，包括運(yùn)輸船15和轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)16。

在金屬硫化物礦床5上布置若干個(gè)集礦機(jī)器人3，集礦機(jī)器人3在金屬硫化物礦床5活動(dòng)并采集礦石，集礦機(jī)器人3經(jīng)礦石輸送通道2連接采礦精煉船1，集礦機(jī)器人3通過(guò)礦石輸送通道2將礦石運(yùn)輸至采礦精煉船1。采礦精煉船1經(jīng)采礦回流水排放管道4連接海洋，

在輸送礦石的過(guò)程中攜帶大量的海水，海水通過(guò)采礦回流水排放管道4流出，即圖中的采礦回流水6。

金屬硫化物礦床5的熱液噴口向外噴出熱液噴口羽狀流10，熱液噴口處的溫度可達(dá)到400℃以上，底層海水的溫度為2℃左右，熱液噴口處和底層海水之間存在較大的溫差。將溫差發(fā)電機(jī)的熱端9放置于金屬硫化物礦床5的熱液噴口處，溫差發(fā)電機(jī)的冷端8放置于底層海水中，溫差發(fā)電機(jī)7經(jīng)電纜11連接金屬硫化物電解池12。溫差發(fā)電機(jī)7利用熱液噴口處和底層海水之間的溫差進(jìn)行發(fā)電，所發(fā)的電能通過(guò)控制器調(diào)整后，供給金屬硫化物電解池12使用，使金屬硫化物得以冶煉。溫差發(fā)電機(jī)7的數(shù)量或裝機(jī)容量視金屬硫化物電解池12所需要的電能強(qiáng)度而定。

采礦精煉船1上設(shè)置金屬硫化物電解池12，金屬硫化物電解池12經(jīng)電解廢水排放管道13連接海洋以排放電解廢水14。金屬硫化物電解池12利用溫差發(fā)電機(jī)7提供的電能，按美國(guó)礦業(yè)局提出的金屬硫化物的“熔鹽電解法”煉礦。例如，對(duì)于金屬硫化物中鉛的生產(chǎn)，是利用熱的三氯化鐵—鹽水溶液浸出方鉛礦精礦，硫化鉛在三氯化鐵—鹽水溶液反應(yīng)，生成氯化鉛、氯化亞鐵和硫，氯化鉛經(jīng)干燥并在金屬硫化物電解池12中電解得到金屬鉛和氯氣，而氯氣可用于三氯化鐵浸出液的再生，該溶液可返回用于浸出。對(duì)于金屬硫化物中鋅的生產(chǎn)，是利用氯和氧加壓浸出鋅鉛硫化物精礦，鋅溶解而鉛、鐵、元素硫和脈石留在殘?jiān)?。氯化鋅溶液經(jīng)凈化后政法獲得無(wú)水氯化鋅。在金屬硫化物電解池12中電解無(wú)水氯化鋅制得熔融金屬鋅和可以返回浸出的氯氣。采礦精煉船1上設(shè)置有轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)16，轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)16將精礦轉(zhuǎn)運(yùn)至運(yùn)輸船15。穿梭于陸地和采礦精煉船1之間的運(yùn)輸船15僅起到運(yùn)送精礦和物資補(bǔ)給的作用，從而大大降低了運(yùn)輸成本。

本實(shí)施例中的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，按如下流程進(jìn)行生產(chǎn)：在采礦精煉船1的支持下，集礦機(jī)器人3開始在在金屬硫化物礦床5的采掘區(qū)采集金屬硫化物礦石，然后通過(guò)礦石輸送通道2將采集到的金屬硫化物礦石輸送到采礦精煉船1上，同時(shí)產(chǎn)生的采礦回流水6通過(guò)采礦回流水排放通道4排到深海底層水中，這樣就完成了礦石的采集。在礦石采集的同時(shí)，溫差發(fā)電機(jī)主機(jī)7通過(guò)電纜11將電能輸送至金屬硫化物電解池12，金屬硫化物電解池12電解所獲得精礦。電解過(guò)程中產(chǎn)生的電解廢水14通過(guò)電解廢水排放管道13排放至中、深層海水內(nèi)。最后，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)吊機(jī)16將獲得的精礦轉(zhuǎn)運(yùn)到運(yùn)輸船15上，從而完成一個(gè)生成流程。

本實(shí)施例中的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，一是通過(guò)原位生成的電能提供，有效降低開采和冶煉成本；二是減少了運(yùn)輸船15的使用，降低運(yùn)輸成本；三是由于金屬硫化物的電解廢水14為弱酸性的，通過(guò)排放到堿性的海水中，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，就會(huì)大大降低環(huán)境污染，同時(shí)整個(gè)電解過(guò)程不產(chǎn)生任何溫室氣體，有助于緩解全球變暖的威脅，從而全面提高采礦冶煉過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中的深海熱液金屬硫化物采集電解系統(tǒng)，與實(shí)施例1中的區(qū)別之處在于，溫差發(fā)電機(jī)7經(jīng)電纜11連接集礦機(jī)器人3，溫差發(fā)電機(jī)7的電能供給集礦機(jī)器人3使用，以大大降低生產(chǎn)成本。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。