一种海底锰结核采集器及采集方法

摘要

本发明涉及海底矿物采集，特别是一种海底锰结核采集器及采集方法。包括采集部、基体和送料部，所述采集部包括轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ和采集部单齿，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ之间呈平行设置，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ通过位于轮盘中心的旋转轴固定连接，旋转轴的一端与驱动电机的输出轴连接，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ之间设有数个采集部单齿，采集部单齿沿轮盘的圆周方向均匀间隔设置；所述采集部单齿包括辐板和L型采集齿，辐板沿平行于旋转轴的轴向设置，辐板的两端分别与轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ固定连接，沿辐板的长度方向均匀间隔固定有数个L型采集齿。其可以针对性的采集大直径锰结核，维持锰结核的可再生环境，并避免对海底脆弱生态环境破坏，同时大大提高了锰结核的采集效率。

说明书

技术领域

本发明涉及海底矿物采集，特别是一种海底锰结核采集器及采集方法。

背景技术

锰结核是一种深海海底自生的锰矿产，又称为多金属结核，它是一种铁、锰氧化物的集合体，包括：锰(27-30％)、镍(1.25-1.5％)、铜(1-1.4％)、钴(0.2-0.25％)、及其他成分，其他成分有铁(6％)、硅(5％)及铝(3％)。锰结核的外形尺寸从几微米到几十厘米的都有，重量最大的有几十公斤。锰结核广泛地分布于世界海洋2000～6000米水深海底的表层，而以生成于4000～6000米水深海底的品质最佳，其中以北太平洋分布面积最广，储量占全球一半以上，并且这种矿产资源属于可再生资源，锰结核球能够不断长大。

锰结核所富含的金属，广泛地应用于属现代社会的各个方面，如金属锰可用于制造锰钢，极为坚硬，能抗冲击、耐磨损，大量用于制造坦克、钢轨、粉碎机等。锰结核所含的铁是炼钢的主要原料，所含的金属镍可用于制造不锈钢，所含的金属钴可用来制造特种钢。所含的金属铜大量用于制造电线。锰结核所含的金属钛，密度小、强度高、硬度大，广泛应用于航空航天工业，有“空间金属”的美称。

目前对于海底锰结核矿的开采主要依靠深海挖矿机类设备，置于海底的挖矿机像一台巨大的吸尘器，将矿物与海底淤泥一并吸入、过滤并向后喷出。这一将海底翻得底朝天的开采方式，加上挖矿机数十吨的巨大重量，对于深海生态的破坏可能将比被称为“断子绝孙捕鱼术”的海底拖网技术更加巨大。同时，开采过程中过滤后喷射出的淤泥还将形成规模巨大的泥沙羽流，该羽流会增加水体的浑浊度并堵塞生物的过滤性器官。海底不规则的湍流扰动还可能将羽流进一步扩大。对于开采靠近海底热液喷口的多金属结核造成的损失很可能将更加巨大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种海底锰结核采集器及采集方法，其可以针对性的采集大直径锰结核，维持锰结核的可再生环境，并避免对海底脆弱生态环境破坏，同时大大提高了锰结核的采集效率。

本发明的技术方案是：一种海底锰结核采集器，其中，包括采集部、基体和送料部，基体的一端与采集部连接，基体的另一端与送料部连接；

所述采集部包括轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ和采集部单齿，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ之间呈平行设置，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ通过位于轮盘中心的旋转轴固定连接，旋转轴的一端与驱动电机的输出轴连接，轮盘Ⅰ和轮盘Ⅱ之间设有数个采集部单齿，采集部单齿沿轮盘的圆周方向均匀间隔设置；

所述采集部单齿包括辐板和L型采集齿，辐板沿平行于旋转轴的轴向设置，辐板的两端分别与轮盘Ⅰ、轮盘Ⅱ固定连接，沿辐板的长度方向均匀间隔固定有数个L型采集齿，L型采集齿的一端与辐板固定连接，另一端呈竖直弯折状，相邻两L型采集齿之间的间距为3cm-7cmmm，辐板沿轮盘的圆周方向均匀间隔设置，相邻两辐板之间的间距为3cm-5cm；

所述送料部包括底板、挡板Ⅰ、挡板Ⅱ、挡板Ⅲ和盛料仓，盛料仓的前方固定连接有底板，底板位于L型采集齿的下方，底板的两侧分别固定有挡板Ⅰ和挡板Ⅲ，挡板Ⅱ位于底板的后侧上方，挡板Ⅱ与盛料仓的前部固定连接，底板、挡板Ⅰ和挡板Ⅲ之间形成送料通道，送料通道位于盛料仓的前方，送料通道与盛料仓连通，盛料仓的后端设有抽吸口。

本发明中，所述基板包括大臂Ⅰ和大臂Ⅱ，大臂Ⅰ位于轮盘Ⅰ的外侧，大臂Ⅱ位于轮盘Ⅱ的外侧，大臂Ⅰ和大臂Ⅱ的后端分别与挡板Ⅲ和挡板Ⅰ铰接，大臂Ⅰ和大臂Ⅱ的前端分别与旋转轴的两端铰接，大臂Ⅰ的中部通过连杆Ⅰ与挡板Ⅲ连接，大臂Ⅱ的中部通过连杆Ⅱ与挡板Ⅰ连接。

所述大臂Ⅰ和大臂Ⅱ的后端还分别设有旋转关节，通过旋转关节实现与其他动力装备的对接。

本发明还包括一种利用上述采集器对海底锰结核进行采集的方法，其中，包括以下步骤：

S1.拾取海底表面的锰金属结核，并进行一级筛选：

采集器在海底行走的同时，采集部逆时针转动，L型采样齿转动过程中，对海底表面的锰金属结核进行拾取，L型采样齿的竖直弯折端将海底表面的锰金属结核勾起，由于相邻两L型采样齿之间的间隙为3cm-7cmmm，尺寸小于该间隙的锰金属结核会穿过相邻两L型采样齿之间的间隙，尺寸小的锰金属结核不会被采收，大直径的锰金属结核被L型采样齿拾取，实现了一级筛选；

S2.随着采集部的旋转，对锰金属结核进行二级筛选：

在采集部旋转过程中，仍然会有尺寸较小的锰金属结核被L型采样齿拾取，随着L型采样齿的转动，锰金属结核在重力作用下落至L型采样齿底部辐板处，由于相邻两辐板之间存在间隙，该间隙为3cm-5cmmm，尺寸小于该间隙的锰金属结核会从两辐板之间的间隙掉落，并重新落至海底表面，实现二级筛选，而尺寸大于该间隙的锰金属结核停落至两辐板之间；

S3.对锰金属结核的收集：

随着采集部的不断旋转，经过二级筛选的锰金属结核随采集部转动至底板的上方，在锰金属结核的重力作用以及采集部旋转过程中产生的离心力作用下，锰金属结核落至底板上，在抽吸口处的吸力作用下，锰金属结核依次沿着送料通道和盛料仓抽出，实现对锰金属结核的收集。

本发明的有益效果是：

(1)能够对锰金属结核进行两级分类筛选，有针对性地采集已经发育成熟的大直径锰结核，同时保证了小直径的金属结核能够继续留在海底；由于金属结核能够不断生长，该方法在一定程度上维持了锰金属结核的可再生性，实现了资源的可持续；

(2)能有效的减少对海底生态环境的破坏；

(3)与现有的直接抽取式采集方法相比，本申请可以大大提高锰结核的采集效率；

(4)对采集器中的各个组件之间进行合理布置，降低了采集器的成本。

附图说明

图1是本发明的正视结构示意图；

图2是本发明的主体结构示意图；

图3是采集部的左视结构示意图；

图4是采集部的立体结构示意图；

图5是采集部单齿的结构示意图；

图6是本发明在工作过程中的结构示意图。

图中：1采集部；2基体；3送料部；4挡板Ⅰ；5旋转关节；6抽吸口；7挡板Ⅱ；8底板；9挡板Ⅲ；10连杆Ⅰ；11大臂Ⅰ；12轮盘Ⅰ；14轮盘Ⅱ；15大臂Ⅱ；16旋转轴；17驱动电机；18销轴Ⅰ；19连杆Ⅱ；20销轴Ⅱ；21销轴Ⅲ；22辐板；23L型采集齿；24送料通道；25盛料仓。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1和图2所示，本发明所述的海底锰结核采集器包括采集部1、基体2和送料部3，基体2的一端与采集部1连接，基体2的另一端与送料部3连接，通过基体2实现采集部1和送料部3的连接。

如图3至图5所示，采集部1包括轮盘Ⅰ12、轮盘Ⅱ14和采集部单齿，轮盘Ⅰ12和轮盘Ⅱ14之间呈平行设置，且轮盘Ⅰ12和轮盘Ⅱ14通过位于轮盘中心的旋转轴16固定连接，旋转轴16的一端与驱动电机17的输出轴连接。轮盘Ⅰ12和轮盘Ⅱ14之间设有数个采集部单齿，采集部单齿的两端分别与轮盘Ⅰ12和轮盘Ⅱ14固定连接。采集部单齿沿轮盘的圆周方向均匀间隔设置，采集部单齿与轮盘Ⅰ12、轮盘Ⅱ14组成了圆柱形结构。驱动电机17动作时，带动旋转轴16转动，从而使轮盘Ⅰ12、轮盘Ⅱ14和固定在两轮盘之间的采集部单齿转动。

采集部单齿包括辐板22和L型采集齿23，辐板22沿平行于旋转轴的轴向设置，辐板22的两端分别与轮盘Ⅰ12、轮盘Ⅱ14固定连接，沿辐板22的长度方向均匀间隔固定有数个L型采集齿23，L型采集齿23的一端与辐板22固定连接，另一端呈竖直弯折状，用于拾取海底表层的锰金属结核。相邻两L型采集齿23之间的间距为3cm-7cmmm，通过该L型采集齿，可以拾取常规直径的锰金属结核，实现了一级筛选。

如图4所示，辐板22沿轮盘的圆周方向均匀间隔设置，相邻两辐板22之间也存在一定的间隙，相邻两辐板22之间的间距为3cm-5cmmm。随着整个装置的不断行进，采样部的角度不断变化，L型采集齿会拾取到直径大小不一的锰金属结核，随着辐板和L型采集齿的转动，锰金属结核在重力作用下落至辐板附近，此时稍小直径的锰金属结核会从相邻两辐板之间的间隙掉落，并重新落回至海底表层，实现了二级筛选。

送料部3包括底板8、挡板Ⅰ4、挡板Ⅱ7、挡板Ⅲ9和盛料仓25，盛料仓25的前方固定连接有底板8，底板8位于L型采集齿23的下方，底板8的两侧分别固定有挡板Ⅰ4和挡板Ⅲ9，挡板Ⅱ7与盛料仓25的前部固定连接，挡板Ⅱ7位于底板8的后侧上方，底板8、挡板Ⅰ4和挡板Ⅲ9之间形成送料通道24，送料通道24位于盛料仓25的前方，且送料通道24与盛料仓25连通。盛料仓25的后端设有抽吸口6，锰金属结核通过抽吸口6进入到抽取装置中，最后被吸到作业母船上。

本申请中，基板包括大臂Ⅰ11和大臂Ⅱ15，大臂Ⅰ11位于轮盘Ⅰ12的外侧，大臂Ⅱ15位于轮盘Ⅱ14的外侧，大臂Ⅰ11和大臂Ⅱ15的后端分别通过销轴Ⅲ21与挡板Ⅲ9和挡板Ⅰ4铰接，大臂Ⅰ11和大臂Ⅱ15的前端分别与旋转轴16的两端铰接。大臂Ⅰ11的中部通过连杆Ⅰ10与挡板Ⅲ9连接，连杆Ⅰ10的顶端通过销轴Ⅰ18与大臂Ⅰ11铰接，连杆Ⅰ10的底端通过销轴Ⅱ20与大臂Ⅱ15铰接。大臂Ⅱ15的中部通过连杆Ⅱ19与挡板Ⅰ4连接，连杆Ⅱ19的顶端通过销轴Ⅰ18与大臂Ⅰ11铰接，连杆Ⅱ19的底端通过销轴Ⅱ20与大臂Ⅱ15铰接。本实施例中，大臂Ⅰ11和大臂Ⅱ15的后端还分别设有旋转关节5，通过旋转关节5实现与其他动力装备的对接。

本申请还包括一种利用上述采集器对海底锰结核进行采集的方法，该方法包括以下步骤。

第一步，该采集器一般要与其他动力装置一起动作，在动力装置的推动下，带动整个采集器在海底行走，采集器行走过程中，在驱动电机17的带动下，采集部逆时针转动，L型采样齿22转动过程中，对海底表面的锰金属结核进行拾取，L型采样齿的弯折端将海底表面的锰金属结核勾起，由于相邻两L型采样齿之间的间隙为3cm-7cmmm，因此直径过小的锰金属结核会穿过相邻两L型采样齿之间的间隙，因此尺寸小的锰金属结核不会被采收，大直径的锰金属结核被L型采样齿拾取，实现了一级筛选。

第二步，在采集部旋转作用下，仍然会有部分尺寸较小的锰金属结核在L型采样齿作用下被拾取。随着L型采样齿的转动，锰金属结核在重力作用下落至L型采样齿底部辐板22处，由于相邻两辐板之间存在间隙，该间隙为3cm-5cmmm，尺寸小于该间隙的锰金属结核会从两辐板之间的间隙掉落，并重新落至海底表面，实现了二级筛选。而尺寸大于该间隙的锰金属结核停落至两辐板之间。

第三步，随着采集部的不断旋转，经过了二级筛选的锰金属结核随采集部转动至底板8的上方，在锰金属结核的重力作用以及采集部旋转过程中产生的离心力作用下，锰金属结核落至底板8上，在抽吸口6处的吸力作用下，锰金属结核依次沿着送料通道24和盛料仓进入抽取装置中，最后被吸到作业母船上。

在上述采集过程中，能够对锰金属结核进行两级分类筛选，有针对性的采集已经发育成熟的大直径锰结核，同时保证了小直径的金属结核能够继续留在海底。由于金属结核能够不断生长，该方法在一定程度上维持了锰金属结核的可再生性，实现资源可持续。

以上对本发明所提供的一种海底锰结核采集器及采集方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。