PODSTAWY STOSOWANIA WYSOKOCIŚNIENIOWEJ STRUGI WODNO-LODOWEJ DO WYDOBYWANIA KONKRECJI POLIMETALICZNYCH Z DNA OCEANU

W pracy scharakteryzowano konkrecje polimetaliczne zalegające dno oceaniczne oraz ich zasoby i miejsca występowania, zwłaszcza w przyznanym Polsce obszarze pomiędzy uskokami dna pacyficznego o nazwie Clarion-Clipperton. Zaprezentowano koncepcję zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej, wspomaganej fizycznym od-działywaniem granulek suchego lodu CO2, do podmorskiego urobku takich konkrecji. Wskazano na bardzo przydatną cechę zastosowanego lodu, dzięki której jego cząstki nie podlegają zbrylaniu się w środowisku wodnym. Ponadto granulki takiego lodu pod wpływem mechanicznych udarów, występujących w strefie obróbki, ulegają gwałtownej sublimacji. Objętość pęcherzyków fazy gazowej CO2, powstających z częściowego przesublimowania granulek suchego lodu w warunkach panujących na dnie oceanicz-nym, jest bardzo niewielka. Największe pęcherzyki mają średnice od 1,7 do 2,1 mm. Ich ogromna mnogość sprawia jednak, że strefa robocza staje się obszarem agresywnej erozji, zbliżonej do kawitacji. W artykule tym przedstawiono także podstawy hydro-pneumatycznego transportu konkrecji polimetalicznych na powierzchnię, określając, na jakiej głębokości należy wtłaczać do rury sprężone powietrze w celu zapewnienia odpowiedniej wydajności tego procesu. Scharakteryzowano także struktury przepływów występujących w różnych przekrojach rury transportowej oraz określono odpowiednie zależności teoretyczne. Przedstawione zależności pozwalają na dokonywanie wyboru najważniej-szych parametrów, które decydują o skuteczności opracowanej metody. Przedstawione teoretyczne podstawy odspajania i wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanicznego, oparte na wykorzystaniu erozyjnych właściwości wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej CO2 oraz transportowania urobku metodą iniekcji pneumatycznej powinny w istotnym stopniu przyczynić się do zwiększenia skuteczności wydobywania tych konkrecji.

Pełny tekst (pdf)

1. Borkowski P.: Basis of highpressure water-ice jet creation and application for surface treatment, Surface Treatment VI, WIT Press, Southempton, Boston 2003, pp. 85-95.
2. Borkowski P., Borkowski J.: Basis of high-pressure water jet implementation for poly-metallic concretions output from the ocean’s bottom, Annual Set Environment Protection, 13 (2011) 65-82.
3. Borkowski P., Borkowski J.: Unconventional method of poly-metallic concretions output from ocean’s bottom. Unconventional and HydroJetting Technologies (ISSN 0239-7129), Koszalin 2009, pp. 31-42.
4. Engelman H.E.: Vertical hydraulic lifting of large-size particles – A contribution to marine mining, The 10^th Annual Offshore Technology Conf. 1978. OTC 3173.
5. Govier G.W. et al.: The flow of complex mixtures in pipes, Van Nastrand Reinhold Co., New York 1972.
6. Jędrysek M.O.: Deep-ocean exploration of metals ore deposits controlled by the international seabed authority: Selected aspects of the present state and possible mining, [in:] 21st WMC & Expo 2008, Sobczyk & Kicki (eds.), 2008 Taylor & Francis Group, London 2008, ISBN 978-0-415-48667, pp. 325-328.
7. Jedrysek M.O.: Polska w działalności Międzynarodowej Organizacji Dna Morskiego ONZ (interview), Przegląd Geologiczny, 55 (2007) 619-622.
8. Kotliński R.: Wyniki badań geologiczno-poszukiwawczych złóż konkrecji polimetalicznych w strefie Klarion-Klipperton na Oceanie Spokojnym, Przegląd Geologiczny, 40 (1992) 253-260. 
9. Oedjoe D. et al.: The pressure drop in the hydraulic lifting of dense slurries of large solid with wide size distribution, Trans. Institute of Chemical Eng., 1966, vol. 44.
10. Proceedings of the Fourth Isope Ocean Mining Symposium, Szczecin 2001.
11. Saito T. et al.: Dimensionless flow characteristics on air lift pump, 3 (1991) 27-36.
12. Tindcheng L., Jiling M., Sheng L., Chengliang X.: Simulative analysis for deep seabed mining lifting systems. Int. Symp. New Applications of Water Jet Technology, Jsinomaki 1999, Paper No. H-3, pp. 245-254.