Podstawy stosowania wysokociśnieniowej strugi wodno-lodowej do wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanu

• Autorzy: Borkowski P. J. , Borkowski J. A. , Jędrysek M. O.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2017.39

Warianty tytułu

EN

Basis of high-pressure water-ice jet implementation for polymetallic concretions output from the ocean’s bottom

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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 oddziaływaniem 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 oceanicznym, 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 hydropneumatycznego 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 najważniejszych 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.

EN

The paper presents characteristics of polymetallic concretions deposited on the bottom of the ocean and their resources as well as areas of deposition, especially in the Clarion-Clipperton area, the Pacific zone of Polish concession. The concept of high-pressure waterjet implementation, supported with physical influence of CO2 dry ice pellets for concretions’ output is presented. A very useful feature of ice used in the process that causes relatively neglected effect of clumping in the water environment is pointed out. Moreover, CO2 pellets, undergoing mechanical impact occurred in the machining zone, sublimate violently. The volume of CO2 gas bubbles at the bottom of the ocean is very small. The largest ones are 1.7 up to 2.1 mm in diameter. However, the huge number of those bubbles causes that the work area undergoes aggressive erosion similar to cavitation effect. The basis of concretions’ hydro-pneumatic transportation from the ocean bottom is given too, pointing out the issue of air pressure inlet depth to the main transportation tube, in order to achieve proper efficiency. The flow structures in respective cross-sections of the tube, as well as theoretical analysis of the problem are also characterized in this paper. Presented relations allow to choose important parameters, deciding about a quality of the developed method. Finally, the theoretical basis presented in this paper, based on erosive properties of high-pressure water-ice (CO2) jet technique of exploitation should essentially contribute to an increase in the efficiency of poly-metallic concretions output.

Słowa kluczowe

PL

konkrecje polimetaliczne; wysokociśnieniowa struga wodno-lodowa; suchy lód CO2; transport hydropneumatyczny

EN

polymetallic concretions; high-pressure water-ice jet; CO2 dry ice; hydro-pneumatic transportation

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 89 [295], nr 4
• Strony: 423--433
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Borkowski P. J.

• Państwowy Instytut Geologiczny – PIB, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa

autor

Borkowski J. A.

• Politechnika Koszalińska

autor

Jędrysek M. O.

• Uniwersytet Wrocławski

Bibliografia

• [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 polymetallic 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 10th 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] Jędrysek 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.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).