Basis of high-pressure water jet implementation for poly-metallic concretions output from the ocean's bottom

• Autorzy: Borkowski P. , Borkowski J.

Warianty tytułu

PL

Podstawy stosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej do wydobywania konkrecji polimetalicznych z dna oceanicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Comprehensive knowledge and modern technique make it possible to reach for different natural resources deposited in water or on oceans bottom or even in stratum below the bottom. World ocean takes over 71% of our globe and considering continuous shrinking of natural resources of raw materials and fuels it becomes nowadays the area of intensive geological exploration. Having in mind the fact that most of typical land resources of useful minerals will last at the very most 50÷200 years, adequate reserves laying down at the bottom of the world sea may give our civilization a chance for several thousand years' development, according to scientist calculations [14]. Taking above into consideration, all seas and oceans shelves were divided into plots and fields. Many shelves are explored nowadays concerning petroleum and natural gas and such output reaching the level of 20% of total production [5]. Basing on different research and exploration it was found that the bottom and under bottom resources of natural minerals are gigantic. Technological development as well as huge investments caused that this XXI century starts new beginning of oceans exploitation [15] and its conquest. Careful investigations especially of deep resources exploration still is future matter. However nowadays there are rich useful minerals areas deposited at the bottom in the form of poly-metallic concretions. These are o res in the form of nodules including metals e.g.: manganese, cobalt, copper, iron and nickel. Among six different areas rich in concretions, the most perspective one is Clarion-Clipperton where such minerals concentration exceeds 10 kg/m2 [9]. This area region is located at Pacific in equatorial zone including undersea bottom leap down at the level range of 4200 to 5200 m [12]. Since 1992 Poland as so called investing pioneer (representing international organization Interocenametal) has the right to explore plot in the range of mentioned Clarion-Clipperton region of area of 150.000 km2 [7]. This paper presents basis of unconventional technology of poly-metallic concretions output by application of high-pressure cavitation water jet [1] with addition of dry ice particles CO2 as a medium helpful for material loosening form the ground. Such ice particle resistance to hygroscopicity causes that it doesn't have tendencies for lumping and therefore it may keep predicted ability for sublimation. Adequate intensity of this phenomenon [3, 4] in conditions analogical to those existing down at the sea bottom proceeds in a long time [7]. Considering above the gas form of CO2 may cause proper draught of water flow in elastic transportation pipeline. In turn for vertical transport intensification there is need to use additional air injector.

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. Przeanalizowano metody ich wydobywania w obszarze głębokomorskim a zwłaszcza hydraulicznego transportu urobku z dna oceanu na pokład statku górniczego. Przeanalizowano możliwość zastosowania wysokociśnieniowej strugi wodnej wspomaganej fizycznym oddziaływaniem cząstek suchego lodu CO2. Wskazano na bardzo przydatne cechy tego lodu, dzięki którym jego cząstki nie podlegają zbrylaniu natomiast sublimują w strefie urobku. Powstające duże ilości gazowej fazy CO2 zwiększają dynamikę pionowego przepływu płynu w przewodzie rurowym, co zwiększa skuteczność transportu urobku na powierzchnię. Jednak dla zapewnienia odpowiedniej wydajności pionowego transportu konkrecji polimetalicznych należy na określonej głębokości wtłaczać do rury sprężone powietrze. Przedstawiono w nim podstawy transportu metodą iniekcja pneumatycznej opracowane dla optymalnego wydobywania konkrecji polimetalicznych. Przeanalizowano struktury przepływów występujących w różnych przekrojach rury transportowej oraz określono ich teoretyczne zależności. Opracowano również wzory pozwalające na dokonywanie wyboru najważniejszych parametrów decydujących o skuteczności tej metody.

Słowa kluczowe

EN

ocean floor; concretion polymetallic; stream water

PL

dno oceaniczne; konkrecja polimetaliczna; struga wodna

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2011
• Tom: Tom 13
• Strony: 65--82
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Borkowski P.

autor

Borkowski J.

• Koszalin University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Borkowski J., Borkowski P., Nagnajewicz S.: Kawitacja w wysokociśnieniowym strumieniu lasera wodnego. IV Międzynarodowa Konferencja N-T: "Electromachining `94", Bydgoszcz 1994, s. 66÷78.
• 2. Borkowski P.: Basis of highpressure waterice jet creation and application for surface treatment. Surface Treatment VI. Wessex Institute of Technology. WIT Press, Southempton, Boston 2003, pp. 85÷95.
• 3. Borkowski P.: Physical basis of high-pressure hybrid water-abrasiveice jet application for surface treatment. WJTA American Waterjet Conf. OmniPress. Houston, Texas 2003, Paper 4-A, p. 15.
• 4. Borkowski P.: High-pressure hybrid jet structure. Journal of Jet Flow Engineering, Vol. 21, No. 3, 2004. pp. 11÷15.
• 5. Borkowski P.: Niekonwencjonalne techniki eksploracji i eksploatacji podmorskich złóż surowców polimetalicznych. Wykład inauguracyjny. Politechnika Koszalińska. 2005.
• 6. Borkowski P.: Thermodynamical aspects of high-pressure waterice jet used for surface treatment. Water Jetting Technology. Research. Journal of Machine Engineering, Vol. 7, No. 3, 2007. pp. 50÷57.
• 7. Borkowski P., Borkowski J.: Unconventional method of polymetallic concretions output from ocean’s bottom. Unconventional and HydroJetting Technologies. (ISSN 0239-7129) Koszalin 2009, pp. 31÷42.
• 8. Borkowski P., Chomka G.: Application of high-pressure waterice jet for surface treatment. Unconventional and HydroJetting Technologies. Monograph of UHJT Istitute (ISSN 0239-7129), Koszalin 2009.
• 9. Deptowski S., Kotliński R., Ruhle E., Szamałek K.: Surowce mineralne mórz i oceanów. Wydawnictwo Naukowe „Scholar”. Warszawa 1998.
• 10. Engelman H.E.: Vertical hydraulic lifting of large-size particles – A contribution to marine mining. The 10th Annual Offshore Technology Conference, 1978. OTC 3173.
• 11. Govier G. W. et all: The flow of complex mixtures in pipes. Van Nastrand Reinhold Co., New York 1972.
• 12. Kotliński R.: Wyniki badań geologiczno poszukiwawczych złóż konkrecji polimetalicznych w strefie Clarion-Cliperton na Oceanie Spokojnym. Przegląd Geologiczny. nr 4. 1992.
• 13. Oedjoe D. et all: The pressure drop In the hydraulic liftingof dence slurries of large solid with wide size distribution. Transactions of the Institute of Chemical Engineers, Vol. 44. 1966.
• 14. Pieńkowski A.: Odkurzaczem po dnie morza. Wiedza i Życie. 2000, nr 10.
• 15. Proceedings of The Fourth Isope Ocean Mining Symposium. Szczecin, Poland 2001.
• 16. Saito T. et all: Dimensionless flow characteristics on air lift pump. Vol. 3, No 12. 1991.
• 17. Stachiel A.A.: Problematyka cieplnoprzepływowa obiektów do nurkowania głębinowego. (ISSN 0209-1151) Wydawn. Uczelniane Politechniki Szczecińskiej Monograph No. 589 (D.Sc. thesis). Szczecin 2006.
• 18. Tindcheng L., Jiling M., Sheng L., Chengliang X.: Simulative analysis for deep seabed mining lifting systems. International Symposium on New Applications of Water Jet Technology. Jsinomaki, Japan 1999, Paper No. H-3, pp. 245÷254.