Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
5912
PROCEDE POUR L'EXPLOIT~TION MINIERE DES OCEANS
L'invention concerne un procédé pour l'exploitation
minière des océans. L'invention a plus spécifiquement pour
objet un procédé pour remonter les solides métallifères
des surfaces sous-marines profondes.
Les gisements métallifères présents à la surface
de certaines régions du sol recouvert pax les mers et les
océans constituent un potentiel immense de ressources pour
la métallurgie. Ils se présentent sous des formes variées
allant des boues riches en métaux aux nodules polymétalliques
et aux cheminées métallifères. L'abondance des métaux valo-
risables dans ces gisements conduit à un intérêt croissant
pour leur exploitation industrielle. Leur remontée pose
cependant des problèmes économiques et techniques car ils
se situent à des profondeuxs pouvant atteindre 6 000 mètres.
La dimension des particules allant de quelques millimètres
à quelques dizaines de centimètres ainsi que leur poids
influencent directement l'efficacité du ramassage.
On a déjà envisagé à l'échelle expérimentale d'appli-
quer la technigue du pompage par air-lift à l'exploitation
minière des océans ~J.P. JACOUEMIN - J.F. LAPRAY - R. PORTE
- IIe Colloque Internati~nal sur l'Exploitation des Océans
- Bordeaux - 1-4 octobre 1974 ? .
Selon ce procédé, on injecte de l'air dans la partie
inférieure d'un tube partiellement enfoncé dans u~e nappe
d'eau. Le gaz allège la colonne d'eau enfermée dans le
tube et fait monter son niveau. A partir d'un certain débit
d'air le mélange diphasique s'échappe à la partie supérieure
du tube induisant en effet de pompage. Cependant, la remon-
tée des particules denses ou de grandes dimensions, telles
que les galets, s'avère très difficile pour de fortes profon-
deurs à cause du faible pouvoir de suspension du mélange
diphasique eau-air.
La présente invention a pour but de remédier à ces
-2- 127~9~2
inconvénients et de proposer un procédé de remontée des
minerais qui soit efficace à toutes pxofondeurs.
Selon l'invention, le procédé pour remonter les
solides métallifères des surfaces sous~marines profondes
par injection d'un gaz à la partie inférieure d'une colonne
d'eau de mer enfermée dans un tube qui est enfoncé dans
l'océan, provoquant la formation et l'entrainement d'une
dispersion des solides dans l'eau de mer, est caractérisé
en ce que une solution aqueuse comprenant au moins un additif
de suspension choisi parmi les polymères hydrosolubles de
poids moléculaire élevé est injectée et diluée dans la dis-
persion dans la partie inférieure de la colonne, le mélange
dispersé est poussé vers la surface par la pression du gaz
et les solides sont séparés.
Des exemples de polymères hydrosolubles de poids
moléculaire élevé, ayant un bon pouvoir de suspension, uti-
lisables pour la préparation de la solution aqueuse, sont
les polysaccharides de fermentation, les gommes naturelles,
les polymèr~s acryliques, tels que polyacrylamides et poly-
méthacrylamides, les dérivés cellulosiques comme l'hydroxyé-
thylcellulose et la carbbxymethylcellulose, ainsi que leurs
mélanges entre eux.
Parmi ces polymères, on donne la preférence aux
polysaccharides d'origine microbienne produits par fermenta-
tion d'un hydrate de carbone sous l'action de microorga-
nismes tels que les bactéries appartenant au genre Xantho-
monas, au genre Arthrobacter, au genre Azotobacter, au genre
Agrobacterium, au genre Erwinia, au genre Alcaligenes et
les çhampignons ~ppartenant au genre Sclerotium. On préfère
tout particulièrement la gomme xanthane du fait de son
excellente stabilité en eau de mer, de son bon pouvoir
de suspension et de sa non-toxicité sur la flore et la
faune sous-marine.
On peut utiliser avantageusement une solution aqueuse
-2a- 12 7 5 ~ 2
contenant de la gomme xanthane et au moins un autre polymère
hydrosoluble présentant un effet synergétique sur l'aptitude
à la mise en suspension de particules solides. Comme exem-
ples representatifs, on peut citer notamment les mélanges
de gomme xanthane et de galactomannanes comme la gomme guar,
la gomme de caroube, la gomme cassia, la gomme de tara.
La solution aqueuse de poiymère peut être préparée
à partir de .
_ 3 _ ~2759~2
poudre ou d'un concentrat aqueux. Selon un mode de
réalisation avantageux, la solution est préparée en surface
et injectée à co-courant du gaz, la concentration en
polymère pouvant être comprise entre 0,5 et 5% en poids en
fonction de la nature du ou des pol~mères, de manière à
obtenir, après dilution avec l'eau de mer contenue dans la
colonne, une concentration utile comprise de préférence
entre 0,005 et 0,5~ en poids.
Le procédé de l'invention est illustré en
référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la fig. 1 est une vue schématique d'un
dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention,
- la fig. 2 est une courbe donnant, en fonction du
débit cl'air, les masses de graviers récupérées à l'aide d'un
dispositif tel qu'illustré sur la fig. 1, avec et sous
injection d'un additif de suspension.
Le dispositif comprend un tube principal 1 muni à
la partie haute de tubulures de sortie 2 et 3 et à la partie
basse d'une chambre de mélange 4. Les tubulures 2 et 3 sont
raccordables à tout moyen de séparation liquide-solide (non
représenté sur la Fig.). Un tube 5 est fixé au centre du
tube 1 pour l'introduction de la solution aqueuse de
polymère dans la chambre 4. Deux tubes latéraux 6 et 7
raccordés à une source de distribution permettent
l'injection de gaz sous pression dans la chambre 4.
Le dispositif est immergé à une profondeur h qui
est en pratique la hauteur comprise entre le fond et la
surface de l'océan. L'équilibre des pressions égalise le
niveau d'eau dans le tube 1 au niveau de la surface. Le
procéde de l'invention consiste à injecter un gaz, par
exemple de l'air, par 6 et 7 à une pression P ~pgh (où
p est la masse volumique de l'eau, g est la pesanteur) qui
permettra d'atteindre le débit amorçant le pompage.
Simultanément, on injecte par 5 une solution aqueuse de
- 3a _ ~ 2 7 5 912
polymère à un debit q~ = aq, oU q est le débit de remontée
du liquide dans le tube 1 et a est c-ompris entre O et 1,
préférentiellement entre 0 01 et 0,5.
L'air injecté en 4 remonte dans 1 en allégeant la
colonne d'eau et induisant un effet de pompage. La solution
de polymère est aspirée avec l'eau de mer environnante ~n
entralnant les solides à remonter qu'elle maintient en
suspension tout au long de leur ascension dans 1
r
Z75~L2
jusqu'aux orifices de sortie 2 et 3. La dispersion est
recueillie et les solides valori~ables sont séparés de
la phase aqueuse qui peut être recyclée en 5.
L'utilisation de polymère a en particulier l'avantage
d'augmenter le caractère laminaire du contre-courant ascen-
dant, ce régime "laminaire" étant favorable à la remontée
des particules en suspension.
Exemple
On simule une expérience au laboratoire en utilisant
le dispositif représenté sur la Fig. 1. Le tube 1 a une
hauteur de 200 cm et une capacité de 5 litres. Le disposi-
tif est contenu dans une enveloppe cylindri~ue qui est
remplie d'eau de mer jusqu'à la hauteur h=180cm et au fond
de laquelle on introduit des graviers de dimension moyenne
5 mm et densité 2,5. De l'air est injecté par 6 et 7 à
un débit de 20 à 27,5 dm3/min. On injecte par 5 une solu-
tion aqueuse à 0,5% en poids de gomme xanthane (RHODOPOL
-23 ~)dans de l'eau de mer à un débit tel que, après dilu-
tion par l'eau de mer aspirée en 4, la concentration en
polymère de l'eau contenue dans 1 soit de 0,05~. Les soli-
des remontés sont séparés de la dispersion recueillie en
2 et 3 et la solution est recyclée en continu en 5.
On détermine l'efficacité du procédé en mesurant
la masse de graviers récupérée en g/min. en fonction du
débit d'air. Les résultats sont reportes sur la Fig. 2,
courbe 2 en comparaison avec un essai effectué dans les
memes conditions mais sans gomme xanthane (courbe 1). Avec un
débit d'air de 27,5 dm3/min. on recueille selon l'invention
130 g par minute de solides au lieu de 28 g par minute
en l'absence de gomme xanthane, soit une augmentation du
rendement d'un facteur 4,6.
