Procédé pour l'exploitation minière des océans

Abstract

 L'invention concerne un procédé pour remonter les solides métallifères des surfaces sous-marines profondes par la technique air-lift.
Le procédé consiste à injecter un gaz dans la partie infé­rieure d'une colonne d'eau de mer enfermée dans un tube (1) qui est enfoncé dans l'océan provoquant la formation et l'entrainement d'une dispersion de solides dans l'eau de mer. On injecte parallèlement une solution aqueuse contenant un additif de suspension, le mélange dispersé est poussé vers la surface par la pression du gaz et les solides sont séparés.

Description

[0001] 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.

[0002] Les gisements métallifères présents à la surface de certaines régions du sol recouvert par 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 valorisables 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 profondeurs 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.

[0003] On a déjà envisagé à l'échelle expérimentale d'appliquer la technique du pompage par air-lift à l'exploitation minière des océans (J.P. JACQUEMIN - J.F. LAPRAY - R. PORTE - IIe Colloque International sur l'Exploitation des Océans - Bordeaux - 1-4 octobre 1974).

[0004] Selon ce procédé, on injecte de l'air dans la partie inférieure d'un tube partiellement enfoncé dans une 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 un effet de pompage. Cependant, la remontée des particules denses ou de grandes dimensions, telles que les galets, s'avère très difficile pour de fortes profondeurs à cause du faible pouvoir de suspension du mélange diphasique eau-air.

[0005] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé de remontée des minerais qui soit efficace à toutes profondeurs.

[0006] 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 dispersion 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.

[0007] Des exemples de polymères hydrosolubles de poids moléculaire élevé, ayant un bon pouvoir de suspension, utilisables pour la prépa­ration de la solution aqueuse, sont les polysaccharides de fermenta­tion , les gommes naturelles, les polymères acryliques, tels que polyacrylamides et polyméthacrylamides, les dérivés cellulosiques comme l'hydroxyéthylcellulose et la carboxyméthylcellulose, ainsi que leurs mélanges entre eux.

[0008] Parmi ces polymères, on donne la préférence aux polysaccharides d'origine microbienne produits par fermentation d'un hydrate de carbone sous l'action de microorganismes tels que les bactéries appartenant au genre Xanthomonas, au genre Arthrobacter, au genre Azotobacter, au genre Agrobacterium, au genre Erwinia, au genre Alcaligenes et les champignons appartenant 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.

[0009] On peut utiliser avantageusement une solution aqueuse 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 exemples représentatifs, 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.

[0010] La solution aqueuse de polymère peut être préparée à partir de 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 poly­mères, 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.

[0011] Le procédé de l'invention est illustré en référence au dessin annexé qui montre, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de l'objet de l'invention.

[0012] La Fig. 1 est une vue schématique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention.

[0013] 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 permettant l'injection de gaz sous pression dans la chambre 4.

[0014] 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 procédé de l'invention consiste à injecter un gaz, par exemple de l'air, par 6 et 7 à une pression P + ρgh (où ρ 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 polymère à un débit qʹ = αq, où q est le débit de remontée du liquide dans le tube 1 et α est compris entre 0 et 1, préférentiellement entre 0,01 et 0,5.

[0015] 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 en entrainant les solides à remonter qu'elle maintient en suspension tout au long de leur ascension dans 1 jusqu'aux orifices de sortie 2 et 3. La dispersion est recueillie et les solides valorisables sont séparés de la phase aqueuse qui peut être recyclée en 5.

[0016] L'utilisation de polymère a en particulier l'avantage d'augmen­ter le caractère laminaire du contre-courant ascendant, ce régime "laminaire" étant favorable à la remontée des particules en suspen­sion.

Exemple

[0017] 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 dispositif est contenu dans une enve­loppe cylindrique qui est remplie d'eau de mer jusqu'à la hauteur h = 180 cm et au fond de laquelle on introduit des graviers de dimension moyenne 5 mm et densité 3,5. De l'air est injecté par 6 et 7 à un débit de 20 à 27,5 dm³/min. On injecte par 5 une solution aqueuse à 0,5 % en poids de gomme xanthane (RHODOPOL 23 ®) dans de l'eau de mer à un débit tel que, après dilution par l'eau de mer aspirée en 4, la concentration en polymère de l'eau contenue dans 1 soit de 0,05 %. Les solides remontés sont séparés de la dispersion recueillie en 2 et 3 et la solution est recyclée en continue en 5.

[0018] 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 reportés sur la Fig. 2, courbe 2 en comparaison avec un essai effectué dans les mêmes 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.

Revendications

1. 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, 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 dispersion 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.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est choisi parmi les polysaccharides de fermentation, les gommes naturelles, les polymères acryliques, les dérivés cellulosiques et leurs mélanges entre eux.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le polymère hydrosoluble est la gomme xanthane.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la solution aqueuse contentant le polymère hydrosoluble est injectée à co-courant du gaz.

5. Procédé selon l'une des revendicatins 1 à 4 caractérisé en ce que la concentration en polymère de la solution aqueuse est comprise entre 0,5 et 5 % en poids.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le mélange dispersé contient le polymère en quantité de 0,005 à 0,5 % en poids de la phase aqueuse.

Dessins