一种热液喷口流体有用元素的富集装置

1.本发明属于海洋热液活动研究领域，具体地说是一种热液喷口流体有用元素的富集装置。


背景技术：

2.海底热液活动是海底一种独特的自然现象，也是当代海洋科学研究的重要前沿领域，开展热液多金属硫化物资源潜力的评价成为科学研究的核心任务。海底热液喷口流体温度相对较高，化学组分多样，含有高含量的有用元素组分，特别是au、pt、cu、zn等，但其流通通量及资源贡献一直是科学家关注的焦点。


技术实现要素：

3.为了定量评价热液流体对有用元素成矿作用贡献，本发明的目的在于提供一种热液喷口流体有用元素的富集装置。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.本发明包括吸入龙头、吸入伸缩管汇、开关阀、输入管、输出管、排出伸缩管汇、工作舱保护外壳及分别安装于该工作舱保护外壳内部由入口向出口依次连接的重力沉淀仓、离心沉淀仓、精细过滤仓、流体仓、阳离子吸附仓、阴离子吸附仓、深水泵，其中吸入伸缩管汇及排出伸缩管汇分别转动安装于工作舱保护外壳的入口端和出口端，该吸入伸缩管汇的入口端与吸入口朝下设置的吸入龙头连接，所述吸入伸缩管汇的出口端通过输入管与重力沉淀仓相连，所述输出管的一端与深海泵连接，另一端连接有所述排出伸缩管汇，所述吸入伸缩管汇上安装有开关阀。
6.其中：所述工作舱保护外壳的入口端及出口端均固定有安装架，该安装架上安装有可旋转接头；所述工作舱保护外壳入口端的可旋转接头一端连接吸入伸缩管汇，另一端通过输入管连接所述重力沉淀仓的入口；所述工作舱保护外壳出口端的可旋转接头一端连接排出伸缩管汇，另一端通过输出管连接深水泵的出口。
7.所述离心沉淀仓、精细过滤仓、流体仓、阳离子吸附仓、阴离子吸附仓、深水泵之间流体流动的路线为“s”形。
8.所述重力沉淀仓内部设有倾斜冲击面，该重力沉淀仓的入口及出口分别位于所述倾斜冲击面的两侧，所述重力沉淀仓的入口与输入管相连，出口与所述离心沉淀仓连通。
9.所述重力沉淀仓的入口位于倾斜冲击面一侧的中下部，出口位于倾斜冲击面另一侧的顶部；所述倾斜冲击面的上下两端分别与重力沉淀仓上下面之间留有空间；所述重力沉淀仓的入口截面大于输入管的管径。
10.所述离心沉淀仓的上部为柱形入口段，中部为锥形螺旋分离段，下部为柱形收集段，该离心沉淀仓的入口位于所述柱形入口段的最大切向处，并与所述重力沉淀仓的出口相连，所述离心沉淀仓的出口位于顶部的中心位置。
11.所述精细过滤仓的下部或底部设有入口，该入口通过连接管汇与所述离心沉淀仓
的出口相连，所述精细过滤仓的上部或顶部设有出口，该出口与所述流体仓的入口连接，所述精细过滤仓的内部安装有超滤滤芯。
12.所述流体仓的上部或顶部设有与精细过滤仓出口连接的入口，该流体仓的下部或底部设有与所述阳离子吸附仓入口连接的出口。
13.所述阳离子吸附仓的下部或底部设有入口，该入口与所述流体仓的出口连接，所述阳离子吸附仓的上部或顶部设有出口，该出口与所述阴离子吸附仓的入口连接；所述阳离子吸附仓的内部安装有阳离子交换树脂芯，外部安装有正电极柱。
14.所述阴离子吸附仓的上部或顶部设有入口，该入口与所述阳离子吸附仓的出口连接，所述阴离子吸附仓的下部或顶部设有出口，该出口与所述深水泵的入口连接；所述阴离子吸附仓的内部安装有阴离子交换树脂芯，外部安装有负电极柱。
15.本发明的优点与积极效果为：
16.本发明利用重力沉淀和离心作用初步分离较大颗固体颗粒物，可定量回收流体中的大颗粒组分；采用超滤滤芯方式，定量回收流体中的颗粒组分，有利于计算热液流体中颗粒组分通量；利用离子树脂芯和电极柱的组合使用，定量回收富集海底热液流体中的贵金属元素和有色金属元素，为海底矿产资源评估，提供了有力的技术支持；本发明可完成海底热液流体中流体颗粒、热液流体与元素富集于一体的热液流体原位采样。
附图说明
17.图1为本发明整体收敛状态的立体结构示意图；
18.图2为本发明整体展开状态的立体结构示意图；
19.图3为本发明的内部结构剖视图；
20.图4为本发明内部各工作舱室的结构示意图；
21.图5为本发明内部各工作舱室的剖视立体图；
22.图6为本发明内部各工作舱室的剖视主视图；
23.其中：1为吸入龙头，2为吸入伸缩管汇，3为开关阀，4为t型把手，5为可旋转接头，6为输入管，7为重力沉淀仓，8为离心沉淀仓，9为精细过滤仓，10为超滤滤芯，11为流体仓，12为阳离子吸附仓，13为阳离子交换树脂芯，14为正电极柱，15为阴离子吸附仓，16为阴离子交换树脂芯，17为负电极柱，18为深水泵，19为输出管，20为排出伸缩管汇，21为工作舱保护外壳，22为倾斜冲击面，23为连接管汇a，24为连接管汇b，25为连接管汇c，26为连接管汇d，27为连接管汇e。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步详述。
25.如图1～6所示，本发明包括吸入龙头1、吸入伸缩管汇2、开关阀3、输入管6、重力沉淀仓7、离心沉淀仓8、精细过滤仓9、流体仓11、阳离子吸附仓12、阴离子吸附仓15、深水泵18、输出管19、排出伸缩管汇20和工作舱保护外壳21，其中工作舱保护外壳21内部由入口向出口通过管汇依次连接重力沉淀仓7、离心沉淀仓8、精细过滤仓9、流体仓11、阳离子吸附仓12、阴离子吸附仓15和深水泵18，该离心沉淀仓8、精细过滤仓9、流体仓11、阳离子吸附仓12、阴离子吸附仓15、深水泵18之间流体流动的路线为“s”形。吸入伸缩管汇2及排出伸缩管
汇20分别转动安装于工作舱保护外壳21的入口端和出口端，该吸入伸缩管汇2的入口端与吸入龙头1的出口连接，吸入龙头1的吸入口朝下设置，吸入伸缩管汇2的出口端通过输入管6与重力沉淀仓7相连；输出管19的一端与深海泵18连接，另一端连接有排出伸缩管汇20；吸入伸缩管汇2上安装有开关阀3，该开关阀3安装在靠近吸入伸缩管汇2出口的位置，开关阀3的球阀连接t型把手4。
26.本实施例的工作舱保护外壳21的入口端及出口端均固定有安装架，每个安装架上均安装有一个可旋转接头5；工作舱保护外壳21入口端的可旋转接头5一端连接吸入伸缩管汇2的出口端，另一端通过输入管6连接重力沉淀仓7的入口；工作舱保护外壳21出口端的可旋转接头5一端连接排出伸缩管汇20，另一端通过输出管19连接深水泵18的出口。本实施例的吸入伸缩管汇2及排出伸缩管汇20均为现有技术，可为多节可伸缩管的组合。
27.本实施例的重力沉淀仓7内部设有倾斜冲击面22，倾斜冲击面22由右上向左下倾斜设置，倾斜冲击面22的上下两端分别与重力沉淀仓7上下面之间留有空间，供流体通过；重力沉淀仓7的入口及出口分别位于倾斜冲击面22的两侧，入口位于倾斜冲击面22一侧的中下部，出口位于倾斜冲击面22另一侧的顶部；重力沉淀仓7的入口与输入管6相连，出口与离心沉淀仓8连通。
28.本实施例的离心沉淀仓8的上部为柱形入口段(本实施例为圆柱形)，中部为锥形螺旋分离段，下部为柱形收集段(本实施例为圆柱形)，该离心沉淀仓8的入口位于柱形入口段的最大切向处，并与重力沉淀仓7的出口相连，离心沉淀仓8的出口位于顶部的中心位置。
29.本实施例的精细过滤仓9的下部或底部(本实施例为底部)设有入口，该入口通过连接管汇a23与离心沉淀仓8的出口相连，精细过滤仓9的上部或顶部(本实施例为顶部)设有出口，该出口通过连接管汇b24与流体仓11的入口连接，精细过滤仓9的内部安装有超滤滤芯10。本实施例的超滤滤芯10为市购产品，购置于富阳市新登镇超滤五金经营部的超滤sb-0010滤芯。
30.本实施例的流体仓11的上部或顶部(本实施例为顶部)设有与精细过滤仓9出口连接的入口，该流体仓11的下部或底部(本实施例为底部)设有与阳离子吸附仓12入口连接的出口，流体仓11的出口通过连接管汇c25与阳离子吸附仓12的入口连接。
31.本实施例的阳离子吸附仓12的下部或底部(本实施例为底部)设有入口，该入口与流体仓11的出口通过连接管汇c25连接，阳离子吸附仓12的上部或顶部(本实施例为顶部)设有出口，该出口与阴离子吸附仓15的入口通过连接管汇d26连接。阳离子吸附仓12的内部安装有阳离子交换树脂芯13，外部安装有正电极柱14。
32.本实施例的阴离子吸附仓15的上部或顶部(本实施例为顶部)设有入口，该入口与阳离子吸附仓12的出口通过连接管汇d26连接，阴离子吸附仓15的下部或顶部设有出口，该出口与深水泵18的入口通过连接管汇e27连接，深水泵18的出口与输出管19连接。阴离子吸附仓15的内部安装有阴离子交换树脂芯16，外部安装有负电极柱17。
33.本发明的阳离子交换树脂芯13为市购产品，购置于天津巴斯夫树脂科技有限公司的苯乙烯系大孔强酸阳离子交换树脂d001。本发明的阴离子交换树脂芯16为市购产品，购置于天津巴斯夫树脂科技有限公司的苯乙烯系大孔强碱阴离子交换树脂d201。
34.本发明的工作原理为：
35.在使用本发明的富集装置之前，首先利用rov(遥控无人潜水器)机械手调整吸入
伸缩管汇2和排出伸缩管汇20的长度，并调整吸入伸缩管汇2和排出伸缩管汇20的角度，将吸入龙头1摆放至喷口正上方，并将排出伸缩管汇20的排出口摆放至远离喷口的位置，以减少排放液对采样的干扰，利用rov机械手控制t型把手4打开开关阀3。之后，通过远程控制启动深水泵18电源，并接通正电极柱14和负电极柱17，海底热液流体经过吸入龙头1、吸入伸缩管汇2、开关阀3、入口端的可旋转接头5、输入管6进入重力沉淀仓7，由于输入管6的管径较小，重力沉淀仓7的入口处截面较大，流体进入后流速大大降低，便于流体中大颗固体颗粒物沉降，流体冲击重力沉淀仓7内的倾斜冲击面22，便于大颗固体颗粒物逐渐向下部沉积聚集。经过初步分离的流体，沿离心沉淀仓8的切向入口进入离心沉淀仓8，流体在离心沉淀仓8进行回旋运动，流体中较重的固体颗粒在离心力和重力的共同作用下，向外壁聚集，并沿中部锥形螺旋段的锥形面逐渐向下部柱形收集段汇总，较轻质流体汇总到中心位置，并从顶部的出口经连接管汇a23进入精细过滤仓9。进入到精细过滤仓9内的流体流经超滤滤芯10，所有固体颗粒将被阻挡在离心沉淀仓8和精细过滤仓9之间，经过超滤滤芯10的流体水相部分通过连接管汇b24进入流体仓11，一部分流体将在流体仓11中存储下来。从流体仓11流出的流体通过连接管汇c25进入阳离子吸附仓12，流体中的au、pt等元素形成的络合阴离子在阳离子交换树脂芯13和正电极柱14的共同作用下被阳离子交换树脂芯13所吸附。之后，流体通过连接管汇d26进入阴离子吸附仓15，流体中的cu、zn等阳离子元素在阴离子交换树脂芯16和负电极柱17的共同作用下被阴离子交换树脂芯16所吸附。之后，除去阴、阳离子的水溶液在深水泵18的作用下，经输出管19和排出伸缩管汇20重新排入到海里，形成整个流体富集过程。再经过10分钟后，关闭深水泵18，完成整个过程的富集。采样完毕后，利用rov机械手将吸入伸缩管汇2和排出伸缩管汇20收回，并将其长度调整到最短，控制t型把手4关闭开关阀3。