特開 2022-178247 キャリア物質、これを用いる海底有価物質の揚鉱方法及び揚鉱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022178247

(43)【公開日】2022-12-02

(54)【発明の名称】キャリア物質、これを用いる海底有価物質の揚鉱方法及び揚鉱装置

(51)【国際特許分類】

   E21C 50/00 20060101AFI20221125BHJP

   E21B 43/29 20060101ALI20221125BHJP

   E21B 43/00 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

E21C50/00

E21B43/29

E21B43/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021084890

(22)【出願日】2021-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】000236610

【氏名又は名称】株式会社不動テトラ

(71)【出願人】

【識別番号】504196300

【氏名又は名称】国立大学法人東京海洋大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002538

【氏名又は名称】弁理士法人あしたば国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】折田 清隆

(72)【発明者】

【氏名】谷 和夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 亮彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 肇一

(72)【発明者】

【氏名】古庄 哲士

【テーマコード（参考）】

2D065

【Ｆターム（参考）】

2D065DB12

2D065FA23

2D065FA35

2D065GA01

(57)【要約】

【課題】高密度又は粗粒な海底有価物質を高い揚鉱効率で揚鉱できるキャリア物質、これを用いる海底有価物質の揚鉱方法及び揚鉱装置を提供すること。
【解決手段】水とベントナイト粘土を含有するキャリア物質であり、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路内をキャリア物質で充填し、キャリア物質をポンプにより循環させ、海底有価物質をキャリア物質に混入させ、キャリア物質と同伴により上昇運搬し、海上側において海底有価物質を回収する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

海底有価物質の揚鉱に使用するものであり、水とベントナイト粘土を含有することを特徴とするキャリア物質。

【請求項2】

該ベントナイト粘土の配合量は、水１００質量部に対して、２～５０質量部であることを特徴とする請求項１記載のキャリア物質。

【請求項3】

更に、平均粒径が０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３の粒状体を含み、該粒状体は、海底有価物質以外のもので、使用前に予め混合されることを特徴とする請求項１又は２記載のキャリア物質。

【請求項4】

該粒状体の配合量は、水１００質量部に対して、１０～２００質量部であることを特徴とする請求項３記載のキャリア物質。

【請求項5】

粘性流動体であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のキャリア物質。

【請求項6】

海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路内をキャリア物質で充填し、該キャリア物質をポンプにより循環させ、海底有価物質を該キャリア物質に混入させ、該キャリア物質と同伴により上昇運搬し、海上側において海底有価物質を回収する方法であって、該キャリア物質は、水とベントナイト粘土を含有することを特徴とする海底有価物質の揚鉱方法。

【請求項7】

更に、平均粒径が０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３の粒状体を含み、該粒状体は、海底有価物質以外のもので、使用前に予め混合されることを特徴とする請求項６記載の海底有価物質の揚鉱方法。

【請求項8】

海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路と、
該循環系管路内に充填されるキャリア物質と、
該キャリア物質を循環させる圧送ポンプと、
該管路の海底側に設けられた海底有価物質を搬入する搬入口と、
該管路の海上側に設けられた海底有価物質を回収する回収口と、を有し、
該キャリア物質は、水とベントナイト粘土を含有すること特徴とする海底有価物質の揚鉱装置。

【請求項9】

更に、平均粒径が０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３の粒状体を含み、該粒状体は、海底有価物質以外のもので、使用前に予め混合されることを特徴とする請求項８記載の海底有価物質の揚鉱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、海底鉱物資源である有価物質を海上に輸送、運搬するキャリア物質、これを用いる揚鉱方法及び揚鉱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

海底鉱物資源等の有価物質を海上に輸送、運搬する揚鉱方法及び揚鉱装置としては、種々の技術が開示されている。特許６５７００００公報（特開２０１９－１２００６３号公報）には、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を海底側と海上側でそれぞれ連結した環状の管路、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を海底側で連結したＵ字状の管路、又は内管が上昇管、外管が下降管であるか又はその逆の内管が下降管、外管が上昇管となる二重管と、該環状の管路内、該Ｕ字状、又は該二重管の管路内に充填されるキャリア物質と、該キャリア物質を循環させる圧送ポンプと、 該管路の海底側に設けられた海底有価物質を搬入する搬入口と、該管路の海上側に設けられた海底有価物質を回収する回収口と、を有し、該キャリア物質は、平均粒径が０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３の粒状体と、粘性流動体の混合物である海底有価物質の揚鉱装置が開示されている（請求項１）。これによれば、海底有価物質の揚鉱に、粒状体を含有する粘性流動体を使用するため、直径３０ｍｍ以上の粒状体又は塊状体である海底有価物質を高い揚鉱効率で揚鉱できる。

【0003】

また、特許６５７００００公報の段落番号００２２には、粘性流動体がとして、高分子溶液が使用できること、更にこれら高分子として、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ-Ｎａ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ヒドロキシエチルセルロースナトリウム（ＨＥＣ-Ｎａ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡＭ）、ポリアクリ ル酸ナトリウム、デンプン、ガム類、ペクチン、アルギン酸金属塩、アルギン酸エステル等が使用できることが開示されている。

【0004】

また、特開２０１８－１６８５３７号公報には、キャリア物質として、海水の粘度より大の粘度を有する粘性流動体を使用する揚鉱方法及び揚鉱装置が開示されている。

【0005】

一方、泥水シールド工法や地中連続壁工法といった泥水工法においては、ベントナイト、ＣＭＣ、分散剤あるいはポリマー剤等を含有した掘削用泥水を使用することが知られている（特開２００５―３６２３８号公報）。これら掘削用泥水は、適度な粘性と密度を有し、掘屑の運搬、孔壁の保護、ビットなどの冷却、ドリルストリングと坑壁との摩擦低減などの作用効果を奏する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許６５７００００公報

【特許文献2】特開２０１８－１６８５３７号公報

【特許文献3】特開２００５―３６２３８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許６５７００００公報や特開２０１８－１６８５３７号公報記載のキャリア物質は、海底有価物質を高い揚鉱効率で揚鉱できるものの、今だ十分とは言えず、更に、高い揚鉱効率を発現できるキャリア物質が望まれている。また、従来、ベントナイトを含有する掘削用泥水が、海底有価物質の揚鉱において、海底有価物質の沈降を抑制する機能を有することについては知られていなかった。

【0008】

従って、本発明の目的は、高密度又は粗粒な海底有価物質を高い揚鉱効率で揚鉱できるキャリア物質、これを用いる海底有価物質の揚鉱方法及び揚鉱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、本発明のキャリア物質は、従来のベントナイトを含有する掘削用泥水と同様の組成であるものの、高い降伏応力を有するため、上昇管（揚鉱管）内において、粒状体又は塊状体である海底有価物質の沈降を抑制するという新たな属性を見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、上記課題を解決するものであり、海底有価物質の揚鉱に使用するものであり、水とベントナイト粘土を含有することを特徴とするキャリア物質を提供するものである。

【0010】

また、本発明は、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路内をキャリア物質で充填し、該キャリア物質をポンプにより循環させ、海底有価物質を該キャリア物質に混入させ、該キャリア物質と同伴により上昇運搬し、海上側において海底有価物質を回収する方法であって、該キャリア物質は、水とベントナイト粘土を含有することを特徴とする海底有価物質の揚鉱方法を提供するものである。

【0011】

また、本発明は、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路と、該循環系管路内に充填されるキャリア物質と、該キャリア物質を循環させる圧送ポンプと、該管路の海底側に設けられた海底有価物質を搬入する搬入口と、該管路の海上側に設けられた海底有価物質を回収する回収口と、を有し、該キャリア物質は、水とベントナイト粘土を含有すること特徴とする海底有価物質の揚鉱装置を提供するものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、海底有価物質の揚鉱に、水とベントナイト粘土を含有するキャリア物質を使用するため、φ３０ｍｍ以上の粒状体又は塊状体である海底有価物質の沈降を抑制し、高い揚鉱効率で揚鉱できる。また、本発明によれば、管路にキャリア物質として水とベントナイト粘土を含有する流動体を充填して循環させ、この循環系に海底有価物質を取り込み、運搬するため、粗粒な粒状体や塊状体である海底有価物質の揚鉱が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態の揚鉱装置の概略図である。

【図2】本発明の実施の形態の揚鉱装置における海上側装置の概略図である。

【図3】本発明の実施の形態の揚鉱装置における搬入口を説明する図である。

【図4】参考例１～１２で使用した実験装置１の簡略図である。

【図5】参考例１～４の結果であり、沈降時間と沈降距離の関係を示す図である。

【図6】参考例５～８の結果であり、沈降時間と沈降距離の関係を示す図である。

【図7】参考例９～１２の結果であり、沈降時間と沈降距離の関係を示す図である。

【図8】参考例１３～１６で使用した実験装置２の簡略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のキャリア物質は、海底有価物質（以下、「海底鉱物」とも言う。）の揚鉱に使用するものであり、水とベントナイト粘土を含有する流動体である。海底鉱物の揚鉱としては、キャリア物質を充填する海底から海上に達する上昇管を、少なくとも有した揚鉱装置を使用する揚鉱方法が挙げられる。キャリア物質とは、海底有価物質を運搬・輸送する輸送媒体のことである。

【0015】

海底有価物質としては、深さ数百から数千メートルの海底に存在するマンガンクラスト、マンガンノジュール、コバルトリッチクラスト、硫化物鉱床（熱水鉱床）、レアアース泥又はメタンハイドレードＹから採取される粒状又は粉状の鉱石Ｘが挙げられる。粒状又は粉状の鉱石Ｘは、例えば、０．７５ｍｍ以上の粗粒や、粒子密度が３ｇ/ｃｍ^３以上の高密度なものである。

【0016】

本発明のキャリア物質は、海上又は陸上で調製されるものであり、水とベントナイト粘土を含有し、好ましくは水、ベントナイト粘土及び粒状体を含有する粘性流動体である。ベントナイト粘土の一次粒子径は、２μｍ以下であり、水と均一に混合されて泥水を形成する。ベントナイト粘土の配合量は、水１００質量部に対して、２～５０質量部、好ましくは５～３０質量部である。ベントナイト粘土の配合量が少な過ぎると、降伏応力が小さくなり、海底鉱物の沈降の抑制効果が得られず、また、ベントナイト粘土の配合量が多過ぎると、流動性の低下が大きくなる点で好ましくない。ベントナイト粘土が上記数値範囲内であれば、降伏応力を高くでき、揚鉱効率が高くなる。なお、キャリア物質を調製する際、原料としては、粉末状のベントナイト粘土の他、鉱山から採掘されたベントナイト鉱石（岩石）を粉砕したもの、あるいはペレット状のベントナイトが使用でき、この場合、ベントナイトは、水と均一に攪拌混合され、粘土鉱物の粒度まで粉砕混合される。

【0017】

粒状体は、海底有価物質以外のものであり、使用する前に予め粘性流動体に含有されるものである。粒状体としては、平均粒径が０．０１ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは、０．１～８ｍｍであり、真密度が０．０１～８ｇ/ｃｍ^３である。平均粒径は、粒度分布から求められる公知の算出方法を用いて算出される。このような粒状体としては、岩石由来、植物・生物由来、樹脂素材、繊維素材のいずれでもよく、また、その混合物であってもよい。具体的には、発泡ビーズ、ガラスビーズ、珪砂などの砂、シルト・礫、木材、鉄粉などの金属粉が挙げられる。粒状体の配合量としては、水１００重量部に対して、１０～２００重量部、好ましくは、１５～１８０重量部である。

【0018】

本発明のキャリア物質は、５℃の粘度（ＪＩＳ Ｚ８８０３；液体の粘度測定方法）が、１０００ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは１,３００ｍＰａ・ｓ以上、特に好ましくは２,０００ｍＰａ・ｓ以上、更に好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以上である。また、５℃の塑性粘度は、１００Ｐａ・ｓ以下であり、５℃の降伏応力は５．０Ｐａ以上である。降伏応力と塑性粘度は、回転式及び振動式の粘度計を使用し、ＪＩＳ Ｚ８８０３に準拠する方法で測定することができる。５℃の粘度、降伏応力としたのは、海水温度が海水表面から数十ｍ以上の深度においては、概ね５℃と安定しており、下降管及び上昇管のほとんどは、５℃の環境下に晒されるためである。なお、粘性流動体の５℃の粘度の上限値は、１０万ｍＰａ・ｓである。これ以上粘度が高くなると固体に近くなり、現実的に圧送が困難となる。

【0019】

本発明のキャリア物質には、ベントナイト粘土や粒状体以外に、他の成分が含まれていてもよい。このような他の成分としては、一般に増粘剤、吸水剤と称されるものが使用でき、例えば、メチルセルロース（ＭＣ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（ＣＭＣ-Ｎａ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ヒドロキシエチルセルロースナトリウム（ＨＥＣ-Ｎａ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド（ＰＡＡＭ）、ポリアクリル酸ナトリウム、デンプン、ガム類、ペクチン、アルギン酸金属塩、アルギン酸エステル等が挙げられる。ガム類としては、グアーガム、キンサンタンガム、ジェランガム、ダイユータンガム等が挙げられる。また、アルギン酸金属塩としては、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム等が挙げられる。これらの化合物は、１種類又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

【0020】

本発明のキャリア物質を海底有価物質の揚鉱に使用すれば、深さ数千メートルの海底から鉱物資源である粒状の有価物質を海上まで高い揚鉱効率、具体的には６０％以上、好ましくは８０％以上で、輸送・運搬することができる。揚鉱効率とは、揚鉱速度をキャリア物質流送速度で除した値を言う。建築分野においては、コンクリート高圧ポンプの吐出量は、約３０ｍ^３/時間であり、これを仮に２台稼動させると、管径０．５ｍで、流送量６０ｍ^３/時間、流送速度３０５．６ｍ/時間となる。商業ベースで設定される揚鉱効率８０％の場合、沈降速度６０ｍ/時間となり、１台のポンプが故障したとしても、揚鉱効率６０％を確保できる。

【0021】

本発明のキャリア物質が海底有価物質の沈降を抑制する作用力としては、粘性抵抗、浮力及び有効支持力が挙げられる。この内、浮力及び粘性抵抗は、粘性流動体が担い、有効支持力は、粒状体が担うことになる。流送時には、粘性抵抗が主体となり、停止時には、粘性抵抗の不足分を有効支持力が補うことになる。なお、本発明のキャリア物質は、水とベントナイト粘土の混合物であるため、降伏応力を有し、海底有価物質の沈降を抑制する効果が高い。

【0022】

本発明の揚鉱方法及び揚鉱装置について、図１～図３を参照して説明する。本発明の揚鉱方法は、海上より海底に達する下降管と、海底から海上に達する上昇管を備える循環系管路内をキャリア物質で充填し、該キャリア物質をポンプにより循環させ、海底鉱物を該キャリア物質に混入させ、該キャリア物質と同伴により上昇運搬し、海上側において海底鉱物を回収する方法である。なお、図１～図３中、キャリア物質に含まれる粒状体の描写は省略した。

【0023】

この方法を実施する揚鉱装置１０は、海上より海底に達する下降管１と、海底から海上に達する上昇管２を海底側と海上側でそれぞれ連結した環状の管路１１と、環状の管路１１内に充填されるキャリア物質３と、キャリア物質３を循環させる圧送ポンプ４と、管路１１の海底側に設けられた海底鉱物を搬入する搬入口５と、管路１１の海上側に設けられた海底鉱物Ｘを回収する回収口６を有する。なお、海上側の施設は、通常、揚鉱船や揚鉱フロートなどのプラットフォーム８に設置される（図２参照）。

【0024】

環状（ループ）の管路としては、可撓性を有していてもよい管であり、例えば、一般的な配管が挙げられる。環状の管路としては、下降管と上昇管を海底側で連結したＵ字状の管路、及び内管が上昇管、外管が下降管であるか又はその逆の内管が下降管、外管が上昇管となる二重管も含まれる。なお、別管の上昇管２と下降管１は互の内側面が溶着された一体ものであってもよい。

【0025】

このような、キャリア物質３は、水とベントナイト粘土を含む粘性流動体又は水とベントナイト粘土と粒状体を含む粘性流動体であるため、高い降伏応力を有し、輸送・運搬したい粒状の海底鉱物の相対的な位置を極力、保持した状態で管内を流動する。すなわち、循環状態において、キャリア物質３は、流動性を有し、且つ粒状の海底鉱物（沈降物質）を高い揚鉱効率で揚鉱する。また、ポンプが一時停止した静置状態において、キャリア物質３は、粘性抵抗及び浮力、あるいは粘性抵抗、浮力及び有効支持力の沈降を抑制する作用によって粒状又は塊状の海底有価物質（沈降物質）の沈降を抑制する。

【0026】

環状の管路１１には、キャリア物質３を循環させるポンプ４を有する。ポンプ４は圧送ポンプであり、管路系内であれば、設置場所は特に制限されない。また、ポンプ４は、環状の管路系内に設置されるため、海底の搬入口５と、海上の回収口６とに大きな高低差があったとしても、ポンプ４には管内壁の摩擦損失以外の負荷が生じないため、キャリア物質３又は海底有価物含有のキャリア物質３を、効率的に長距離圧送することが可能となる。

【0027】

環状の管路１１は、管路１１の海底側に設けられた海底鉱物を搬入する搬入口５を有する。搬入口５は、公知の集鉱機から採取される粒状又は塊状の鉱石が、搬入される場所である。搬入口５としては、二重扉又は回転扉を設けることが、管路に充填されたキャリア物質３の漏れを防止できる点で好ましい。図３は搬入口５に設置された回転扉５ａを示したものであり、公知のものである（特許６５７００００公報参照）。

【0028】

また、環状の管路１１には、管路１１の海上側に設けられた海底鉱物Ｘを回収する回収口６を有する。回収口６には、図２に示すような公知の海上側の装置６ａを設置してもよい（特許６５７００００公報）。

【0029】

次に、図１～図３の揚鉱装置１０を使用した海底有価物質の揚鉱方法について説明する。先ず、図１の揚鉱装置１０において、圧送ポンプ４を稼働させる。これにより、環状の管路１１内をキャリア物質３が循環する。次いで、不図示の集鉱機を稼働させ、例えば、千ｍの海底の鉱床Ｙから粒状の鉱石Ｘを採取し、これを管路１１の搬入口５から管路１１内に搬入する。搬入口５から搬入された粒状の鉱石Ｘは、循環するキャリア物質３と同伴して、上昇管２内を上昇運搬される。採取された粒状の鉱石Ｘは、キャリア物質３がベントナイト粘土含有の粘性流動体であるため、降伏応力が高く、粗粒物であっても、また高密度粒子であっても、粒状の鉱石Ｘの相対的な位置を極力、保持した状態で管内１１を流動すると共に、キャリア物質３から大きく沈降することなく、高い揚鉱効率で輸送・運搬される。

【0030】

海上に運搬された鉱石Ｘは、搬出口６からキャリア物質３と共に、分離槽６１に導入され、分離槽６１で分離されて、鉱石Ｘを含むキャリア物質３と、鉱石Ｘを含まないキャリア物質３に分離され、鉱石Ｘを含むキャリア物質３は、粉砕装置６２に導入されて粉砕され、粉砕された有価物質Ｘは、更に選鉱装置６３に導入され、不要鉱物Ｘ_２と有用鉱物Ｘ_１に分離される。一方、分離槽６１で分離された鉱石Ｘを含まないキャリア物質３は、調整装置６４に送られ、組成調整されて下降管１に送られる。組成調整されたキャリア物質は、再び下降管１を通り循環する。粉砕装置６２及び選鉱装置６３で回収された残ったキャリア物質は、調整装置６４又は下降管１に戻してもよい。

【0031】

本発明の揚鉱装置及び揚鉱方法によれば、環状の管路内をキャリア物質である水とベントナイト粘土含有の粘性流動体が循環するため、降伏応力が高く、有価物質である粗粒な粒状体や高密度な粒状体を高い揚鉱効率で揚鉱でき、千ｍ程度の長距離輸送が可能であり、且つ廃棄物を出さない。

【0032】

本発明は、上記実施の形態例に限定されず、種々の変形を採ることができる。すなわち、環状の管路に対し、公知の振動装置により振動を与えてもよい。これにより、キャリア物質の流動を高めることができる。また、管路内を循環するキャリア物質中に、公知のマイクロバブル発生装置からマイクロバブルを管路の下から混入させてもよい。このエアリフト効果により、キャリア物質の上昇輸送が促進される。

【0033】

参考例１（沈降実験その１）
図４に示す高さ３．６ｍ、内径１００ｍｍの円筒状のアクリル製円筒容器内にキャリア物質を満たし、円筒容器内のキャリア物質の液面下Ｄの深さ、且つ管軸上から海底有価物質を模した球状の鉱石モデルを落下させ、鉱石モデルが沈降に要する時間と沈降距離の関係を求めた。

【0034】

＜鉱石モデルＡ（沈降物質）＞
直径１２．７ｍｍ、密度５．７０ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の完全球を使用した。この鉱石モデルＡは、海底有価物質の鉱石Ｘと同等の大きさと比重を有するものである。完全球とは断面が真円に近い球を言う。

【0035】

＜キャリア物質Ａ＞
容器中、水道水１００質量部に対して、ベントナイト粘土９．２質量部を混合し、泥水状のキャリア物質Ａを作製した。キャリア物質Ａの２５℃における塑性粘度１０．２Ｐａ・ｓ、降伏応力２２．１Ｐａ、密度１．１４ｇ/ｃｍ^３であった。降伏応力と塑性粘度は、回転式粘度計を使用し、ＪＩＳ Ｚ ８８０３：液体の粘度測定方法に準拠して行った。

【0036】

＜実験方法Ａ＞
キャリア物質Ａの使用温度は、海底温度に相当する５℃であるが、キャリア物質Ａの５℃と２５℃の粘度がほぼ同じであるため、温度の影響はほとんどないと判断し、室温（２５℃）で行った。先ず、鉱石モデルＡを液面下に埋没させ、鉱石モデルＡの中心が液面下Ｄ＝１００ｍｍ深さに保持した。液面が静止状態になるまで２０秒程度待ってから鉱石モデルを静かに離した。次いで、経過時間ｔと沈降距離ｌを計測した。その結果を図５に、符号▲で示した。

【0037】

参考例２（沈降実験その２）
＜キャリア物質Ｂ＞
容器中、水道水１００質量部に対して、ベントナイト粘土９．２質量部及び珪砂（６号）１９．３質量部を混合し、泥水状のキャリア物質Ｂを作製した。キャリア物質Ｂの２５℃における塑性粘度５６．０Ｐａ・ｓ、降伏応力３５．７Ｐａ、密度１．３８ｇ/ｃｍ^３であった。

【0038】

＜実験方法Ｂ＞
キャリア物質Ａに代えて、キャリア物質Ｂを使用した以外は、参考例１の＜実験方法Ａ＞と同様の方法で行った。すなわち、参考例２は、キャリア物質中に粒状体（珪砂６号）を更に含むものである。なお、キャリア物質中、珪砂（６号）は均一分散されている状態で使用した。その結果を図５に、符号■で示した。

【0039】

参考例３（沈降実験その３）
＜キャリア物質Ｃ＞
容器中、水道水１００質量部に対して、カルボキシメチルセルロース架橋体（以下、「ＣＭＣ」と称する。）０．５質量部を混合し、キャリア物質Ｃを作製した。キャリア物質Ｃの２５℃における塑性粘度０．７５Ｐａ・ｓ、降伏応力９．０Ｐａ、密度１．００ｇ/ｃｍ^３であった。

【0040】

＜実験方法Ｃ＞
キャリア物質Ａに代えて、キャリア物質Ｃを使用した以外は、参考例１の＜実験方法Ａ＞と同様の方法で行った。すなわち、参考例３は、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例となるものである。その結果を図５に、符号△で示した。

【0041】

参考例４（沈降実験その４）
＜キャリア物質Ｄ＞
容器中、水道水１００質量部に対して、ＣＭＣ０．５質量部及び珪砂（６号）１７．７質量部を混合し、キャリア物質Ｄを作製した。キャリア物質Ｄの２５℃における塑性粘度１．２Ｐａ・ｓ、降伏応力８．４Ｐａ、密度１．２６ｇ/ｃｍ^３であった。

【0042】

＜実験方法Ｄ＞
キャリア物質Ａに代えて、キャリア物質Ｄを使用した以外は、参考例１の＜実験方法Ａ＞と同様の方法で行った。すなわち、参考例４は、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例となるものである。その結果を図５に、符号□で示した。

【0043】

図５において、水とベントナイト粘土と珪砂の混合物（参考例２；符号■）は、沈降開始３日後において、沈降開始位置に最も近い計測器（ｌ＝０．２ｍ）でも検知されなかった。このため、沈降開始３日後の位置は、ｌ＝０．１ｍと推測した。参考例１～４の結果を示す図５に示す通り、直径１２．７ｍｍ、密度５．７０ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の鉱石モデルＡ（細粒）に対するキャリア物質の沈降抑制効果は、水とベントナイト粘土の混合物（符号▲）は、水とＣＭＣの混合物（符号△）あるいは水とＣＭＣと珪素６号の混合物（符号□）と比べて、顕著に優れものであった。また、水とベントナイト粘土と珪素６号の混合物（符号■）は、水とベントナイト粘土の混合物（符号▲）よりも更に高い沈降抑制効果を示した。

【0044】

参考例５（沈降実験その５）
＜実験方法Ｅ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径２５．４ｍｍ、密度５．９７ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の完全球（鉱石モデルＢ）を使用した以外は、参考例１の＜実験方法Ａ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例５のキャリア物質は、水とベントナイト粘土の混合物である。その結果を図６に、符号▲で示した。

【0045】

参考例６（沈降実験その６）
＜実験方法Ｆ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径２５．４ｍｍ、密度５．９７ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の完全球（鉱石モデルＢ）を使用した以外は、参考例２の＜実験方法Ｂ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例６のキャリア物質は、水とベントナイト粘土と珪砂６号の混合物である。その結果を図６に、符号■で示した。

【0046】

参考例７（沈降実験その７）
＜実験方法Ｇ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径２５．４ｍｍ、密度５．９７ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の完全球（鉱石モデルＢ）を使用した以外は、参考例３の＜実験方法Ｃ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例７のキャリア物質は、水とＣＭＣの混合物であり、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例である。その結果を図６に、符号△で示した。

【0047】

参考例８（沈降実験その８）
＜実験方法Ｈ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径２５．４ｍｍ、密度５．９７ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の完全球（鉱石モデルＢ）を使用した以外は、参考例４の＜実験方法Ｄ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例８のキャリア物質は、水とＣＭＣと珪砂６号の混合物であり、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例である。その結果を図６に、符号□で示した。

【0048】

参考例５～８の結果を示す図６に示す通り、直径２５．４ｍｍ、密度５．９７ｇ/ｃｍ^３のジルコニア製の鉱石モデルＢ（中粒）に対するキャリア物質の沈降抑制効果は、水とベントナイト粘土の混合物と水とＣＭＣの混合物とでは、ほぼ同等の結果であった。これに対して、水とベントナイト粘土と珪砂の混合物では、鉱石モデルＢは、容器内を沈降する時間が長く、沈降抑制効果が高いことが判った。

【0049】

参考例９（沈降実験その９）
＜実験方法I＞
鉱石モデルＡに代えて、直径５０．８ｍｍ、密度３．８９ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の完全球（鉱石モデルＣ）を使用した以外は、参考例１の＜実験方法Ａ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例９のキャリア物質は、水とベントナイト粘土の混合物である。その結果を図７に、符号▲で示した。

【0050】

参考例１０（沈降実験その１０）
＜実験方法Ｊ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径５０．８ｍｍ、密度３．８９ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の完全球（鉱石モデルＣ）を使用した以外は、参考例２の＜実験方法Ｂ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例１０のキャリア物質は、水とベントナイト粘土と珪砂６号の混合物である。その結果を図７に、符号■で示した。

【0051】

参考例１１（沈降実験その１１）
＜実験方法Ｇ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径５０．８ｍｍ、密度３．８９ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の完全球（鉱石モデルＣ）を使用した以外は、参考例３の＜実験方法Ｃ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例１１のキャリア物質は、水とＣＭＣの混合物であり、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例である。その結果を図７に、符号△で示した。

【0052】

参考例１２（沈降実験その１２）
＜実験方法Ｈ＞
鉱石モデルＡに代えて、直径５０．８ｍｍ、密度３．８９ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の完全球（鉱石モデルＣ）を使用した以外は、参考例４の＜実験方法Ｄ＞と同様の方法により行った。すなわち、参考例１２のキャリア物質は、水とＣＭＣと珪砂６号の混合物であり、ベントナイト粘土を含まず、本発明の比較例である。その結果を図７に、符号□で示した。

【0053】

参考例９～１２の結果を示す図７に示す通り、直径５０．８ｍｍ、密度３．８９ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の鉱石モデルＣ（粗粒又は塊状体）に対するキャリア物質の沈降抑制効果は、水とベントナイト粘土の混合物と水とＣＭＣの混合物とでは、ほぼ同等の結果であった。これに対して、水とベントナイト粘土と珪砂の混合物では、鉱石モデルＣは、容器内を沈降する速度が遅く、沈降抑制効果が高いことが判った。

【0054】

（揚鉱実験）
参考例１３（揚鉱実験その１）
図８に示す実験装置２を使用し、各種キャリア物質における球状の鉱石モデルと揚鉱速度の関係を求めた。実験装置２は高さ１．２ｍ、内径５０ｍｍの上昇管２１、一端が上昇管に接続され、他端がタンクの上方開口に位置する戻り管２２、タンク２３と上昇管２１を接続する送り管２５からなる環状の管路を有する。符号ＯＭは鉱石モデル、ＣＭはキャリア物質である。

【0055】

＜鉱石モデルＤ＞
直径２５．４ｍｍ、密度３．８６ｇ/ｃｍ^３のアルミナ製の完全球を使用した。

【0056】

＜実験方法I＞
実験装置２のタンク２３に、参考例１で使用したキャリア物質Ａ（水とベントナイト粘土の混合物）を満たし、ポンプ２４を稼働させ、キャリア物質Ａを鉛直方向流速０．６ｃｍ/ｓで循環させた。次いで、鉱石モデルＤを鉱石モデル投入口２６から投入し、上昇管２１中の揚鉱速度を求めた。測定は４回行った。その結果、キャリア物質Ａ中の鉱石モデルＤの揚鉱速度は０．４２～０．６０ｃｍ/ｓであった（鉱石モデルＤの投入前のキャリア物質の揚鉱速度は、０．６ｃｍ/ｓである）。

【0057】

参考例１４（揚鉱実験その２）
＜鉱石モデルＥ＞
直径２５．４ｍｍ、密度２．１８ｇ/ｃｍ^３のＰＴＦＥ製の完全球を使用した。

【0058】

＜実験方法J＞
鉱石モデルＤに代えて、鉱石モデルＥを使用した以外は、参考例１３の＜実験方法I＞と同様の方法で行った。測定は３回行った。その結果、キャリア物質Ａ中の鉱石モデルＥの揚鉱速度は、０．５５～０．５７ｃｍ/ｓであった。

【0059】

参考例１５（揚鉱実験その３）
＜鉱石モデルＦ＞
直径２５．０ｍｍ、密度１．５８ｇ/ｃｍ^３の石膏製の完全球を使用した。

【0060】

＜実験方法Ｋ＞
鉱石モデルＤに代えて、鉱石モデルＦを使用し、且つキャリア物質Ａに代えて、参考例４で使用したキャリア物質Ｄ（水とＣＭＣと珪砂６号の混合物）とした以外は、参考例１３の＜実験方法I＞と同様の方法で行った。測定は２回行った。その結果、キャリア物質Ｄ中の鉱石モデルＦの揚鉱速度は、０．１９～０．２７ｃｍ/ｓであった。

【0061】

参考例１６（揚鉱実験その４）
＜実験方法Ｌ＞
キャリア物質Ａに代えて、参考例３で使用したキャリア物質Ｃ（水とＣＭＣの混合物）とした以外は、参考例１３の＜実験方法I＞と同様の方法で行った。その結果、キャリア物質Ｃ中の鉱石モデルＤは揚鉱できず、揚鉱速度は、測定できなかった。なお、鉱石モデルＤに代えて、鉱石モデルＥ及びＦについても行ったが、同様に、揚鉱できず、揚鉱速度は、測定できなかった。

【0062】

参考例１３と１６の結果から、密度２．１８ｇ/ｃｍ^３～３．８６ｇ/ｃｍ^３の鉱石モデルに対して、キャリア物質Ａ（水とベントナイト粘土の混合物）は、ほぼ沈降を抑えて高い揚鉱効率が得られたのに対して、キャリア物質Ｃ（水とＣＭＣの混合物）は、沈降を抑制できず、揚鉱できなかった。

【0063】

参考例１４～１５の結果から、密度１．５８ｇ/ｃｍ^３～２．１８ｇ/ｃｍ^３の鉱石モデルに対して、キャリア物質Ｄ（水とＣＭＣと珪砂６号）は、粒状体（珪砂６号）を含んでいるにも拘わらず、粒状体（珪砂６号）を含まないキャリア物質Ａ（水とベントナイト粘土の混合物）と比べて、揚鉱速度は低いものであった。

【0064】

参考例１～１６の結果から、水とベントナイト粘土の混合物をキャリア物質として使用した場合、該キャリア物質は、降伏応力を有するものであり、沈降を抑制する効果が、従来の水とＣＭＣを含むキャリア物質よりも、高いことが判る。また、水とベントナイト粘土と珪砂６号の混合物をキャリア物質として使用した場合、珪砂６号を含まない水とベントナイト粘土の混合物より、より高い沈降抑制効果が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明によれば、深さ数千メートルの海底から鉱物資源である粒状の有価物質を海上まで効率良く、輸送・運搬することができる。なお、揚程に関して、建築分野においては、４インチ管使用での生コンの圧送実績は、中継点なしの９０ｍ^３/ｈ、１２ＭＰａの高圧圧送で、水平９００ｍ、鉛直２００ｍを達成しており、本発明の環状の管路であれば、鉛直１０００ｍを超える揚程でも容易に圧送できる。

【符号の説明】

【0066】

１ 下降管
２ 上昇管
３ キャリア物質
４ ポンプ
５ 搬入口
６ 回収口
１０ 揚鉱装置
１１ 環状の管路
Ｘ 粒状の鉱石（海底有価物質）
Ｙ 鉱床

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】