基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的方法

技术领域

本发明属于固液废弃物处理和化妆品原料制备技术领域，尤其涉及一种基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的方法。

背景技术

随着人类对矿产资源需求的日益增加及陆地资源的不断枯竭，浩瀚的大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，被认为是人类未来最重要的开发方向。

深海采矿是指采集赋存在海底的固体矿物并输送到海面上，采集系统通常由海底采矿车、提升系统和采矿船三部分组成。采矿车中的采集装置多采用水力式采集方式，利用高压水射流使多金属结核和表层沉积物悬浮并利用水流将其收集到海底采矿车上，再通过由泵和管道组成的提升系统将多金属结核和泥水从海底运送至采矿船，完成采集工作。

目前，在深海采集多金属结核活动中，会对表层沉积物产生干扰，使其悬浮，造成采集装置中不仅收集到了多金属结核，也会采集到深海沉积物和深层海水。通常情况下，被采集到的沉积物和深层海水是没有应用价值的，它们作为固液废弃物被分离后直接排向海底，但是在强扰动作用下会形成深海羽流，从而严重污染海域和影响海洋生物生存。据统计，每个多金属结核集矿机每天产生重400吨的固体颗粒物悬浮在5万吨废水里。因此，亟需一种绿色、环保的固液废弃物利用方法。

近年来，越来越多的化妆品品牌开始将海洋元素加入到其产品中。海洋元素包括海藻、珊瑚、深层海水、深海泥等等，这些天然成分被证明对皮肤有很好的保湿和修复作用。例如深海泥蕴含多种微量元素及百种稀有的矿物质，可增强肌肤的抵抗能力；具有强吸附性可深层清洁皮肤，使肌肤洁净、清透和细腻，可以用于制作面膜。海洋深层水具有低温、富含矿物质、清激干净、病原菌稀少等特性，可有效补充肌肤蛋白、恢复肌肤弹性、促进细胞新陈代谢。但是这些海洋元素存在采集成本较高的问题，尤其深层海水、深海泥位于海洋深处，通常需要使用特殊的船只和设备，才能到达深海底部进行采集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的方法，有效解决深海采集多金属结核活动时产生的固液废弃物直接排入海底造成环境污染严重的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的方法，包括以下步骤：

S1、矿泥分离：将采集的多金属结核与泥水进行分离；

S2、泥水分离：基于重力沉降原理，利用多级沉淀池使泥水中的固体颗粒逐级沉降，将泥水中的海水和沉积物固体颗粒分离；

S3、海水多级加工：将步骤S2中分离的海水先进行多级物理过滤去除海水中的杂质，再利用反渗透技术降低海水中的含盐量，从而达到化妆品用水标准；

S4、沉积物固体颗粒处理：将步骤S2中分离的沉积物固体颗粒利用沉降槽将硅质软泥分离出来，再利用振动筛对硅质软泥进行颗粒分级，所述颗粒分级以0.0625mm粒径为界限，将硅质软泥划分为粗颗粒和细颗粒；

S5、粗颗粒处理：用清水冲洗粗颗粒后干燥，然后进行紫外线消毒，最后进行研磨；

S6、细颗粒处理：从细颗粒中分离、提纯出氧化铈颗粒，细化氧化铈颗粒，并对细化后氧化铈颗粒进行降低催化氧化活性处理。

进一步地，在步骤S5中，所述研磨后的粗颗粒的粒径为10～100纳米，在步骤S6中，所述细化后氧化铈颗粒的粒径在70纳米以下。

进一步地，在步骤S6中，采用稀土分离纯化技术从细颗粒中分离、提纯出氧化铈颗粒。

进一步地，在步骤S6中，所述降低催化氧化活性处理的方法为：在细化后氧化铈颗粒中掺入钙离子，将掺杂钙离子的氧化铈表面覆盖一层二氧化硅薄膜。

进一步地，经步骤S3处理后的海水代替去离子水作为化妆品的原料水。

进一步地，经步骤S5处理后的粗颗粒用于防晒产品和清洁产品中。

进一步地，经步骤S6处理后的氧化铈应用于彩妆、底妆、物理防晒产品和抗老产品中。

本发明的有益技术效果是：

(1)本发明通过将深海集矿产生的固液废弃物带回海面加工处理，不会造成排放污染，相比当前将深海集矿产生的固液废弃物直接排入海底的方式，有效减少对海底环境的污染和影响，在保护环境、节约能源、促进社会效益、防止废物对地球产生过度的消费负担以及减少垃圾的制造和原材料的消耗等方面发挥积极作用。

(2)本发明通过将深海集矿产生的固液废弃物经加工处理后应用于化妆品制备中，有利于节省化妆品公司的原料采集成本，优化海洋产业结构，促进海洋产业绿色发展。

(3)本发明通过利用海洋元素的天然优势，有效保证化妆品的功效，产生高附加值产品，促进化妆品公司的发展。

附图说明

下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是本发明针对深海集矿产生的固液废弃物的处理系统的结构示意图；

图2是图1中筛网分离装置的结构示意图；

图3是实施例2中基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的技术流程图。

具体实施方式

实施例1

一种针对深海集矿产生的固液废弃物的处理系统，如图1所示，包括海底采矿车1、提升单元和加工处理单元。所述海底采矿车1包括位于前部的用于向海底喷射水流的射流喷嘴、用于收集多金属结核和泥水混合物的采集口2、位于采矿车内部的筛网分离装置3。在海底行走的海底采矿车1工作时，所述射流喷嘴向海底喷射水流，对海床进行扰动。在上升水流场的带动下，多金属结核及泥水被收集到所述采集口2，完成采集工作。

如图2所示，所述筛网分离装置3包括用于将多金属结核和泥水分离的筛网4、带孔传送带5、角度可调的多个喷洒头6及泥水出口7。所述筛网4向下倾斜设置，所述筛网4的较高的一端与所述采集口2相连通，所述筛网4的较低的一端与带孔传送带5连接。所述筛网4上具有多个筛孔，所述带孔传送带5上具有多个微孔。在本实施例中，所述筛网分离装置3近似呈方体，所述喷洒头6设在筛网分离装置3的内顶壁上，所述筛网4的较高的一端与筛网分离装置3的一内侧壁的上部连接，所述泥水出口7设于筛网分离装置3的底壁上。

海底采矿车1采集到的物质由采集口2进入到筛网4上，泥水通过筛网4上的筛孔流至筛网分离装置3的内底部，而多金属结核则从筛网4上滚动至带孔传送带5上，喷洒头6喷射海水对多金属结核进行冲洗，将包裹在多金属结核表面的泥冲洗掉，之后多金属结核被收集。当筛网4出现流通不畅的情况时，可以调节喷洒头6的角度，对筛网4进行冲洗，防止筛网4上的筛孔堵塞。

所述提升单元包括抽吸泵及多个中转站8，在本实施例中，所述中转站8有三个。所述中转站8上设有控制泥水输进的输进开关和控制泥水输出的输出开关，所述中转站8的入口与所述泥水出口7相连通。工作时，关闭所有中转站的输出开关，多个中转站中只有一个中转站的输进开关打开，其余中转站的输进开关关闭；当输进开关打开的中转站达到满量时，则关闭其输进开关，打开其输出开关，同时打开其余中转站中的某一个中转站的输进开关，以此类推，有效保证泥水输送的高效和有序。

所述加工处理单元包括泥水储存仓9、多级沉淀池10、海水处理部及沉积物处理部，在一些实施例中，所述多级沉淀池10、海水处理部及沉积物处理部位于陆地上，所述泥水储存仓9在海面上收集泥水，待集满泥水后，将泥水运至陆地上进行后续加工。所述多级沉淀池包括泥水入口、位于底部的沉积物出口11及位于中上部的海水出口12，所述沉积物处理部包括用于将硅质软泥和其他沉积物分离的沉降槽13和用于进行硅质软泥分级的振动筛14，所述海水处理部包括多级物理过滤装置15和反渗透装置16。所述泥水入口与所述泥水储存仓9的出口连接，所述沉积物出口11与所述沉降槽13的入口连接，所述沉降槽13的硅质软泥出口与所述振动筛14连接，所述海水出口12与所述多级物理过滤装置15的入口连通，所述多级物理过滤装置15的出口与反渗透装置16连通。

所述中转站8中的泥水提升至位于密闭且低温高压的泥水储存仓9中，然后将泥水储存仓9运至陆地上，对泥水进行加工处理，具体过程为：将所述泥水储存仓9中的泥水首先经过多级沉淀池10，将沉积物与海水分离。分离后的沉积物从沉积物出口11排入沉降槽13中，利用沉降槽13将硅质软泥与其他沉积物进行分离，由于硅质软泥的密度低于其他沉积物，因此，由于重力作用，硅质软泥留在沉降槽13的上部；之后硅质软泥经振动筛14分级处理。分离后的海水进入多级物理过滤装置15去除海水中的悬浮物、胶体、微生物等杂质，再进入反渗透装置16，利用反渗透技术降低海水中的含盐量，使其达到化妆品的用水标准。

实施例2

一种基于深海集矿系统的固液废弃物制备化妆品原料的方法，采用实施例1所述的针对深海集矿产生的固液废弃物的处理系统，参照图3，包括以下步骤：

S1、矿泥分离；

利用海底采矿车1的筛网分离装置3将采集的多金属结核与泥水进行分离，将分离后的泥水经中转站8输送至泥水储存仓9。

S2、泥水分离；

利用多级沉淀池10使泥水中的固体颗粒逐级沉降，将泥水中的海水和沉积物固体颗粒分离。

S3、海水多级加工；

将步骤S2中分离的海水先经多级物理过滤装置15进行多级物理过滤去除海水中的悬浮物、胶体、微生物等杂质，再经反渗透装置16降低海水中的含盐量，从而达到化妆品用水标准。经过除杂、脱盐处理后的海水，还最大程度上保留了深层海水中钠、钾、钙、溴和碘等几十种矿物质及微量元素；与化妆品中加入的去离子水相比，深层海水具有自身是小分子水的特性以及含有均衡矿物质的优势。

经过多级加工后的海水，能够应用于肌肤护理产品中。因为所述海水为海洋深层水，海洋深层水具备均衡的矿物质，能够让角质层长时间保持最完美的水分比例，所含成分也可有效补充肌肤蛋白、恢复肌肤弹性、促进细胞新陈代谢，进而提升肌肤本身的自然治愈力以及肌肤锁水等功能。除此之外，因为深层海水自身是小分子水的特性，能够更容易地穿过皮肤的屏障层，进入皮肤内部。水是肌肤之本，日常护肤的化妆品中70％～80％含量都是水。从洁面乳、化妆水、精华液、眼霜、面霜，到防晒霜、粉底液、BB霜等，其成分表排在第一位的基本都是“水”。选择用深层海水代替去离子水作为化妆品的原料，可增强化妆品的保湿性、渗透性以及舒缓性等多种功能。

S4、沉积物固体颗粒处理；

将步骤S2中分离的沉积物固体颗粒利用沉降槽13将硅质软泥分离出来，再利用振动筛14对硅质软泥进行颗粒分级，所述颗粒分级以0.0625mm粒径为界限，将硅质软泥划分为粗颗粒和细颗粒。

所述硅质软泥因粒径不同所含有的主要组分也不同，其中所述细颗粒中轻稀土元素(La，Ce，Pr，Nd，Sm)相对富集，所述粗颗粒中二氧化硅含量高。

所述细颗粒中铈元素(Ce)的平均含量为87.12μg/g，高于陆地矿石中铈元素的平均含量(66.5μg/g)，可以提高铈元素的提取效率。

所述粗颗粒中二氧化硅含量可达到68％以上，含有少量的Al

S5、粗颗粒处理；

首先用清水冲洗掉污垢和杂质，干燥后进行紫外线消毒以杀死存在的病毒和细菌，再对其研磨使其颗粒大小在10-100纳米的范围内。

经过处理后含有二氧化硅的粗颗粒变得更加均匀和细小，这样可以增加其表面积，提高二氧化硅的吸附能力和稳定性，使其更适合用于化妆品中。此外，细小的颗粒还可以更容易地被皮肤吸收和利用，提高化妆品的效果。

此外，纳米二氧化硅具有反射紫外能力强、吸附力强以及稳定性好等特性，可用于防晒产品和清洁产品中；在防晒产品中以往多使用有机化合物为紫外线吸收剂，但是为了尽可能保护皮肤不接触紫外线会提高添加量，从而会增加发生皮肤癌以及化学性过敏的可能性。而二氧化硅为无机成分，无毒、无味，不存在上述问题，被紫外线照射后不分解，不变色，也不会与配方中其它组分起化学反应，这些突出特点为防晒化妆品的升级换代奠定了良好的基础。经过研磨的粗颗粒还可以加入到清洁面膜、洁面乳等清洁产品中，由于二氧化硅具有很强的吸附能力，可以吸附皮肤表面的油脂和污垢，使皮肤清爽干净；Al

S6、细颗粒处理；

采用稀土分离纯化技术从细颗粒中分离、提纯出氧化铈颗粒，然后对氧化铈颗粒进行细化，细化后氧化铈颗粒的粒径在70纳米以下，从而使氧化铈颗粒分散好，稳定性增加，有较好的紫外屏蔽性能。但是因为细化后的纳米级氧化铈具有较强的氧化和催化活性，限制了在化妆品产业中的应用，需降低氧化铈的催化和氧化能力，以此保证其在化妆品配方应用中的稳定性。

具体的，通过掺杂钙离子可降低氧化铈的氧化催化活性，但不够到达稳定性的要求。进一步在掺杂钙离子的氧化铈表面覆盖一层二氧化硅薄膜，从而达到降低氧化催化活性的要求。在此可以直接利用步骤S5中粗颗粒处理后的二氧化硅颗粒作为覆盖的原料。

经过分离、提纯并降低氧化催化活性处理后的纳米级氧化铈，再应用至产品中，可保证其功能属性稳定发挥。氧化铈和二氧化钛一样都具有很强的抗紫外能力，但是氧化铈更为安全，用氧化铈代替二氧化钛应用于彩妆、底妆和物理防晒产品中，可解决部分防晒剂对人体存在致癌风险的问题。此外，氧化铈作为皮肤调理剂使用，可应用到抗老产品中，对肌肤抗氧化、清除自由基及提升产品使用功效等都具有明显效果。

本发明通过将深海集矿产生的固液废弃物带回海面加工处理，一方面，不会造成排放污染，相比当前将深海集矿产生的固液废弃物直接排入海底的方式，有效减少对海底环境的污染和影响，在保护环境、节约能源、促进社会效益、防止废物对地球产生过度的消费负担以及减少垃圾的制造和原材料的消耗等方面发挥积极作用。另一方面，变废为宝，将加工处理后的固液废弃物应用于制备化妆品原料，有利于节省化妆品公司的原料采集成本，有利于优化海洋产业结构，促进海洋产业绿色发展。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。