TW202235791A

TW202235791A - 混和式礦物乾燥系統及方法

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Publication number: TW202235791A
Application number: TW110108908A
Authority: TW
Inventors: 許弘竣
Original assignee: 奔力科技有限公司
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-16
Also published as: TWI799811B

Abstract

混和式礦物乾燥系統包括一旋爐裝置、一微波裝置以及一入料裝置。旋爐裝置包括一爐體以及一熱氣流產生組件，爐體繞一軸線旋轉且爐體的爐壁圍繞形成一容置空間，熱氣流產生組件對該容置空間進行加熱。微波裝置，包括一微波產生器以及一承載件，承載件的壁形成一承載空間微波產生器朝向承載空間發射微波。入料裝置接受礦物，並將礦物輸送至旋爐裝置，並使該礦物進入容置空間。礦物在旋爐裝置的該容置空間由熱氣流產生組件加熱一第一時間後，輸送至微波裝置並承載於承載件的承載空間，微波發射器對礦物發出微波一第二時間。

Description

混和式礦物乾燥系統及方法

本發明係有關於礦物乾燥的技術領域，特別是有關於一種除去礦物中的水分而增加礦物本體純度的混和式礦物乾燥系統及方法。

以煤炭為例，煤炭的採集大多是先行從礦脈中採挖煤炭，然後將採挖後的煤炭送至煤炭處理的單位或工廠，除去附著在煤炭上的土石，然後再除去煤炭中的水分，才能成為煤炭產品供燃煤的設備使用，而根據煤炭種類不同，水分可高達45%以上。

現有的煤炭除水設備是以外部加熱的方式，比如曝曬、烘烤等方式對煤炭加熱除水。但煤炭中的水分組成，包括在地質環境中以物理方式吸附地層中水分而附著於煤炭顆粒外部的水分，另外尚有煤炭本身成分中與礦物質結合的化合結晶水。現有的除水方法是以外部直接加熱煤炭原礦，使水分蒸發，達到除水的目的。

但是現有的除水方法只能除去附著於礦物的外部或滲入礦物結構的水分，無法消除煤炭本身的結晶水，因此煤炭產品還是含有一定的水分，這將導致煤炭在燃燒時必須先耗費能量消除結晶水，使得鍋爐燃燒的熱值無法提升，熱效率降低，而且於燃燒時容易因燃燒不完全產生微粒及有害成分的氣體。

又以鋁礬土、紅土鎳礦、鐵礦等有色金屬礦物為例，根據種類及產地不同，多半亦含有20~40%不等的水分，其中包含外部吸附水分和內部的結晶水。礦土水分越高，亦將提高後續純化程序的難度與費用，致使經濟效益變低。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種混和式礦物乾燥系統及方法，除了可以除去附著於煤炭的外部或滲入煤炭結構的水分，也可以除去煤炭成分中的結晶水，藉此增加煤炭的純度，增加燃燒的熱效率，提高煤炭的等級。

為了達到本發明的上述目的，本發明的混和式礦物乾燥系統的一實施例包括一入料裝置、一旋窯裝置以及一微波裝置。入料裝置接受該礦物，將其破碎並將該礦物輸送至該旋爐裝置，並使該礦物進入該容置空間。該礦物在該旋爐裝置的該容置空間由該熱氣流產生組件加熱一第一時間後，輸送至該微波裝置並承載於該承載件的該承載空間，該微波發射器對該礦物發出微波一第二時間。旋爐裝置包括一爐體以及一熱氣流產生組件，該爐體繞一軸線旋轉且該爐體的爐壁圍繞形成一容置空間，該熱氣流產生組件對該容置空間進行加熱。微波裝置包括一微波產生器、一承載件、一導引擴散罩體以及一對擋板，承載件的壁形成一承載空間，微波產生器朝向承載空間發射微波，導引擴散罩體連接於微波產生器的發射口且對準承載件，微波產生器產生的微波經由導引擴散罩體導引至承載件，該微波由該等擋板反射而朝該承載空間的中心行進，並藉由微波共振於承載空間形成類似凝聚集中的微波電磁場。

為了達到本發明的上述目的，本發明的礦物乾燥方法的一實施例包括：對一礦物的原土以一入料裝置進行破碎而形成礦物顆粒；將該礦物顆粒輸送至一旋爐裝置進行加熱一第一時間；再將該旋爐裝置加熱後的該礦物顆粒輸送至一微波裝置，該微波裝置對該礦物顆粒發射微波一第二時間，該礦物顆粒經微波乾燥後形成一礦物產品。

本發明的混和式礦物乾燥系統和礦物乾燥方法除了以旋爐裝置加熱礦物，另外還藉由微波裝置對礦物發射微波，藉由微波可以使礦物中的外部水分子及結晶水分子旋轉並與周圍物質摩擦後發熱，達到水的蒸氣壓而揮發，此系統和方法可同時除去礦物外部的水分子及結晶水分子，比現有的除水技術更加地降低礦物的含水量，進而提高礦物的純度。

10:旋爐裝置

11:爐體

12:熱氣流產生組件

13:第一抽氣件

20:微波裝置

21:微波產生器

22:承載件

23:攪拌件

24:導引擴散罩體

25:第二抽氣件

26:爐體

27:擋板

30:入料裝置

31:輸送帶

40:收集裝置

111:入料口

112:出料口

221:承載件本體

222:底壁

223:側壁

224:滾輪

231:軸體

232:葉片

241:第一開口

242:第二開口

L1:軸線

L2:傳送方向

M:微波

S1:容置空間

S2:承載空間

A1~A5:步驟

θ 1:入射角

θ 2:反射角

N:法線

第1圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的一實施例的示意圖。

第2圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的一實施例的配置示意圖。

第3圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的微波裝置的一實施例的示意圖。

第4圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的微波裝置的一實施例的立體圖。

第5圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的微波裝置的一實施例的前視圖。

第6圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的微波裝置的一實施例的側視圖。

第7圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的微波裝置的承載件的剖視圖。

第8圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的方塊圖。

第9圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的一實施例的示意圖。

第10圖為本發明的混和式礦物乾燥系統的礦物乾燥效率的示意圖。

第11圖為本發明的混和式礦物乾燥系統對煤炭原礦除水後的數據圖。

第12圖為本發明的混和式礦物乾燥系統、傳統旋爐加熱與單純微波加熱比較的曲線圖。

第13圖為使用本發明的混和式礦物乾燥系統對印尼煤礦除水後數據圖。

第14圖為使用本發明的混和式礦物乾燥系統與傳統旋爐加熱分別對印尼煤礦除水後數據圖。

請參閱第1圖及第2圖，其表示本發明的混和式礦物乾燥系統的一實施例。本實施例的混和式礦物乾燥系統包括一入料裝置30、旋爐裝置10以及一微波裝置20。礦物的原石經由破碎機(內含為入料裝置30之一)破碎成較小的顆粒後，輸送至入料裝置30，入料裝置30包括一輸送帶31，礦物顆粒放入入料裝置30後，經由輸送帶31傳送至旋爐裝置10進行加熱，本實施例的旋爐裝置10是以熱氣流貫注於旋爐裝置10中對傳送至旋爐裝置10礦物顆粒，使礦物的水分蒸發後進行除水。礦物顆粒從旋爐裝置10傳送至微波裝置20，微波裝置20對礦物顆粒照射微波，除去附著在礦物外部的水分及結晶水。

旋爐裝置10包括一爐體11以及一熱氣流產生組件12，該爐體11繞一軸線L1旋轉且該爐體11的爐壁圍繞形成一容置空間S1，熱氣流產生組件12對該容置空間S1進行加熱。本實施例的爐體11呈傾斜設置，爐體11的入料口111高於爐體11的出料口112，礦物顆粒從入料口111進入爐體11的容置空間S1後，爐體11繞軸線L1旋轉且熱氣流產生組件12將熱氣流灌注於爐體11的容置空間S1內，對礦物顆粒進行加熱一第一時間。本實施例的第一時間為150秒，即礦物顆粒在旋爐裝置10中以熱氣流加熱150秒。

熱氣流產生組件12包括一燃燒件以及一氣流產生件，燃燒件以燃燒燃料(例如燃燒天然氣或燃油)產生火焰以加熱空氣，氣流產生件(例如鼓風機)使加熱後的空氣形成一熱氣流，並將熱氣流輸送至爐體11的容置空間S1。本實施例的熱氣流的溫度為300℃至700℃。礦物顆粒經過熱氣流加熱後溫度可以達到70℃至150℃。附著在礦物外部或滲入結構中的水分經由熱氣流的加熱而揮發，藉此除去大部分附著在礦物外部或滲入結構中的水分。

旋爐裝置10更包括一第一抽氣件13，第一抽氣件13設置於爐體11的入料口111，礦物顆粒被熱氣流加熱後產生水蒸氣和其他氣體(例如含物中的揮發氣體及燃燒過程中產生之CO，CO₂等)，第一抽氣件13將容置空間S1中的水蒸氣和其他氣體抽離旋爐裝置10。本實施例的第一抽氣件13為風扇。

請參閱第3圖、第4圖、第5圖、第6圖及第7圖，其表示本發明的微波裝置的一實施例。本實施例的微波裝置20包括一微波產生器21、一承載件22、一攪拌件23、一導引擴散罩體24、一爐體26以及一對擋板27。微波產生器21、承載件22、攪拌件23、導引擴散罩體24和擋板27設置在爐體26中。承載件22的壁形成一承載空間S2，微波產生器21朝向承載空間S2發射微波。礦物顆粒在旋爐裝置10加熱後傳送至微波裝置20，微波發射器對該礦物發出微波一第二時間。本實施例的第二時間為90秒，即微波產生器21對礦物顆粒持續發射微波90秒的時間。

如第3圖、第4圖及第7圖所示，微波裝置20的承載件22包括一承載件本體221，承載件本體221包括一底壁222以及兩側壁223，該等側壁223分別連接於底壁222的相對兩側，且分別與底壁222形成一角度，該角度係大於90度，藉此微波產生器21所發射的微波由該等側壁223反射而朝承載空間S2的中心行進，形成微波集中效應。當礦物顆粒被輸送至承載件22中，並承載於承載件本體221中，微波產生器21所發射的微波部分直接照射至礦物顆粒，另一部分的微波M可由側壁223或擋板27反射後朝承載空間 S2行進並照射至礦物顆粒；又或者當微波M由垂直底壁222的方向照射於側壁223並反射後朝承載空間S2行進時，法線N垂直於側壁223，微波M照射於側壁223的方向與法線N的夾角為一入射角θ 1，而微波M由側壁223反射後朝承載空間S2行進的方向與法線N的夾角為一反射角θ 2，該入射角θ 1等於該反射角θ 2。

如第4圖及第6圖所示，微波裝置20包括複數個該微波產生器21，該等微波產生器21沿一傳送方向L2排列設置，承載件本體221藉由設置於承載件本體221下方的滾輪224驅動而沿傳送方向L2相對於微波產生器21移動。礦物顆粒在微波產生器21下方移動時，受到微波的照射，而且由於承載件22的U字形的結構，微波藉由共振形成類似集中凝聚的電磁場域(condendsed field)。

在另一實施例中，微波裝置20包括複數個承載件22以及一環狀軌道，每個該等承載件22更包括至少一對滾輪224，當該等承載件22沿該傳送方向移動L2時，該等承載件22係兩兩相接而在該環狀軌道的一側形成該承載空間S2。

如第4圖所示，微波裝置20包括更包括一攪拌件23，設置於承載空間S2，攪拌件23包括一軸體231以及複數個葉片232，該等葉片232安裝於該軸體231，該軸體231旋轉使該等葉片232翻動輸送至承載空間S2的礦物顆粒。

如第3圖、第4圖、第5圖、第6圖及第7圖所示，微波裝置20更包括一導引擴散罩體24，導引擴散罩體24連接於微波產生器21的發射口且對準承載件22，微波產生器21產生的微波經由導引擴散罩體24導引至承載件22。導引擴散罩體24的兩端分別具有第一開口241和第二開口242，第一開口241與第二開口242相對設置且相互對準，第二開口242的面積大於第一開口241的面積，第一開口241連接於微波產生器21，第二開口242對準承載件本體221。微波產生器21發射的微波由導引擴散罩體24反射導引而到達承載件本體221。

微波產生器21發射的微波由該等擋板27反射而朝該承載空間S2的中心行進，擋板27分別與承載件22的底壁222形成一角度，角度係大於90度，該微波產生器21所發射的微波由該等側壁223反射而朝該承載空間S2的中心行進。在本實施例中，擋板27固定在爐體26上。

如第1圖和第2圖所示，微波裝置20更包括一第二抽氣件25，第二抽氣件25將承載空間S2的氣體抽離微波裝置20。礦物顆粒由微波照射後產生的水蒸氣或其他氣體由第二抽氣件25抽離微波裝置20。本實施例的第二抽氣件25為風扇。

如第1圖和第2圖所示，本實施例的混和式礦物乾燥系統更包括一收集裝置40，礦物顆粒在由微波裝置20照射微波後形成一乾燥純化的礦物產品，礦物產品輸送至收集裝置40收集儲存。

請參閱第8圖及第9圖，其表示本發明的礦物乾燥方法。在步驟A1中，礦物的原土進入破碎裝置，接著進入步驟A2。在步驟A2中，對礦物的原土以破碎裝置進行破碎而形成礦物顆粒，接著進入步驟A3。在步驟A3中，將該礦物顆粒輸送至一旋爐裝置進行加熱一第一時間，旋爐裝置以一熱氣流產生組件對該礦物顆粒加熱，加熱溫度為300℃至700℃，礦物顆粒由旋爐裝置加熱後的溫度為70℃至150℃。接著進入步驟A4。在步驟 A4中，將旋爐裝置加熱後的礦物顆粒輸送至一微波裝置，微波裝置對礦物顆粒發射微波一第二時間，接著進入步驟A5。在步驟A5中，礦物顆粒經微波後形成一礦物產品。

本發明的混和式礦物乾燥系統，藉由設置微波裝置20，可以在短時間內去除大量的水分，如第10圖所示，以傳統旋爐加熱方式需要900秒(15分鐘)的時間所除去的水量，以本發明的混和式礦物乾燥系統只需要90秒的時間即可除去相同的水量。

如第11圖所示，以煤炭為例，煤炭原礦的外部水分含量是19.23%，內部結晶水的含量是11.91%，以本發明的混和式礦物乾燥系統除水後，外部水分可以全部去除，內水可以降低至6.83%。藉由除水，可以讓煤炭產品的熱值由原礦的4307kcal/kg提高至5911kcal/kg。

如第12圖所示，表示傳統旋爐加熱方式、單純微波加熱方式，與本發明的混合式礦物乾燥系統，其加熱時間與水分變化的比較。由曲線圖中能理解，傳統旋爐加熱方式需要900秒(15分鐘)的時間所除去的水量，而本發明的混合式礦物乾燥系統相對於傳統旋爐加熱方式與單純微波加熱方式相比下，本發明的混合式礦物乾燥系統僅需較短的時間內即可除去相同的水量。

如第13圖所示，印尼煤礦ICI 4及印尼煤礦ICI 3表示本發明的混和式礦物乾燥系統藉由除去煤炭的水分，可以提高熱值，而且大量地消除內水。例如本發明的混和式礦物乾燥系統用於以下兩種不同煤炭，分別使內水的重量分率由18.07%降低至11.2%，以及由14.81%降低至8.2%。

如第14圖所示，在大氣環境下，傳統旋爐加熱方式對於印尼煤礦ICI 4及印尼煤礦ICI 3這兩種煤炭除水後的起始含水率在一週後統計回潮後含水率，在印尼煤礦ICI 4的部分由含水率12.4%回潮至17.3%，回潮率約4.9%，在印尼煤礦ICI 3的部分由含水率6.7%回潮至15.5%，回潮率約8.8%。而本發明的混和式礦物乾燥系統對於印尼煤礦ICI 4及印尼煤礦ICI 3這兩種煤炭除水後的起始含水率在一週後統計回潮後含水率，在印尼煤礦ICI 4的部分由含水率12.7%回潮至14.7%，回潮率約2%，在印尼煤礦ICI 3的部分由含水率7.2%回潮至10.5%，回潮率約3.3%。可以看出本發明的混和式礦物乾燥系統的回潮率相對較低，主因為內水的有效去除，將使礦物的回潮後含水率下降。

本發明的混和式礦物乾燥系統和礦物乾燥方法除了以旋爐裝置加熱礦物，另外還藉由微波裝置對礦物發射微波，藉由微波可以使礦物外部的水分子及結晶水分子旋轉並與周圍的物質摩擦後發熱而揮發，同時除去礦物外部的水分子及結晶水分子，比現有的除水技術更加地提升礦物的除水量，進而提高礦物的純度，本發明的混和式礦物乾燥系統對礦物乾燥具有較傳統熱風或微波乾燥更有效率之乾燥能力。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外，本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本創作之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。