TWM615393U - 礦物除水設備 - Google Patents

Abstract

一種礦物除水設備。其係利用微波混料裝置產生微波後照射至礦物，降低礦土的黏性，並使礦物進一步細化，使礦物的結構鬆散化，一方面使礦土的總表面積增加，另一方面弱化礦土對水分的保持力，使得在後續旋轉爐加熱的過程中，礦物的受熱面積增加，而且水分容易脫離礦土，使得礦物中的水分容易蒸發，而大幅地降低含水量，礦物的含水量可從30%至35%的範圍降低至12%至17%的範圍。

Description

礦物除水設備

本創作係有關於一種礦物處理的技術領域，特別是有關於一種礦物除水設備。

各種金屬的提煉大多是先行從礦脈中採挖礦石或礦砂，然後將礦石或礦砂運送至提煉的單位或工廠，然後提煉出金屬，例如鐵礦、鋁礦或鎳礦等。對於一些含水量較高的礦土，例如紅土型鋁土礦及鎳土礦等，現有的處理方式是直接將礦土運送至目的地的提煉的單位或工廠，在提煉的單位或工廠先進行去除水分後，再進入提煉的製程。

這種現有的處理方式，使得高含水量的礦土從礦產地運送至提煉工廠，因而增加運送的重量，同時對於相同容積的貨船或貨車而言，每次所能運送的礦土的容積減少，造成運送的成本增加，而且提煉工廠需建置除水設備，也同時造成提煉工廠建置成本的增加及製程的複雜化。

另外，現有的礦土除水設備是以加熱的方式對礦土加熱除水，由於礦土含有黏土等黏度較高的物質，直接加熱的方式在既定的時間內能夠去除的含水量有限。

有鑑於此，本創作的目的在於提供一種礦物除水設備。礦物可用礦物粉碎裝置先行切碎後，再利用微波混料裝置降低礦物的黏性，並且再進一步細化礦物的粒徑，最後進入旋轉爐加熱，大幅地降低含水量。

本創作的礦物除水設備的一實施例包括一礦物粉碎裝置、一第一微波混料裝置以及一旋轉爐。礦物粉碎裝置包括粉碎件，該粉碎件切碎該礦物，使該礦物進入該礦物粉碎裝置前的粒徑大於該礦物離開該礦物粉碎裝置後的粒徑。第一微波混料裝置包括一第一微波腔體、第一輸送件以及複數個第一微波產生件，該等第一微波產生件產生微波並發射至該第一微波腔體內，該第一輸送件設置於該第一微波腔體中，並將該礦物從該第一微波腔體的進料口傳送至出料口。旋轉爐包括一旋轉爐體以及一加熱器，該礦物進入該旋轉爐體並隨著旋轉爐體旋轉，該加熱器對位於該旋轉爐體的內部的該礦物加熱。該礦物依序通過該礦物粉碎裝置、該第一微波混料裝置以及該旋轉爐，且該礦物的含水量從30%至35%的範圍降低至12%至17%的範圍。

本創作的礦物除水設備，其係利用微波混料裝置產生微波後照射至礦物，降低礦土的黏性，並使礦物進一步細化，使礦物的結構鬆散化，一方面使礦土的總表面積增加，另一方面弱化礦土對水分的保持力，使得在後續旋轉爐加熱的過程中，礦物的受熱面積增加，而且水分容易脫離礦土，使得礦物中的水分容易蒸發，而大幅地降低含水量。

請參閱第1圖、第2圖、第3圖及第4圖，其表示本創作的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的一實施例。本創作的微波混料裝置10包括一微波腔體11、複數個微波產生件12以及一輸送件13。

微波腔體11為一空心腔體，其具有一進料口111以及一出料口112。進料口111與出料口112分別設置在微波腔體11的相對兩端。進料口111具有一進料斗113，進料斗113朝向上方直立，礦物藉由進料斗113的導引通過進料口111進入微波腔體11中。出料口112朝向微波腔體11的下方，微波處理後的礦物從出料口112離開微波腔體11。此處所稱的「上方」係指離開地面的方向，而「下方」係指朝向地面的方向。

如第1圖及第2圖所示，微波產生件12插置於微波腔體11的外殼，每個微波產生件12具有一微波發射端，微波發射端位於該微波腔體11內，微波發射端發出微波，微波照射至輸送至微波腔體11中的礦物，而且由於本實施例的微波腔體11為金屬製成，因此微波可由微波腔體11不斷地反射而反覆地照射至礦物。在本實施例中，微波腔體11為多邊形的腔體，如第1圖所示，微波腔體11由十二個矩形的金屬板件沿一外接的圓柱面兩兩相接排列而形成筒狀的結構，上半部(180度)的六個矩形金屬板中，每個矩形的金屬板件上設有兩列孔位，因此總共有12列的孔位，每個孔位設置一個微波產生件12。在本實施例中，微波產生件12為磁控管(magnetron)。磁控管具有中心陰極、環繞中心陰極的陽極以及設置在陰極與陽極軸向兩端的磁鐵，在陰極及陽極之間施加高電壓，而且對陰極加熱，使熱電子游離並在陰極與陽極之間的電場空間中移動，再搭配兩端的磁鐵所產生的磁場，在陰極與陽極之間的共振腔中產生微波，產生的微波經由微波發射端的天線發射至微波腔體11中。由於磁控管需要高電壓，因此在微波腔體11的外部兩側設置多個變壓裝置16，將市電的電壓(110V或220V)轉換成磁控管所需要的高電壓(4000V)。

如第4圖所示，輸送件13設置在微波腔體11中，本實施例的輸送件13為螺旋裝置，其包括一軸體131以及螺旋板132，螺旋板132沿著軸體131的軸向設置。軸體131的兩端分別由軸承B可旋轉地支持。同時請參閱第1圖及第3圖，軸體131的一端連接於一驅動裝置17，驅動裝置17驅動軸體131旋轉而使螺旋板132旋轉。在本實施例中，驅動裝置17為電動馬達。驅動裝置17的輸出軸經由聯軸器連接於軸體131，藉此使驅動裝置17得以驅動軸體131旋轉。

請參閱第4圖及第6圖，在微波腔體11靠近的出料口112的一端設有多個進氣口115，而在微波腔體11靠近進料斗113的一端設有排氣口116，在進氣口115設有多個氣流產生件117，在本實施例中，氣流產生件117為風扇，風扇轉動驅動空氣進入微波腔體11而在微波腔體11中產生氣流，氣流從排氣口116排出。

如第1圖、第2圖及第3圖所示，微波腔體11、微波產生件12、輸送件13、變壓裝置16及驅動裝置17設置在一基座18上。基座18包括一支撐架181、多個承載板182以及一工作梯183。如第3圖所示，為了使礦物在微波腔體11中的輸送更為順暢，支撐架181設置成與地面具有一傾斜角，從進料口111至出料口112朝下方傾斜。如此除了輸送件13推送礦物從進料口111朝出料口112前進之外，礦物也可利用傾斜的支撐架181藉由重力作用從進料口111朝出料口112輸送。如第1圖及第2圖所示，承載板182設置在微波腔體11與變壓裝置16之間以及驅動裝置17的兩側，工作梯183架設在支撐架181的一側，操作人員可經由工作梯183攀爬至承載板182，進行維修或操作。

如第5圖所示，礦物料粒投入進料斗113之後，藉由進料斗113的導引而經由進料口111進入微波腔體11，設置在微波腔體11中的輸送件13推送礦物料粒沿軸向前進，此時微波產生件12產生微波並且使微波發射至微波腔體11中而照射在礦物料粒。藉由微波使礦物料粒中的水分子旋轉而使礦物分子產生振盪，藉此升高礦物料粒的溫度。隨著溫度升高，部分的水以及礦物料粒的粉塵等上升而懸浮在微波腔體11中，氣流產生件117在微波腔體11中產生的氣流將水氣及粉塵等經由排氣口116排出。礦物料粒經由微波照射後，礦物料粒不僅會降低含水量，而且會使礦物料粒的結構變得更為鬆散，降低礦物料粒的黏滯性，而且使礦物料粒裂解為粒徑更小的料粒。

如第7圖所示，本實施例的微波產生件12為磁控管，其係使用水冷式系統19對磁控管的陽極進行冷卻。水冷式系統19包括一進水管191以及一排水管192，進水管191及排水管192設置多個副管193，每個副管193設置一閥體194並經由一軟管195連接於微波產生件12，微波產生件12的陽極上環繞一水套，冷卻水從進水管191經由副管193、閥體194及軟管195通過水套，並吸收陽極產生的熱後，溫度升高的冷卻水經由軟管195、閥體194以及副管193進入排水管192。

第8圖表示本創作的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的另一實施例。在本實施例中，微波產生件12在微波腔體11上係彼此交錯排列，第9圖為本實施例的微波腔體11的溫度與進料口111的距離的曲線圖。從

第9圖表示本創作的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的又另一實施例。在本實施例中，微波產生件12在靠近微波腔體11頂部的矩形金屬板件上排列得較為緊密(間距較小)，而微波產生件12在靠近微波腔體11底部的矩形金屬板件上排列得較為疏散(間距較大)。

請參閱第10圖、第11圖、第14圖、第15圖，其為本創作的礦物除水設備的一實施例。本創作的礦物除水設備100包括一礦物粉碎裝置20、一第一微波混料裝置30以及一旋轉爐40。本實施例的礦物除水設備適用於高黏性且高含水率的礦土(紅土型鋁土礦、鎳土礦)。從礦場挖掘出的礦物其含水量為30%至35%。

礦物輸送至礦物粉碎裝置20，礦物粉碎裝置20包括粉碎件，粉碎件切碎礦物，使得礦物進入礦物粉碎裝置20前的粒徑大於礦物離開礦物粉碎裝置20後的粒徑。在本實施例中，礦物粉碎裝置20為破碎機，可以為單軸、雙軸或四軸破碎機。礦物經過礦物粉碎裝置20切碎後，形成粒徑小於20公分的料粒，並均勻出料輸送至第一微波混料裝置30。

第一微波混料裝置30可以是如第1圖至第9圖所示之微波混料裝置。第一微波混料裝置30包括一第一微波腔體(如前述之微波腔體11)、第一輸送件(如前述之輸送件13)以及複數個第一微波產生件(如前述之微波產生件12)，該等第一微波產生件產生微波並發射至第一微波腔體內，第一微波混料裝置的輸出功率為100仟瓦至140仟瓦的範圍內。第一輸送件設置於第一微波腔體中，並將礦物從第一微波腔體的進料口傳送至出料口。第一微波混料裝置30為礦物通過第一微波混料裝置30，可以藉由微波升高礦物的溫度而移除部分的水分，使含水量略降低為31%，打斷結晶水的鍵結而破壞礦物的黏性，使礦土中的有機質分解不再相互交纏，並且使礦物的粒徑縮小，礦物在經由第一微波混料裝置30輸出時形成粒徑小於4公分的料粒。

如第11圖及第13圖所示，旋轉爐40包括一旋轉爐體41以及一加熱器42，礦物進入旋轉爐體41並隨著旋轉爐體41旋轉，加熱器42對位於旋轉爐體41的內部的礦物加熱。旋轉爐體41下方具有滾輪43，滾輪43由馬達驅動旋轉，旋轉爐體41由滾輪43支持並隨著滾輪43旋轉。滾輪43設置在一基座44上，基座44設置成相對於地面具有一傾斜角，使得礦物可以藉由重力在旋轉爐體41中移動而達到輸送的作用。旋轉爐體41的進料口411相對於地面的高度大於旋轉爐體41的出料口412相對於地面的高度。加熱器42為一柴油燃燒機，設置在旋轉爐體41的末端，加熱器在旋轉爐體41中產生火焰並對旋轉爐體41中移動的礦物以進行加熱至430 ^oC至470 ^oC的溫度範圍內，以去除礦物的水分，使礦物經過旋轉爐體41後形成含水量為12%至17%範圍內且礦物粒徑為小於1.5公分的料粒。第12圖可以看出在旋轉爐體41中間部分的溫度最高，超過攝氏700度，進料口411與出料口412處的溫度最低，在攝氏200度至300度之間。

如第10圖及第14圖所示，本創作的礦物除水設備100還包括第二微波混料裝置50，由第一微波混料裝置30處理後的礦物料粒輸送至第二微波混料裝置50，第二微波混料裝置50可以是如第1圖至第11圖所示之微波混料裝置。第二微波混料裝置50包括第二微波腔體(如前述之微波腔體11)、第二輸送件(如前述之輸送件13)以及複數個第二微波產生件(如前述之微波產生件12)，該等第二微波產生件產生微波並發射至第二微波腔體內，第二微波混料裝置的輸出功率為60仟瓦至100仟瓦的範圍內。第二輸送件設置於第二微波腔體中，並將礦物從第二微波腔體的進料口傳送至出料口。第二微波混料裝置50為礦物通過第二微波混料裝置50，可以藉由微波升高礦物的溫度而再度移除部分的水分，使含水量再略降低為30%，同時打斷結晶水的鍵結而破壞礦物的黏性，並且使礦物的粒徑縮小，礦物在經由第二微波混料裝置50輸出時形成粒徑小於4公分的料粒。礦物經由第二微波混料裝置50照射微波後，輸送至上述的旋轉爐40。

土體水分蒸發速率偶合模型如以下的兩個關係式所示：

其中E _w為 蒸發速率(mm/day)，Δ為飽和蒸汽壓與溫度關係的斜率，R _n為淨輻射(W/m ²)，γ為乾溼表常數(kPa/˚C)，u _w為風速(km/hr)，e _aw為土體表面蒸氣壓(mm-Hg)，A為空氣相對溼度的倒數，B為土體表面相對溼度的倒數。

本創作的礦物除水設備100在各處理階段的裝置對礦物進行處理時，礦物在各階段的含水量的理論值(利用上述的土體水分蒸發速率偶合模型計算出的數據)及實驗值(實際施作時的數據)的比較如下表：

第15圖表示本創作的礦物除水設備100的另一實施例。本實施例與第15圖的實施例具有部分相同的結構，相同的元件給予相同的符號並省略其說明。本實施例與第15圖的實施例的差異在於本實施例更包括一入料裝置60以及一輸送裝置70，礦物由挖土機投入入料裝置60，以避免直接將礦物投入礦物粉碎裝置20而對設備造成衝擊。礦物由入料裝置60輸送至礦物粉碎裝置20。在本實施例中，入料裝置60可以是振動式入料機，輸送裝置70可以是輸送帶，經由旋轉爐40加熱後的礦物經由輸送裝置70輸送至一運輸器具80，例如貨船或貨車。

第16圖表示本創作的礦物除水製程的一實施例。

在步驟S1中，其為原土提供步驟：提供一礦物原土，該礦物原土具有一第一含水量。在本實施例中，礦物原土為具有高黏性且高含水率的礦土(紅土型鋁土礦、鎳土礦)。從礦場挖掘出的礦物其含水量為30%至35%。接著進入步驟S2。

在步驟S2中，其為入料步驟：該礦石原土投入上述入料裝置60，並經由入料裝置60輸送至礦物粉碎裝置20。接著進入步驟S3。

在步驟S3中，其為破碎步驟：將該礦物原土經由上述礦物粉碎裝置20切碎。礦物粉碎裝置20為破碎機，礦物經過礦物粉碎裝置20切碎後，形成粒徑小於20公分的料粒，並均勻出料。接著進入步驟S4。

在步驟S4中，其為第一微波混料步驟：將切碎後的礦物經由一第一微波混料裝置30降低黏度並進一步碎料化，使含水量略降低為31%，打斷結晶水的鍵結而破壞礦物的黏性，並且使礦物的粒徑縮小，礦物在經由第一微波混料裝置30輸出時形成粒徑小於4公分的料粒。接著進入步驟S5。

在步驟S5中，其為第二微波混料步驟：將第一微波步驟處理後的礦物經由上述第二微波混料裝置50降低黏度並進一步碎料化。使含水量再略降低為30%，進一步更破壞礦物的黏性，並且使礦物的粒徑縮小，礦物在經由第二微波混料裝置50輸出時形成粒徑小於4公分的料粒。接著進入步驟S6。

在步驟S6中，其為加熱步驟：將碎化後的礦物經由上述旋轉爐40加熱去除水分且更進一步碎料化而得到一礦物料粒，礦物料粒具有一第二含水量。旋轉爐40的旋轉爐體41旋轉而翻動礦物，同時加熱器42在旋轉爐體41中產生火焰以加熱旋轉爐體41內的礦物以去除水分而得到礦物料粒。第二含水量為12%至17%的範圍。接著進入步驟S7。

在步驟S7中，輸送步驟：該礦物料粒經由上述的輸送裝置70輸送至運輸器具80。

本創作的礦物除水設備及製程，其係利用微波混料裝置產生微波後照射至礦物，降低礦土的黏性，並使礦物進一步細化，使礦物的結構鬆散化，一方面使礦土的總表面積增加，另一方面弱化礦土對水分的保持力，使得在後續旋轉爐加熱的過程中，礦物的受熱面積增加，而且水分容易脫離礦土，使得礦物中的水分容易蒸發，而大幅地降低含水量。

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。

10:微波混料裝置 11:微波腔體 12:微波產生件 13:輸送件 16:變壓裝置 17:驅動裝置 18:基座 19:水冷式系統 20:礦物粉碎裝置 30:第一微波混料裝置 40:旋轉爐 41:旋轉爐體 42:加熱器 43:滾輪 44:基座 50:第二微波混料裝置 60:入料裝置 70:輸送裝置 80:運輸器具 100:礦物除水設備 111:進料口 112:出料口 113:進料斗 115:進氣口 116:排氣口 117:氣流產生件 131:軸體 132:螺旋板 181:支撐架 182:承載板 183:工作梯 191:進水管 192:排水管 193:副管 194:閥體 195:軟管 411:進料口 412:出料口 B:軸承

第1圖為本創作的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的一實施例的立體圖。 第2圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的俯視圖。 第3圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的前視圖。 第4圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的剖視圖。 第5圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置對礦物進行微波混料處理的示意圖。 第6圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的後視圖。 第7圖為第1圖的第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的微波產生件的放大圖。 第8圖為第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的另一實施例的剖視圖。 第9圖為第一微波混料裝置或第二微波混料裝置的又另一實施例的剖視圖。 第10圖為本創作的礦物除水設備的一實施例的示意圖。 第11圖為第10圖的礦物除水設備的旋轉爐的一實施例的示意圖。 第12圖為第11圖的旋轉爐的內部與進料口的距離與溫度的曲線圖。 第13圖第10圖的礦物除水設備的旋轉爐對礦物進行加熱處理的示意圖。 第14圖為礦物經由本創作的礦物除水設備的進行除水製程的一實施例的示意圖。 第15圖為礦物經由本創作的礦物除水設備的進行除水製程的另一實施例的示意圖。 第16圖為本創作的礦物除水製程的一實施例的流程圖。

20:礦物粉碎裝置

30:第一微波混料裝置

40:旋轉爐

41:旋轉爐體

411:進料口

412:出料口

42:加熱器

43:滾輪

44:基座

50:第二微波混料裝置

60:入料裝置

70:輸送裝置

100:礦物除水設備

Claims (11)

1. 一種礦物除水設備，用於降低一礦物的含水量，該礦物除水設備(100)包括： 一礦物粉碎裝置(20)，包括粉碎件，該粉碎件切碎該礦物，使該礦物進入該礦物粉碎裝置(20)前的粒徑大於該礦物離開該礦物粉碎裝置(20)後的粒徑； 一第一微波混料裝置(30)，包括一第一微波腔體(11)、一第一輸送件(13)以及複數個第一微波產生件(12)，該等第一微波產生件(12)產生微波並發射至該第一微波腔體(11)內，該第一輸送件(13)設置於該第一微波腔體(11)中，並將該礦物從該第一微波腔體(11)的進料口(111)傳送至出料口(112)； 一旋轉爐(40)，包括一旋轉爐體(41)以及一加熱器(42)，該s礦物進入該旋轉爐體(41)並隨著該旋轉爐體(41)旋轉，該加熱器(42)對位於該旋轉爐體(41)的內部的該礦物加熱； 其中該礦物依序通過該礦物粉碎裝置(20)、該第一微波混料裝置(30)以及該旋轉爐(40)，且該礦物的含水量從30%至35%的範圍降低至12%至17%的範圍。
2. 如請求項1所述之礦物除水設備，其更包括一第二微波混料裝置(50)，其包括一第二微波腔體(11)、一第二輸送件(13)以及複數個第二微波產生件(12)，該等第二微波產生件(12)產生微波並發射至該第二微波腔體(11)內，該第二輸送件(13)設置於該第二微波腔體(11)中，並將該礦物從該將第二微波腔體(11)的進料口(111)傳送至出料口(112)，該礦物依序通過該礦物粉碎裝置(20)、該第一微波混料裝置(30)、該第二微波混料裝置(50)以及該旋轉爐(40)。
3. 如請求項2所述之礦物除水設備，其中該第二微波混料裝置(50)的該第二輸送件(13)為一螺旋件，該螺旋件沿該第二微波腔體(11)的軸向延伸。
4. 如請求項2所述之礦物除水設備，其中該礦物經由該第一微波混料裝置(30)以及該第二微波混料裝置(50)形成粒徑小於4公分的料粒。
5. 如請求項2所述之礦物除水設備，其中該第一微波混料裝置(30)的輸出功率為100仟瓦至140仟瓦的範圍內，該第二微波混料裝置(50)的輸出功率為60仟瓦至100仟瓦的範圍內。
6. 如請求項1所述之礦物除水設備，其中該第一微波混料裝置(30)的該第一輸送件(13)為一螺旋件，該螺旋件沿該第一微波腔體(11)的軸向延伸。
7. 如請求項1所述之礦物除水設備，其中該旋轉爐(40)的該加熱器(42)為燃燒機。
8. 如請求項5所述之礦物除水設備，其中該旋轉爐(40)將該礦物加熱至430 ^oC至470 ^oC的溫度範圍內。
9. 如請求項1所述之礦物除水設備，其中該旋轉爐(40)的該旋轉爐體(41)相對於地面具有一傾斜角，該旋轉爐體(41)的進料口相對於地面的高度大於該旋轉爐體(41)的出料口相對於地面的高度。
10. 如請求項1所述之礦物除水設備，其中該礦物經由該礦物粉碎裝置(20)切碎成粒徑小於20公分的料粒。
11. 如請求項1所述之礦物除水設備，其更包括一入料裝置(60)以及一輸送裝置(70)，該礦物經由該入料裝置(60)輸送至該礦物粉碎裝置(20)，由該旋轉爐(40)加熱後的該礦物經由該輸送裝置(70)輸送至一運輸器具(80) 。

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