矿物除水设备及制程的制作方法

1.本发明有关于一种矿物处理的技术领域，特别是有关于一种矿物除水设备及制程。


背景技术：

2.各种金属的提炼大多是先行从矿脉中采挖矿石或矿砂，然后将矿石或矿砂运送至提炼的单位或工厂，然后提炼出金属，例如铁矿、铝矿或镍矿等。对于一些含水量较高的矿土，例如红土型铝土矿及镍土矿等，现有的处理方式是直接将矿土运送至目的地的提炼的单位或工厂，在提炼的单位或工厂先进行去除水分后，再进入提炼的制程。
3.这种现有的处理方式，使得高含水量的矿土从矿产地运送至提炼工厂，因而增加运送的重量，同时对于相同容积的货船或货车而言，每次所能运送的矿土的容积减少，造成运送的成本增加，而且提炼工厂需建置除水设备，也同时造成提炼工厂建置成本的增加及制程的复杂化。
4.另外，现有的矿土除水设备是以加热的方式对矿土加热除水，由于矿土含有黏土等黏度较高的物质，直接加热的方式在既定的时间内能够去除的含水量有限。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种矿物除水设备及制程，矿物可用矿物粉碎装置先行切碎后，再利用微波混料装置降低矿物的黏性，并且再进一步细化矿物的粒径，最后进入旋转炉加热，大幅地降低含水量。
6.本发明所采用的技术手段如下所述。
7.本发明的矿物除水设备的一实施例包括一矿物粉碎装置、一第一微波混料装置以及一旋转炉。矿物粉碎装置包括粉碎件，该粉碎件切碎该矿物，使该矿物进入该矿物粉碎装置前的粒径大于该矿物离开该矿物粉碎装置后的粒径。第一微波混料装置包括一第一微波腔体、第一输送件以及复数个第一微波产生件，该等第一微波产生件产生微波并发射至该第一微波腔体内，该第一输送件设置于该第一微波腔体中，并将该矿物从该第一微波腔体的进料口传送至出料口。旋转炉包括一旋转炉体以及一加热器，该矿物进入该旋转炉体并随着旋转炉体旋转，该加热器对位于该旋转炉体的内部的该矿物加热。该矿物依序通过该矿物粉碎装置、该第一微波混料装置以及该旋转炉，且该矿物的含水量从30％至35％的范围降低至12％至17％的范围。
8.本发明的矿物除水制程的一实施例包括：原土提供步骤：提供一矿物原土，该矿物原土具有一第一含水量；破碎步骤：将该矿物原土经由一矿物粉碎装置切碎；第一微波混料步骤：将切碎后的矿物经由一第一微波混料装置降低黏度并进一步碎料化；加热步骤：将碎化后的矿物经由一旋转炉加热去除水分且更进一步碎料化而得到一第二矿物料粒，该第二矿物料粒具有一第二含水量；其中该第一含水量为30％至35％的范围该第二含水量为12％至17％的范围。
9.本发明的矿物除水设备及制程，其利用微波混料装置产生微波后照射至矿物，降低矿土的黏性，并使矿物进一步细化，使矿物的结构松散化，一方面使矿土的总表面积增加，另一方面弱化矿土对水分的保持力，使得在后续旋转炉加热的过程中，矿物的受热面积增加，而且水分容易脱离矿土，使得矿物中的水分容易蒸发，而大幅地降低含水量。
附图说明
10.图1为本发明的第一微波混料装置或第二微波混料装置的一实施例的立体图。
11.图2为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置的俯视图。
12.图3为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置的前视图。
13.图4为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置的剖视图。
14.图5为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置对矿物进行微波混料处理的示意图。
15.图6为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置的后视图。
16.图7为图1的第一微波混料装置或第二微波混料装置的微波产生件的放大图。
17.图8为第一微波混料装置或第二微波混料装置的另一实施例的剖视图。
18.图9为第一微波混料装置或第二微波混料装置的又另一实施例的剖视图。
19.图10为本发明的矿物除水设备的一实施例的示意图。
20.图11为图10的矿物除水设备的旋转炉的一实施例的示意图。
21.图12为图11的旋转炉的内部与进料口的距离与温度的曲线图。
22.图13为图10的矿物除水设备的旋转炉对矿物进行加热处理的示意图。
23.图14为矿物经由本发明的矿物除水设备的进行除水制程的一实施例的示意图。
24.图15为矿物经由本发明的矿物除水设备的进行除水制程的另一实施例的示意图。
25.图16为本发明的矿物除水制程的一实施例的流程图。
26.图号说明：
27.10：微波混料装置
28.11：微波腔体
29.12：微波产生件
30.13：输送件
31.16：变压装置
32.17：驱动装置
33.18：第一基座
34.19：水冷式系统
35.20：矿物粉碎装置
36.30：第一微波混料装置
37.40：旋转炉
38.41：旋转炉体
39.42：加热器
40.43：滚轮
41.44：第二基座
42.50：第二微波混料装置
43.60：入料装置
44.70：输送装置
45.80：运输器具
46.100：矿物除水设备
47.111：进料口
48.112：出料口
49.113：进料斗
50.115：进气口
51.116：排气口
52.117：气流产生件
53.131：轴体
54.132：螺旋板
55.181：支撑架
56.182：承载板
57.183：工作梯
58.191：进水管
59.192：排水管
60.193：副管
61.194：阀体
62.195：软管
63.411：进料口
64.412：出料口
65.b：轴承
66.s1：原土提供步骤
67.s2：入料步骤
68.s3：破碎步骤
69.s4：第一微波混料步骤
70.s5：第二微波混料步骤
71.s6：加热步骤
72.s7：输送步骤。
具体实施方式
73.请参阅图1、图2、图3及图4，其表示本发明的第一微波混料装置或第二微波混料装置的一实施例。本发明的微波混料装置10包括一微波腔体11、复数个微波产生件12以及一输送件13。
74.微波腔体11为一空心腔体，其具有一进料口111以及一出料口112。进料口111与出料口112分别设置在微波腔体11的相对两端。进料口111具有一进料斗113，进料斗113朝向上方直立，矿物借由进料斗113的导引通过进料口111进入微波腔体11中。出料口112朝向微
波腔体11的下方，微波处理后的矿物从出料口112离开微波腔体11。此处所称的“上方”指离开地面的方向，而“下方”指朝向地面的方向。
75.如图1及图2所示，微波产生件12插置于微波腔体11的外壳，每个微波产生件12具有一微波发射端，微波发射端位于该微波腔体11内，微波发射端发出微波，微波照射至输送至微波腔体11中的矿物，而且由于本实施例的微波腔体11为金属制成，因此微波可由微波腔体11不断地反射而反复地照射至矿物。在本实施例中，微波腔体11为多边形的腔体，如图1所示，微波腔体11由十二个矩形的金属板件沿一外接的圆柱面两两相接排列而形成筒状的结构，上半部(180度)的六个矩形金属板中，每个矩形的金属板件上设有两列孔位，因此总共有12列的孔位，每个孔位设置一个微波产生件12。在本实施例中，微波产生件12为磁控管(magnetron)。磁控管具有中心阴极、环绕中心阴极的阳极以及设置在阴极与阳极轴向两端的磁铁，在阴极及阳极之间施加高电压，而且对阴极加热，使热电子游离并在阴极与阳极之间的电场空间中移动，再搭配两端的磁铁所产生的磁场，在阴极与阳极之间的共振腔中产生微波，产生的微波经由微波发射端的天线发射至微波腔体11中。由于磁控管需要高电压，因此在微波腔体11的外部两侧设置多个变压装置16，将市电的电压(110v或220v)转换成磁控管所需要的高电压(4000v)。
76.如图4所示，输送件13设置在微波腔体11中，本实施例的输送件13为螺旋装置，其包括一轴体131以及螺旋板132，螺旋板132沿着轴体131的轴向设置。轴体131的两端分别由轴承b可旋转地支持。同时请参阅图1及图3，轴体131的一端连接于一驱动装置17，驱动装置17驱动轴体131旋转而使螺旋板132旋转。在本实施例中，驱动装置17为电动马达。驱动装置17的输出轴经由联轴器连接于轴体131，借此使驱动装置17得以驱动轴体131旋转。
77.请参阅图4及图6，在微波腔体11靠近的出料口112的一端设有多个进气口115，而在微波腔体11靠近进料斗113的一端设有排气口116，在进气口115设有多个气流产生件117，在本实施例中，气流产生件117为风扇，风扇转动驱动空气进入微波腔体11而在微波腔体11中产生气流，气流从排气口116排出。
78.如图1、图2及图3所示，微波腔体11、微波产生件12、输送件13、变压装置16及驱动装置17设置在一第一基座18上。第一基座18包括一支撑架181、多个承载板182以及一工作梯183。如图3所示，为了使矿物在微波腔体11中的输送更为顺畅，支撑架181设置成与地面具有一倾斜角，从进料口111至出料口112朝下方倾斜。如此除了输送件13推送矿物从进料口111朝出料口112前进之外，矿物也可利用倾斜的支撑架181借由重力作用从进料口111朝出料口112输送。如图1及图2所示，承载板182设置在微波腔体11与变压装置16之间以及驱动装置17的两侧，工作梯183架设在支撑架181的一侧，操作人员可经由工作梯183攀爬至承载板182，进行维修或操作。
79.如图5所示，矿物料粒投入进料斗113之后，借由进料斗113的导引而经由进料口111进入微波腔体11，设置在微波腔体11中的输送件13推送矿物料粒沿轴向前进，此时微波产生件12产生微波并且使微波发射至微波腔体11中而照射在矿物料粒。借由微波使矿物料粒中的水分子旋转而使矿物分子产生振荡，借此升高矿物料粒的温度。随着温度升高，部分的水以及矿物料粒的粉尘等上升而悬浮在微波腔体11中，气流产生件117在微波腔体11中产生的气流将水气及粉尘等经由排气口116排出。矿物料粒经由微波照射后，矿物料粒不仅会降低含水量，而且会使矿物料粒的结构变得更为松散，降低矿物料粒的黏滞性，而且使矿
物料粒裂解为粒径更小的料粒。
80.如图7所示，本实施例的微波产生件12为磁控管，其使用水冷式系统19对磁控管的阳极进行冷却。水冷式系统19包括一进水管191以及一排水管192，进水管191及排水管192设置多个副管193，每个副管193设置一阀体194并经由一软管195连接于微波产生件12，微波产生件12的阳极上环绕一水套，冷却水从进水管191经由副管193、阀体194及软管195通过水套，并吸收阳极产生的热后，温度升高的冷却水经由软管195、阀体194以及副管193进入排水管192。
81.图8表示本发明的第一微波混料装置或第二微波混料装置的另一实施例。在本实施例中，微波产生件12在微波腔体11上彼此交错排列。
82.图9表示本发明的第一微波混料装置或第二微波混料装置的又另一实施例。在本实施例中，微波产生件12在靠近微波腔体11顶部的矩形金属板件上排列得较为紧密(间距较小)，而微波产生件12在靠近微波腔体11底部的矩形金属板件上排列得较为疏散(间距较大)。
83.请参阅图10、图11、图14、图15，其为本发明的矿物除水设备的一实施例。本发明的矿物除水设备100包括一矿物粉碎装置20、一第一微波混料装置30以及一旋转炉40。本实施例的矿物除水设备适用于高黏性且高含水率的矿土(红土型铝土矿、镍土矿)。从矿场挖掘出的矿物其含水量为30％至35％。
84.矿物输送至矿物粉碎装置20，矿物粉碎装置20包括粉碎件，粉碎件切碎矿物，使得矿物进入矿物粉碎装置20前的粒径大于矿物离开矿物粉碎装置20后的粒径。在本实施例中，矿物粉碎装置20为破碎机，可以为单轴、双轴或四轴破碎机。矿物经过矿物粉碎装置20切碎后，形成粒径小于20公分的料粒，并均匀出料输送至第一微波混料装置30。
85.第一微波混料装置30可以是如图1至图9所示的微波混料装置。第一微波混料装置30包括一第一微波腔体(如前述的微波腔体11)、第一输送件(如前述的输送件13)以及复数个第一微波产生件(如前述的微波产生件12)，该等第一微波产生件产生微波并发射至第一微波腔体内，第一微波混料装置的输出功率为100仟瓦至140仟瓦的范围内。第一输送件设置于第一微波腔体中，并将矿物从第一微波腔体的进料口(如前述的进料口111)传送至出料口(如前述的出料口112)。第一微波混料装置30为矿物通过第一微波混料装置30，可以借由微波升高矿物的温度而移除部分的水分，使含水量略降低为31％，打断结晶水的键结而破坏矿物的黏性，使矿土中的有机质分解不再相互交缠，并且使矿物的粒径缩小，矿物在经由第一微波混料装置30输出时形成粒径小于4公分的料粒。
86.如图11及图13所示，旋转炉40包括一旋转炉体41以及一加热器42，矿物进入旋转炉体41并随着旋转炉体41旋转，加热器42对位于旋转炉体41的内部的矿物加热。旋转炉体41下方具有滚轮43，滚轮43由马达驱动旋转，旋转炉体41由滚轮43支持并随着滚轮43旋转。滚轮43设置在一第二基座44上，第二基座44设置成相对于地面具有一倾斜角，使得矿物可以借由重力在旋转炉体41中移动而达到输送的作用。旋转炉体41的进料口411相对于地面的高度大于旋转炉体41的出料口412相对于地面的高度。加热器42为一柴油燃烧机，设置在旋转炉体41的末端，加热器42在旋转炉体41中产生火焰并对旋转炉体41中移动的矿物以进行加热至430℃至470℃的温度范围内，以去除矿物的水分，使矿物经过旋转炉体41后形成含水量为12％至17％范围内且矿物粒径为小于1.5公分的料粒。图12为本实施例的旋转炉
40的温度与进料口411的距离的曲线图。从图12可以看出在旋转炉40中间部分的温度最高，超过摄氏700度，进料口411与出料口412处的温度最低，在摄氏200度至300度之间。
87.如图10及图14所示，本发明的矿物除水设备100还包括第二微波混料装置50，由第一微波混料装置30处理后的矿物料粒输送至第二微波混料装置50，第二微波混料装置50可以是如图1至图11所示的微波混料装置。第二微波混料装置50包括第二微波腔体(如前述的微波腔体11)、第二输送件(如前述的输送件13)以及复数个第二微波产生件(如前述的微波产生件12)，该等第二微波产生件产生微波并发射至第二微波腔体内，第二微波混料装置的输出功率为60仟瓦至100仟瓦的范围内。第二输送件设置于第二微波腔体中，并将矿物从第二微波腔体的进料口(如前述的进料口111)传送至出料口(如前述的出料口112)。第二微波混料装置50为矿物通过第二微波混料装置50，可以借由微波升高矿物的温度而再度移除部分的水分，使含水量再略降低为30％，同时打断结晶水的键结而破坏矿物的黏性，并且使矿物的粒径缩小，矿物在经由第二微波混料装置50输出时形成粒径小于4公分的料粒。矿物经由第二微波混料装置50照射微波后，输送至上述的旋转炉40。
88.土体水分蒸发速率偶合模型如以下的两个关系式所示：
89.ew＝(δrn+γe
aw
)/(δ+γa)
90.e
aw
＝0.35(1+0.146uw)e
aw
(b-a)
91.其中ew为蒸发速率(mm/day)，δ为饱和蒸汽压与温度关系的斜率，rn为净辐射(w/m2)，γ为干湿表常数(kpa/℃)，uw为风速(km/hr)，e
aw
为土体表面蒸气压(mm-hg)，a为空气相对湿度的倒数，b为土体表面相对湿度的倒数。本发明的矿物除水设备100在各处理阶段的装置对矿物进行处理时，矿物在各阶段的含水量的理论值(利用上述的土体水分蒸发速率偶合模型计算出的数据)及实验值(实际施作时的数据)的比较如下表：
[0092][0093]
图15表示本发明的矿物除水设备100的另一实施例。本实施例与图14的实施例具有部分相同的结构，相同的元件给予相同的符号并省略其说明。本实施例与图14的实施例的差异在于本实施例更包括一入料装置60以及一输送装置70，矿物由挖土机投入入料装置60，以避免直接将矿物投入矿物粉碎装置20而对设备造成冲击。矿物由入料装置60输送至矿物粉碎装置20。在本实施例中，入料装置60可以是振动式入料机，输送装置70可以是输送带，经由旋转炉40加热后的矿物经由输送装置70输送至一运输器具80，例如货船或货车。
[0094]
图16表示本发明的矿物除水制程的一实施例，其包括：一原土提供步骤s1、一破碎步骤s3、一第一微波混料步骤s4、一加热步骤s6。在本实施例中，本发明的矿物除水制程更包括一第二微波混料步骤s5。在本实施例中，本发明的矿物除水制程更包括一入料步骤s2。在本实施例中，本发明的矿物除水制程更包括一输送步骤s7。
[0095]
在步骤s1中，其为原土提供步骤s1：提供一矿物原土，该矿物原土具有一第一含水量。在本实施例中，矿物原土为具有高黏性且高含水率的矿土(红土型铝土矿、镍土矿)。从矿场挖掘出的矿物其含水量为30％至35％。接着进入步骤s2。
[0096]
在步骤s2中，其为入料步骤s2：该矿石原土投入上述入料装置60，并经由入料装置
60输送至矿物粉碎装置20。接着进入步骤s3。
[0097]
在步骤s3中，其为破碎步骤s3：将该矿物原土经由上述矿物粉碎装置20切碎。矿物粉碎装置20为破碎机，矿物经过矿物粉碎装置20切碎后，形成粒径小于20公分的料粒，并均匀出料。接着进入步骤s4。
[0098]
在步骤s4中，其为第一微波混料步骤s4：将切碎后的矿物经由一第一微波混料装置30降低黏度并进一步碎料化，使含水量略降低为31％，打断结晶水的键结而破坏矿物的黏性，并且使矿物的粒径缩小，矿物在经由第一微波混料装置30输出时形成粒径小于4公分的料粒。接着进入步骤s5。
[0099]
在步骤s5中，其为第二微波混料步骤s5：将第一微波步骤处理后的矿物经由上述第二微波混料装置50降低黏度并进一步碎料化。使含水量再略降低为30％，进一步更破坏矿物的黏性，并且使矿物的粒径缩小，矿物在经由第二微波混料装置50输出时形成粒径小于4公分的料粒。接着进入步骤s6。
[0100]
在步骤s6中，其为加热步骤s6：将碎化后的矿物经由上述旋转炉40加热去除水分且更进一步碎料化而得到一矿物料粒，矿物料粒具有一第二含水量。旋转炉40的旋转炉体41旋转而翻动矿物，同时加热器42在旋转炉体41中产生火焰以加热旋转炉体41内的矿物以去除水分而得到矿物料粒。第二含水量为12％至17％的范围。接着进入步骤s7。
[0101]
在步骤s7中，输送步骤s7：该矿物料粒经由上述的输送装置70输送至运输器具80。
[0102]
本发明的矿物除水设备及制程，其利用微波混料装置产生微波后照射至矿物，降低矿土的黏性，并使矿物进一步细化，使矿物的结构松散化，一方面使矿土的总表面积增加，另一方面弱化矿土对水分的保持力，使得在后续旋转炉加热的过程中，矿物的受热面积增加，而且水分容易脱离矿土，使得矿物中的水分容易蒸发，而大幅地降低含水量。