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CN114812099A - 微波混料装置 - Google Patents

微波混料装置 Download PDF

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CN114812099A
CN114812099A CN202110189180.2A CN202110189180A CN114812099A CN 114812099 A CN114812099 A CN 114812099A CN 202110189180 A CN202110189180 A CN 202110189180A CN 114812099 A CN114812099 A CN 114812099A
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microwave
cavity
microwave generating
microwave cavity
mineral
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CN202110189180.2A
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陈彦任
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Uht Unitech Co ltd
Original Assignee
Uht Unitech Co ltd
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Abstract

一种微波混料装置，用于照射一矿物，其包括：一微波腔体、复数个微波产生件、一输送件以及一驱动装置。微波腔体具有一进料口以及一出料口。该复数个微波产生件设置于该微波腔体，每个微波产生件具有一微波发射端，该微波发射端设置于微波腔体内，并朝微波腔体内发射微波。输送件设置于微波腔体内，且具有一轴体以及一螺旋板，螺旋板设置于轴体，且轴体由进料口朝该出料口的方向延伸。驱动装置连接于轴体且驱动轴体旋转。轴体旋转带动螺旋板旋转，螺旋板旋转使该矿物从进料口移动至出料口，且微波产生件产生的微波照射至矿物。

Description

微波混料装置
技术领域
本发明有关于一种矿物处理的技术领域，特别是有关于一种用于矿物除水的微波混料装置。
背景技术
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。
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。
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。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微波混料装置，矿物由矿物粉碎装置切碎后，再利用本发明的微波混料装置照射微波以降低矿物的黏性，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。
本发明的微波混料装置用于照射一矿物，其包括：一微波腔体、复数个微波产生件、一输送件以及一驱动装置。微波腔体具有一进料口以及一出料口。该复数个微波产生件设置于该微波腔体，每个该微波产生件具有一微波发射端，该微波发射端设置于该微波腔体内，并朝该微波腔体内发射微波。输送件设置于该微波腔体内，且具有一轴体以及一螺旋板，该螺旋板设置于该轴体，且该轴体由该进料口朝该出料口的方向延伸。驱动装置连接于该轴体且驱动该轴体旋转。该轴体旋转带动该螺旋板旋转，该螺旋板旋转使该矿物从该进料口移动至该出料口，且该微波产生件产生的微波照射至该矿物。
在上述的技术特征中，其中该微波腔体由复数个矩形板件两两相接而构成具有多个表面的多面体，部分的该复数个矩形板件具有复数个孔位，该复数个微波产生件设置于该复数个孔位中，该复数个微波产生件沿该输送件的轴体的延伸方向排成复数列。
在上述的技术特征中，其中该微波腔体的每个表面的该复数个微波产生件的数量相等。
在上述的技术特征中，其中相邻两列的该复数个微波产生件彼此对齐排列。
在上述的技术特征中，其中相邻两列的该复数个微波产生件彼此交错排列。
在上述的技术特征中，其中该微波腔体的顶部的该表面的该复数个微波产生件的数量大于其它该表面的该复数个微波产生件的数量。
在上述的技术特征中，其中该复数个微波产生件配置在该微波腔体的上半部的180度的角度范围内。
在上述的技术特征中，该微波混料装置更包括一冷却模组，其包括一进水管、一排水管、复数个进水连接管以及复数个出水连接管，该复数个进水连接管以及复数个出水连接管分别连接于该复数个微波产生件，冷却水从该进水管经由该复数个进水连接管分别进入该复数个微波产生件，该冷却水从该复数个微波产生件经由复数个出水连接管进入该排水管。
在上述的技术特征中，该微波混料装置更包括一第一基座，该第一基座包括一支撑架，该支撑架设置成与地面具有一倾斜角，该微波腔体设置于该支撑架上，使得该微波腔体从该进料口至该出料口朝下方倾斜。
在上述的技术特征中，其中该第一基座更包括多个承载板以及一工作梯，该复数个承载板设置在该支撑架上并位于该微波腔体的一侧以及该驱动装置的两侧，该工作梯架设在该支撑架的一侧。
在上述的技术特征中，其更包括一变压装置，电性连接于一电源以及该复数个微波产生件，该变压装置将该电源的电压转换成该微波产生件作动的电压。
在上述的技术特征中，其中该微波产生件为磁控管。
本发明的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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图10为本发明的矿物除水设备的一实施例的示意图。
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。
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。
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。
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。
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。
图号说明：10：微波混料装置
11：微波腔体
12：微波产生件
13：输送件
16：变压装置
17：驱动装置
18：第一基座
19：冷却模组
20：矿物粉碎装置
30：第一微波混料装置
40：旋转炉
41：旋转炉体
42：加热器
43：滚轮
44：第二基座
50：第二微波混料装置
60：入料装置
70：输送装置
80：运输器具
100：矿物除水设备
111：进料口
112：出料口
113：进料斗
115：进气口
116：排气口
117：气流产生件
131：轴体
132：螺旋板
181：支撑架
182：承载板
183：工作梯
191：进水管
192：排水管
193：副管
194：阀体
195：软管
196：进水连接管
197：出水连接管
411：进料口
412：出料口
B：轴承。
具体实施方式
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。
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，矿物藉由进料斗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。
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)。
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，藉此使驱动装置17得以驱动轴体131旋转。
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。
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推送矿物从微波腔体11的进料口111朝出料口112前进之外，矿物也可利用倾斜的支撑架181藉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。
如图5所示，矿物料粒投入进料斗113之后，藉由进料斗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。藉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，藉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。
如图7所示，本实施例的微波产生件12为磁控管，其使用冷却模组19对磁控管的阳极进行冷却。本实施例的冷却模组19为水冷式，其包括一进水管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，副管193、阀体194，其中软管195构成一进水连接管196以及一出水连接管197。微波产生件12的阳极上环绕一水套，冷却水从进水管191经由进水连接管196通过水套，并吸收阳极产生的热后，温度升高的冷却水经由出水连接管197进入排水管192。藉此达到使微波产生件12的阳极散热的效果。冷却模组19不限于水冷式的结构，也可以是气冷式的结构，气冷式结构是在微波产生件12的阳极设置散热鳍片，然后将气流导入通过散热鳍片而达到散热的效果。
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。
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)。
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％。
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。
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)，该复数个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，可以藉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。
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，使得矿物可以藉由重力在旋转炉体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40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。
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)，该复数个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，可以藉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。
土体水分蒸发速率偶合模型如以下的两个关系式所示：
Ew＝(ΔRn+yEaw)/(Δ+γA)
Eaw＝0.35(1+0.146uw)eaw(B-A)
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)，eaw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：
Figure BDA0002944637440000091
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15的实施例具有部分相同的结构，相同的组件给予相同的符号并省略其说明。本实施例与图15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。
本发明的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。

Claims (12)

1.一种微波混料装置，其特征在于，用于对一矿物照射微波，该微波混料装置(10)包括：
一微波腔体(11)，其具有一进料口(111)以及一出料口(112)；
复数个微波产生件(12)，设置于该微波腔体(11)，每个该微波产生件(12)具有一微波发射端，该微波发射端设置于该微波腔体(11)内，并朝该微波腔体(11)内发射微波；
一输送件(13)，设置于该微波腔体(11)内，具有一轴体(131)以及一螺旋板(132)，该螺旋板(132)设置于该轴体(131)，且该轴体(131)由该进料口(111)朝该出料口(112)的方向延伸；以及
一驱动装置(17)，连接于该轴体(131)且驱动该轴体(131)旋转；
其中该轴体(131)旋转带动该螺旋板(132)旋转，该螺旋板(132)使该矿物从该进料口(111)移动至该出料口(112)，且该微波产生件(12)产生的微波照射至该矿物。
2.如权利要求1所述的微波混料装置，其特征在于，该微波腔体(11)由复数个矩形板件两两相接而构成具有多个表面的多面体，部分的该复数个矩形板件具有复数个孔位，该复数个微波产生件(12)设置于该复数个孔位中，该复数个微波产生件(12)沿该输送件(13)的轴体(131)的延伸方向排成复数列。
3.如权利要求2所述的微波混料装置，其特征在于，该微波腔体(11)的每个表面的该复数个微波产生件(12)的数量相等。
4.如权利要求3所述的微波混料装置，其特征在于，相邻两列的该复数个微波产生件(12)彼此对齐排列。
5.如权利要求3所述的微波混料装置，其特征在于，相邻两列的该复数个微波产生件(12)彼此交错排列。
6.如权利要求2所述的微波混料装置，其特征在于，该微波腔体(11)的顶部的该表面的该复数个微波产生件(12)的数量大于其它该表面的该复数个微波产生件(12)的数量。
7.如权利要求2所述的微波混料装置，其特征在于，该复数个微波产生件(12)配置在该微波腔体(11)的上半部的180度的角度范围内。
8.如权利要求1所述的微波混料装置，其特征在于，包括一冷却模组(19)，其包括一进水管(191)、一排水管(192)、复数个进水连接管(196)以及复数个出水连接管(197)，该复数个进水连接管(196)以及复数个出水连接管(197)分别连接于该复数个微波产生件(12)，冷却水从该进水管(191)经由该复数个进水连接管(196)分别进入该复数个微波产生件(12)，该冷却水从该复数个微波产生件(12)经由该复数个出水连接管(197)进入该排水管(192)。
9.如权利要求1所述的微波混料装置，其特征在于，包括一第一基座(18)，该第一基座(18)包括一支撑架(181)，该支撑架(181)设置成与地面具有一倾斜角，该微波腔体(11)设置于该支撑架(181)上，使得该微波腔体(11)从该进料口(111)至该出料口(112)朝下方倾斜。
10.如权利要求9所述的微波混料装置，其特征在于，该第一基座(18)更包括多个承载板(182)以及一工作梯(183)，该复数个承载板(182)设置在该支撑架(181)上并位于该微波腔体(11)的一侧以及该驱动装置(17)的两侧，该工作梯(183)架设在该支撑架(181)的一侧。
11.如权利要求1所述的微波混料装置，其特征在于，包括一变压装置(16)，电性连接于一电源以及该复数个微波产生件(12)，该变压装置(16)将该电源的电压转换成该微波产生件(12)作动的电压。
12.如权利要求1所述的微波混料装置，其特征在于，该微波产生件(12)为磁控管。
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