Создание электромагнитного излучения с высокой напряженностью поля и обработка материалов с его помощью, например разупрочнение многофазных материалов
Изобретение относится к микроволновой предварительной обработке многофазного материала перед последующей его обработкой. Материал содержит первую и вторую фазы. Способ обработки включает электромагнитный нагрев материала с использованием микроволнового излучения с созданием плотности мощности, по меньшей мере, 109 Вт/м3 при непрерывном осуществлении процесса. Материал подается в зону микроволновой обработки и перемещается через нее. Материал подвергается воздействию микроволнового излучения в зоне микроволновой обработки в течение времени порядка 0,5 секунды или менее перед его транспортировкой из этой зоны для последующей обработки. Техническим результатом является создание процесса предварительной обработки больших объемов многофазных материалов с высокой производительностью. 7 н. и 18 з.п. ф-лы, 20 ил., 8 табл.
Текст описания приведен в факсимильном виде.
1. Способ микроволновой предварительной обработки многофазного материала перед его последующей обработкой, причем упомянутый материал содержит первую фазу и вторую фазу, в котором осуществляют нагрев материала микроволновым излучением при плотности мощности, по меньшей мере, 109 Вт/м3 и при непрерывном осуществлении следующих операций: подача упомянутого материала в зону микроволновой обработки, перемещение через нее и воздействие микроволновым излучением в этой зоне в течение порядка 0,5 с или менее, и транспортировка материала из зоны микроволновой обработки для упомянутой последующей обработки, при этом время воздействия микроволновым излучением является достаточно коротким, чтобы избежать возникновения существенных химических изменений в одной или обеих из упомянутых фаз многофазного материала.
2. Способ по п.1, в котором упомянутый материал подвергают воздействию микроволнового излучения в упомянутой зоне обработки в течение порядка 0,1 с или менее; предпочтительно 0,01 с или менее; более предпочтительно 0,001 с или менее.
3. Способ по п.1 или 2, в котором микроволновое излучение является импульсным, при этом импульсы излучения испускаются, по существу, непрерывно и эти импульсы имеют длительность порядка 1 мкс или менее, или предпочтительно 10 мкс или менее, или 100 мкс или менее, или 10 мс или менее, или 100 мс или менее.
4. Способ по п.3, в котором упомянутый материал при нахождении в зоне микроволновой обработки подвергается воздействию одного импульса или группы из двух или более импульсов микроволнового излучения, причем упомянутая группа содержит по меньшей мере следующее число импульсов: 100, 50, 10, 5.
5. Способ по п.1, в котором плотность мощности, создаваемая микроволновым излучением в упомянутой зоне обработки, составляет по меньшей мере 1015 Вт/м3, предпочтительно по меньшей мере 1016 Вт/м3.
6. Способ по п.1, в котором средняя температура упомянутого материала повышается при микроволновой обработке менее чем на 200°С и предпочтительно менее чем на 150°С.
7. Способ по п.6, в котором средняя температура упомянутого материала повышается на 50°С или менее, предпочтительно на 20°С или менее, более предпочтительно на 10°С или менее.
8. Способ по п.1, в котором упомянутый материал перемещается через упомянутую зону микроволновой обработки со скоростью, по меньшей мере, 100 т/ч.
9. Способ по п.8, в котором упомянутый материал перемещается через упомянутую зону микроволновой обработки со скоростью по меньшей мере 1000 т/ч.
10. Способ по п.1, в котором упомянутая первая фаза содержит требуемый минерал, а упомянутая вторая фаза содержит горную породу, окружающую этот минерал и при этом микроволновое излучение в значительной степени ослабляет прочность связи между упомянутыми минералом и окружающей горной породой, вызывая локальное дифференцированное тепловое расширение.
11. Способ по п.10, в котором упомянутое излучение воздействует на упомянутый материал в течение достаточно короткого времени, чтобы избежать возникновения существенных химических изменений, которые оказывают неблагоприятное влияние на эффективность последующего разделения упомянутых минерала и горной породы в упомянутом минерале и/или как в минерале, так и в горной породе.
12. Способ по п.1, в котором упомянутая первая фаза содержит минерал, а упомянутая вторая фаза содержит воду, при этом упомянутая микроволновая предварительная обработка является дегидратацией, при этом упомянутая микроволновая обработка просушивает упомянутый минерал.
13. Способ по п.12, в котором упомянутая микроволновая обработка непосредственно или косвенно вызывает разрушение или разупрочнение упомянутого минерала.
14. Способ по п.12, в которой упомянутая первая фаза содержит уголь или гидратированный минерал.
15. Способ по п.1, в котором плотность мощности в упомянутой зоне обработки, создаваемая микроволновым излучением, составляет по меньшей мере 1010 Вт/м3, или по меньшей мере 1011 Вт/м3, или по меньшей мере 1012 Вт/м3, или по меньшей мере 1013 Вт/м3, или по меньшей мере 1014 Вт/м3, или по меньшей мере 1015 Вт/м3.
16. Способ выделения минерала из руды, включающий предварительную обработку руды согласно любому из пп.1-11 и последующее измельчение упомянутой руды предпочтительно путем дробления или размола либо ее разрушение.
17. Способ утилизации изделий, содержащих детали, изготовленные из различных материалов, включающий предварительную обработку этих изделий согласно любому из пп.1-9 для создания в упомянутых изделиях механических напряжений, облегчающих их разрушение или извлечение из них упомянутых деталей.
18. Устройство для микроволновой обработки материалов, содержащее:
зону микроволновой обработки;
источник микроволнового излучения, расположенный в упомянутой зоне микроволновой обработки;
средство транспортировки материала, обеспечивающее перемещение материала через упомянутую зону обработки микроволновой обработки,
в котором
источник микроволнового излучения выполнен с возможностью испускания микроволн с плотностью мощности, по меньшей мере, 109 Вт/м3, предпочтительно по меньшей мере 1015 Вт/м3, при этом
средство транспортировки материала обеспечивает перемещение упомянутого материала через зону микроволновой обработки настолько быстро, чтобы этот материал испытывал существенное воздействие микроволн в упомянутой зоне в течение времени порядка 0,5 с или менее, являющегося достаточно коротким, чтобы избежать возникновения существенных химических изменений в упомянутом материале.
19. Устройство по п.18, в котором воздействие микроволнового или электромагнитного излучения на упомянутый материал осуществляется в течение порядка 0,1 секунды или менее, предпочтительно 0,01 с или менее, более предпочтительно 0,001 с или менее.
20. Устройство по п.18 или 19, в котором обеспечивается возможность перемещения порядка 1000 т материала в час через упомянутую зону микроволновой обработки.
21. Устройство по п.18, в котором упомянутый источник излучения выполнен с возможностью создания импульсов микроволнового излучения длительностью порядка 1 мкс или менее; нескольких десятков микросекунд или менее; нескольких сотен микросекунд или менее, причем на упомянутый материал, пока он находится в зоне микроволновой обработки, воздействуют один или несколько импульсов, предпочтительно множество импульсов.
22. Способ непрерывной обработки руды или горной породы, при котором воздействуют микроволновым излучением с высокой плотностью мощности или микроволновым излучением с высокой напряженностью электрического поля в непрерывном режиме на руду или горную породу, перемещающуюся через микроволновый резонатор или зону для разупрочнения упомянутой руды или горной породы со скоростью, являющейся достаточно высокой, чтобы избежать возникновения существенных химических изменений в руде или горной породе, и затем подают непрерывный поток руды или горной породы в устройство механической обработки для механического разрушения этой руды или горной породы.
23. Способ по п.22, в котором время воздействия на руду или горную породу упомянутого микроволнового излучения с высокой напряженностью электрического поля составляет порядка 0,5 с или менее, или 0,25 с или менее, или 0,1 с или менее, или 0,01 с или менее.
24. Способ микроволновой предварительной обработки многофазного материала перед его последующей обработкой для отделения одной фазы материала от других, включающий непрерывную подачу многофазного материала через зону воздействия микроволнового излучения со скоростью, позволяющей достичь производительности, по меньшей мере, 500 т многофазного материала в час, причем микроволновое излучение создает плотность мощности, по меньшей мере, 1015 Вт/м3; при этом упомянутый материал подвергается воздействию микроволнового излучения в течение порядка 1 мс или менее, во время которого на него действует один или множество импульсов микроволнового излучения предпочтительно длительностью порядка нескольких микросекунд или менее, при этом средняя температура многофазного материала не повышается более чем на 40°С, и на границе фаз возникает температурное напряжение, достаточно высокое, чтобы вызвать межфазное разрушение, причем температура фаз упомянутого многофазного материала поддерживается достаточно низкой, чтобы избежать существенного изменения химических свойств материалов, образующих эти разные фазы.
25. Способ увеличения выхода минерала, извлекаемого из руды, содержащей множество фаз, включающий создание разупрочнения по межфазным границам путем воздействия на упомянутую руду микроволновым излучением с высокой напряженностью электрического поля в течение менее 0,1 или 0,01 с, при этом упомянутое излучение характеризуется достаточно высокой напряженностью электрического поля и достаточно коротким временем воздействия, чтобы вызвать разное тепловое расширение материалов, образующих упомянутые различные фазы, для ослабления связи между этими фазами при одновременном предотвращении существенного изменения химических свойств упомянутой руды или, по меньшей мере, упомянутого извлекаемого минерала.
