(57)【要約】【課題】  多相材料（２００）に対する後続作業に先立つ、材料（２００）のマイクロ波前処理方法である。【解決手段】  材料（２００）は第１相の材料及び第２相の材料を有すること。この方法は、前記材料を電磁、好ましくはマイクロ波（２０２）で、加熱し、材料（２００）が電磁、好ましくはマイクロ波、処理領域（２１２）を通過する連続プロセスの中で少なくとも１０９Ｗｍ−３の出力密度を発生することを含む。材料（２００）は、材料（２００）が後続作業のために処理領域（２１２）から出される前に、処理領域（２１２）の中で約１／２秒以下の時間、マイクロ波（２０２）の曝露を受ける。
2005524514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１相の材料及び第２相の材料とを有する多相材料に対する後続作業に先立つ、前記材料のマイクロ波前処理方法において、前記材料を電磁的に、好ましくはマイクロ波で、加熱する工程と、前記材料が電磁、好ましくはマイクロ波、処理領域を通過して前記処理領域の中で約１／２秒以下の時間、マイクロ波の曝露を受ける連続プロセスの中で少なくとも１０９Ｗｍ−３の出力密度を発生する工程と、及び前記後続作業のために前記材料を前記処理領域から出す工程とからなることを特徴とするマイクロ波前処理方法。
【請求項２】
前記材料が、前記処理領域の中で、約（ｉ）０．１秒以下；（ｉｉ）０．０１秒以下；又は（ｉｉｉ）０．００１秒以下の時間、電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波を受けることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
マイクロ波のパルスが実質的に連続して放射され、前記パルスが約（ｉ）１μｓ以下；又は（ｉｉ）１０μｓ以下；又は（ｉｉｉ）１００μｓ以下；（ｉｖ）１ｍｓ以下；（ｖ）１０ｍｓ以下；１００ｍｓ以下の持続時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記処理領域の中にある間に前記材料が一連のパルスのエネルギーを受け、前記一連のパルスは約：（ｉ）１００パルス以上；（ｉｉ）５０パルス以上；（ｉｉｉ）１０パルス以上；（ｉｖ）５パルス以上；（ｖ）２パルス以上；（ｖｉ）１パルス、の多数のパルスを有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記処理領域の中で電磁処理、好ましくはマイクロ波、により発生される出力密度が、約（ｉ）１０１５Ｗｍ−３以上；又は（ｉｉ）１０１６Ｗｍ−３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記材料の体積温度が、２００℃未満、そして好ましくは１５０℃未満上昇されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記材料の体積温度が、約、又は未満：（ｉ）５０℃；（ｉｉ）２０℃；（ｉｉｉ）１０℃上昇されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記材料が、１時間当たり少なくとも１００トンの速度で前記処理領域を通過することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記材料が、１時間当たり約１０００トン以上の速度で前記処理領域を通過することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１相が所望の鉱物を含み、及び第２相が前記鉱物を包囲する岩石母相を含む工程と、並びに電磁、好ましくはマイクロ波、エネルギーが局所的差別的熱膨張を引き起こすことにより前記鉱物と前記包囲母相との間の結合強度を著しく弱める工程とからなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
（ｉ）鉱物；及び／又は（ｉｉ）前記材料も母相も前記鉱物及び母相の後続の分離効率に好ましくない影響を及ぼす実質的な化学変化を引き起こさないほど充分に短い時間、前記エネルギーが前記材料に適用されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１相が鉱物を含み、及び第２相が水を含むこと、並びに前記前処理が脱水を含み、前記電磁エネルギーが前記鉱物を乾燥することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波、も直接的に又は間接的に前記鉱物の破壊又は脆弱化を引き起すことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第１相が（ｉ）石炭；又は（ｉｉ）その他の水和鉱物を含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の鉱石を前処理する工程と、及び次いで前記鉱石を粉砕、好ましくは摩砕若しくは微粉砕、又は破砕する工程とからなることを特徴とする、鉱石から鉱物の分離方法。
【請求項１６】
前記処理領域内部で、電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波、により発生される出力密度が、約１０１０Ｗｍ−３以上；約１０１１Ｗｍ−３以上；約１０１２Ｗｍ−３以上；約１０１３Ｗｍ−３以上、約１０１４Ｗｍ−３以上；約１０１５Ｗｍ−３以上の群に由来することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
内部に異なる材料で作られた部品を有する物品をリサイクルする方法において、前記物品を請求項１〜９のいずれか１項記載の前処理すること、及びその後、前記物品を破損して前記物品の部品を抽出し易くするために前記物品に機械的応力を負荷することを特徴とするリサイクル方法。
【請求項１８】
マイクロ波又はその他の電磁エネルギー処理ゾーン；
前記処理ゾーンに配置されたマイクロ波又はその他の電磁エネルギー発生器；
材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合する材料輸送装置であって、その配置が：
前記発生器は、少なくとも１０９Ｗｍ−３、好ましくは１０１５Ｗｍ−３以上の出力密度を発生する電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波、を放射するのに適合するようなものであり；
かつ、前記材料輸送装置は、前記材料が前記ゾーンの中で約１／２秒以下の時間、有効な電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波、を受けるように充分速く前記材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合すること、
を特徴とする、材料のマイクロ波又はその他の電磁処理装置。
【請求項１９】
前記材料に、約（ｉ）０．１秒以下；又は（ｉｉ）０．０１秒以下；（ｉｉｉ）０．００１秒以下の時間、マイクロ波又はその他の電磁エネルギーを受けさせるのに適合することを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
１時間当たり約１０００トンの材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合することを特徴とする請求項１８又は１９記載の装置。
【請求項２１】
前記発生器が、約１マイクロ秒以下、又は何０マイクロ秒以下、又は何００マイクロ秒以下の持続時間でエネルギーパルス、好ましくはマイクロ波パルス、を発生するのに適合し、前記材料が、前記処理ゾーンにある間に好ましくは複数のパルス、より好ましくは多数のパルス、を受け取ることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２２】
鉱石又は岩石の連続加工方法において、マイクロ波空胴又はゾーンを通過する鉱石又は岩石に高出力密度マイクロ波、又は高／電場強度マイクロ波、を連続的に適用して前記鉱石又は岩石を弱める工程と、次に鉱石又は岩石の連続流を機械的処理機に通して前記鉱石又は岩石を機械的に破損する工程とからなることを特徴とする連続加工方法。
【請求項２３】
前記鉱石又は岩石の高電場強度マイクロ波への曝露が、約０．５秒以下、又は４分の１秒以下、又は０．１秒以下、又は０．０１秒以下であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
鉱石又は岩石の連続加工装置において、マイクロ波空胴又はゾーンを通過する鉱石又は岩石に高出力密度マイクロ波、又は高電場強度マイクロ波を連続的に適用して前記鉱石及び岩石を弱める手段、及び次に鉱石又は岩石の連続流を、鉱石又は岩石を機械的に破損するのに適合する機械的処理機に通すのに適合する供給手段を含むことを特徴とする鉱石又は岩石の連続加工装置。
【請求項２５】
多相材料に関して、他の材料から１つの材料を抽出するための後続作業に先立つ、前記多相材料のマイクロ波、又はその他の電磁エネルギー、前処理の方法において、時間当たり少なくとも５００トンの多相材料を処理できる速度で、適用される電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波、が存在している領域の中に前記多相材料の供給材料を連続的に提供する工程と、前記電磁エネルギーが少なくとも１０１５Ｗｍ−３の出力密度を発生する工程と、前記材料が好ましくは約数マイクロ秒以下のパルス継続時間を有する１個又は複数のパルスのエネルギーを受ける約１ｍｓ以下の時間、前記材料が電磁エネルギー、好ましくはマイクロ波放射線、を受ける工程とを含むことであって、その場合、前記多相材料の全体積温度は差で４０℃より多く上昇しないこと、及びその場合、相の境界の間で相間破壊を引き起すのに充分大きい熱応力が発生すること、及びその場合、前記多相材料の相の温度は、異なる相材料の化学的特性に大きな変化を与えないほど充分低く保持されることを特徴とする前処理の方法。
【請求項２６】
複数の材料の相を有する鉱石から抽出される鉱物の収量の増加方法において、０．１又は０．０１秒未満の時間、前記鉱石を高電場強度マイクロ波に曝露することにより相間の境界を弱めさせる工程と、エネルギー、好ましくはマイクロ波、が充分高い電場強度を有するようにする工程と、及び異なる相の材料間で差別的熱膨張を引き起すのに充分短い時間適用されて、前記鉱石が、又は少なくとも抽出対象の鉱物が大きな化学的変化を引き起さない時間に相の間を弱めさせる工程とからなることを特徴とする抽出される鉱物の収量の増加方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、典型的ではあるが必ずしもマイクロ波放射線とは限らない、そして典型的ではあるが必ずしもマイクロ波を使う多相材料の脆弱化用とは限らない高電場強度の電磁放射線の発生に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、採掘した鉱石の加工方法の検討から生まれていて、その関連で本発明を説明するのが都合がよい。本発明は、比較的広い範囲の用途を有すると理解されるであろう。
【０００３】
例えば、微粉砕によって鉱石を加工し、所望の鉱物を、周囲の不必要な岩石又は鉱物から抽出することは知られていて、鉱石の粉砕は充分に確立された産業である。鉱石を微粉砕又は摩砕することは非常にエネルギー集約型である。米国で使用される全エネルギーの１．５パーセントが鉱石及び鉱物の粉砕で使用されると推定されている。この粉砕は極めて大きいビジネスである。
【０００４】
微粉砕／摩砕機によって材料を加工する前に、材料を前処理する方法について多くの提案がある。或るものは化学的処理を含み、或るものは熱処理を含み、そしてマイクロ波による前処理が提案はされているが未だに実際には成功していない。放電を利用する提案もあるが。実施されたものも検討中のものも、先行技術は、多くの、時には矛盾する方向に向いている。
【０００５】
この技術分野には幾つかの文献、：特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８が挙げられる。
【０００６】
これらの多くは、従来型の多モードマイクロ波発生器を有し、かなりの長時間（１０秒あるいはそれより遥かに長く）マイクロ波を鉱物のバッチに適用し、次に破砕及び／又は摩砕によって鉱物を加工することを論じている。
【０００７】
前記文献のなかには、鉱物をマイクロ波で加工する際に消費されるエネルギーは、粉砕プロセスで節約されるエネルギーより遥かに多くなり得ることを報告しているのもある。
【０００８】
提案のなかには、実験での事実が殆んど示されていないのがあり、殆んどが理論であり、幾つかの提案は実在の鉱石に関して実験せずに、２種類の鉱物の摩砕混合物を実験し、それらの熱性能を評価しているが鉱物間の境界での応力を評価していない。関心のある鉱物が溶融する又は化学的に変化する温度上昇を予測している提案もあるが、鉱物を経済的に分離するのは難しいか又は不可能であり、従って魅力に欠ける。
【０００９】
前記のことは、実際問題として選鉱設備の設計者が、マイクロ波前処理は実施可能であること／望ましいことと何等見なしていないことを意味している。この前処理は、現在、トータルコストを下げる１つの方法であるとは見なされていない。当業界にはマイクロ波の使用を避ける偏見がある。粉砕に先立つ鉱石の処理での状態調節工程としてマイクロ波による前処理を使用する生産規模の単独設備さえ存在していることが知られていない。
【００１０】
英国特許庁が調査を行ない、次の刊行物を見出した：
【００１１】
特許文献４は、炭素相材料を使用して加熱を行なう場合の、鉱石の乾燥及び加熱方法を開示している。
【００１２】
特許文献５は、マイクロ波エネルギーを使って化合物を化学的に変化させ、鉱石からの抽出を促進するプロセスを開示している。
【００１３】
特許文献６は、金属含有鉱石の中で冶金作用を誘発する方法を開示している。
【００１４】
特許文献７は、鉱石の中の有用な種の回収方法を開示していて、この方法は、各パルスの間に１０秒〜２分の間隔で、鉱石をマイクロ波エネルギーの１〜３０秒間のパルスで最長１時間、曝露する加工時間を有する。
【００１５】
特許文献８は、鉱物の事前脆弱化用にマイクロ波放射線を使用することを含む装置を開示している。マイクロ波放射線を長時間使用すると鉱物を実質的に加熱することになり、更に鉱物の中での化学変化の発生、及び所望の鉱物の粉化に繋げることができる。
【特許文献１】米国特許第５８２４１３３号明細書
【特許文献２】ＰＣＴ特許出願国際公開第９２／１８２４９号パンフレット
【特許文献３】英国特許出願第２１２０５７９号
【非特許文献１】エスダブリュ・キングダム（S.W.Kingdom）、ダブリュ・フォルスター（W.Vorster）及びエヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）、「マイクロ波支援型粉砕に及ぼす鉱物学の影響（The Influence of Minerology on Microwave Assisted Grinding）」、ミネラル・エンジニアリング（Mineral Engineering）、エルゼビア・サイエンス・リミティッド（Elsevier Science Limited）、第１３巻、第２号、0892-6875(99)00010-8
【非特許文献２】エスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）、ジーエム・コールフィールド（G.M.Corfield）及びエヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）、「塊状ノルウェー産チタン鉄鉱鉱石の鉱物学及び磁気加工に及ぼすマイクロ波照射の効果（Effects of Microwave Radiation upon the Mineralogy and Magnetic Processing of a Massive Norwegian Ilmenite Ore）」、マグネチック・アンド・エレクトリカル・セパレーション（Magnetic and Electrical Separation）、オーバージーズ・パブリッシャーズ・アソシエーション・エヌ・ヴィ（Overseas Publishers Association N.V.）発行、第９巻
【非特許文献３】エスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）、ダブリュ・フォルスター（W.Vorster）及びエヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）、「パラボラ銅鉱石の加工に及ぼすマイクロ波照射の効果（The Effects of Microwave Radiation on the Processing of Palabora Copper Ore）」、ザ・ジャーナル・オブ・ザ・サウス・アフリカン・インスティチュート・オブ・マイニング・アンド・メタラジー（The Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy）発行、２０００年５月／６月
【非特許文献４】エスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）及びエヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）、「鉱物のマイクロ波処理−総説（Microwave Treatment of Minerals−A Review）」、ミネラルズ・エンジニアリング（Mineral Engineering）発行、エルゼビア・サイエンス・リミティッド（Elsevier Science Limited）、第１１巻、0892-6875(98)00094-6
【非特許文献５】ダブリュ・フォルスター（W.Vorster）、エヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）及びエスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）、「ネビス・コルボウ銅鉱石の加工に及ぼすマイクロ波照射の効果（The Effect of Microwave Radiation on the Processing of Neves Corvo Copper Ore）」,インターナショナル・ジャーナル・オブ・ミネラル・プロセッシング（International Journal of Mineral Processing）エルゼビア・サイエンス・ビー、ヴィ（Elsevier Science B.V.）発行、６３（２００１）２９−４４
【非特許文献６】ジェビー・サルスマン（J.B.Salsman）、アールエル・ウィリアムソン（R.L.Williamson）、ダブリュケイ・トレイ（W.K.Tolley）及びディーエイ・ライス（D.A.Rice）「散在型硫化物鉱石のショート・パルス・マイクロ波処理（Short-Pulse Microwave Treatment of Disseminated Sulfide Ores）」、ミネラルズ・エンジニアリング（Minerals Engineering）、エルゼビア・サイエンス・リミティッド（Elsevier Science Limited）発行、１９９６年、第９巻、第１号、0892-6875(95)00130-1
【非特許文献７】エスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）及びエヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）「鉱物の磁性に及ぼすマイクロ波照射の効果（The Effect of Microwave Radiation on the Magnetic Properties of Minerals）」、ジャーナル・オブ・マイクロウェーブ・パワー・アンド・エレクトロマグネチック・エナージー（Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy）、２０００年、第３５巻、第３号
【非特許文献８】エスダブリュ・キングマン（S.W.Kingman）、エヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）及びエス・ブラックバーン（S.Blackburn）「鉱物分離プロセスの性能向上のためのマイクロ波放射線の適用（Applications of Microwave Radiation to Enhance Performance of Mineral Separation Processes）」、１９９７年、IMN、ISBN（国際標準書籍番号）−1870706388
【特許文献４】英国特許第２２０５５５９号明細書
【特許文献５】欧州特許第００４１８４１号明細書
【特許文献６】国際公開第９７／３４０１９号パンフレット
【特許文献７】国際公開第９２／１８２４９号パンフレット
【特許文献８】米国特許第５００３１４４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の実施態様により、本発明者等は、第１相の材料及び第２相の材料とを有する多相材料に対する後続作業に先立つ、前記材料のマイクロ波前処理の方法であって、前記材料が電磁処理領域の中を通過して前記処理領域の中で約１／２秒以下の時間、電磁エネルギーの曝露を受ける連続プロセスの中で、少なくとも１０９Ｗｍ−３の出力密度で前記材料を電磁的に加熱する工程と、及び前記後続作業のために前記材料を前記処理領域から出す工程とを含む方法を提供する。
【００１７】
本発明の重要な適用は、選鉱の際に多相複合材料の中の第１相の材料と第２相の材料との間の結合を弱めることである。例えば、抽出されることが望まれる鉱石又は鉱物は、岩石の異なる相の中に見られる。
【００１８】
マイクロ波を使用して鉱物（例えば、岩石）の中の２つの相を差別的に加熱することにより、２つの相全体で差別的膨張を得ることが可能であり、この２相の界面のクラック又は脆弱化を発生させることが可能である。これによって、鉱物が岩石から抽出され易くなる。所望の材料を抽出するための鉱石のマイクロ波後処理、例えば第１相の材料と第２相の材料とを分離するために、鉱石又は岩石の機械的前処理があることがさらに好ましい。
【００１９】
本発明者等は、極めて興味深い、工業的に有用な効果も発見した。マイクロ波で多相材料（又はその他の材料）を加熱することは、既に望ましいと考えられてきたよりも遥かに短い時間で済む。本発明者等は、先ずは、約１秒以下程度、材料を高強度マイクロ波に曝露してもよいが、恐らく、約１／２秒以下、又は約４分の１秒以下、又は約０．１秒以下、又は０．０１秒以下、又は約０．００１秒以下、又は恐らく、更に約０．０００１秒以下でもよい。第１相の材料及び第２相の材料の選択によるが、マイクロ波適用ゾーン内では材料への曝露は約１ｍｓ（ミリ秒）（以下）が望ましいかも知れない。その他の適用では、マイクロ波ゾーンの中で約０．１又は０．２秒間、マイクロ波に曝露することは、適度に高い出力密度で電力消費に対して最良の脆弱化効果となるかも知れない。我々が考えている典型的出力密度は、立方メートル当たり約１０１２ワット以上、又は更に１０１５又は１０１６Ｗｍ−３以上は更に良いかも知れない。
【００２０】
材料は、実際に電磁放射線に曝露される時間よりも長く、又は遥かに長い時間、処理ゾーンの中にある／処理ゾーンを通過することが可能であると考えられる。
【００２１】
本発明者等は、連続処理プロセスの場合、連続的な流れで材料をマイクロ波空胴に通過させることも可能であると考えた。マイクロ波空胴は、更に、高出力密度（例えば、１０１５Ｗｍ−３又は１０１６Ｗｍ−３以上）を発生する高電界を有していて、材料を高電場強度電磁波に通過させて短時間だけ高強度領域に滞留させることができる。このことは、処理機を通過する材料の処理量が増加することと、マイクロ波を材料にさほど長時間適用する必要がない知見を使って所望の効果を得ることの二重の長所を有する。この二重の長所には相乗効果がある。
【００２２】
ある実施態様では、この方法は、空胴の中でマイクロ波の定在波を発生すること、及び確実に複合材料が空胴内で定在波の最大強度の位置に又は近くの位置に配置されることを含む。
【００２３】
この方法は、複合材料を定在波の最大部（maxima）の位置に誘導する誘導手段を有してもよい。
【００２４】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、多相複合材料の第１相の材料及び第２相の材料の間の結合を弱める方法を提供することであり、この方法は、高出力密度のマイクロ波、又は高電場強度マイクロ波を約１／２秒以下又は１／４秒以下の曝露時間、複合材料に適用することを含む。
【００２５】
前記の定義における１／２秒以下又は１／４秒以下の指示により、本発明者等は、ある実施態様では１秒を除外し、他の実施態様ではなお約１秒を含める。
【００２６】
本発明のもう１つの実施態様により、本発明者等は：
マイクロ波処理ゾーン；
前記マイクロ波処理ゾーンに配置されたマイクロ波発生器；
材料が前記マイクロ波処理ゾーンの中を輸送されるのに適合する材料輸送装置であって、その配置が：
前記マイクロ波発生器は、少なくとも１０９Ｗｍ−３の出力密度でマイクロ波を放射するのに適合するようなものであること；
及び前記材料輸送装置は、前記材料が前記ゾーンの中で約１／２秒以下の時間、適用されるマイクロ波を受けるように充分速く前記材料が前記マイクロ波処理ゾーンの中を輸送されるのに適合すること、
を含む材料のマイクロ波処理装置を提供する。
【００２７】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、約１／２又は１／４秒以下である曝露時間、高出力密度マイクロ波、又は高電場強度マイクロ波、を材料に適用することを含む、材料のマイクロ波加工方法を提供する。
【００２８】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、約１／２又は１／４秒以下である曝露時間、高出力密度マイクロ波を材料に適用するのに適合するマイクロ波空胴を含む、材料の加工装置を提供する。
【００２９】
曝露時間は、所望の曝露時間に達するような速度で材料をマイクロ波空胴に通過させることによって得られるのが好ましい。
【００３０】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、約１／２又は１／４秒以下である曝露時間、高出力密度マイクロ波を多相複合材料に適用するのに適合するマイクロ波空胴を含む、前記複合材料の中の第１相の材料と第２相の材料の間の結合強度を弱める装置を提供する。
【００３１】
本発明者等は、１秒間ほど、又はそれより長く、鉱石をマイクロ波又はその他の放射線に曝露してもよく、これに対する保護も検討している。
【００３２】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、高出力密度を発生する高電場強度マイクロ波を、マイクロ波空胴又はゾーンを通過する鉱石又は岩石に連続して適用し、鉱石又は岩石を弱め、次いで連続的流れの鉱石又は岩石を機械的処理機に通して機械的に鉱石又は岩石を破損することを含む、鉱石又は岩石の連続加工方法を提供する。
【００３３】
マイクロ波はパルス状でもよく、連続してマイクロ波を適用することは、繰り返しパルスのマイクロ波を除くことを意味しない。
【００３４】
鉱石又は岩石を弱めるように、マイクロ波で前処理したのち機械的粉砕プロセスでこれらを破損するならば、全エネルギー消費量の減少――極めて大幅な減少――が可能である。
【００３５】
更に、連続プロセスはバッチプロセスよりも大きい処理量を有し、しかもバッチプロセスよりも大量に対処できる。これによって、連続プロセスは更に経済的に魅力が出て来る。
【００３６】
一旦、充分に高い電場強度が得られると、材料を短時間だけ高強度マイクロ波に曝露するのに充分に速い速度で連続的に材料をマイクロ波電場の中に流すことができる（それが、異なる相の間の結合を弱めるためであれ、他の目的であれ）ことは特に素晴らしく、（例えば、１／２又は１／４秒以下、恐らく、約１ｍｓ）、そして材料が短時間曝露されるという事により材料の単位当たりのコストが低減する、連続プロセスが存在するという事により処理量が増加する。材料がマイクロ波空胴／ゾーンを素早く流通しなければならないという事により処理量が増加する、そしてこれらの全ての事柄により材料プロセスの単位当たりの加工コストが低減する。
【００３７】
マイクロ波の電場強度、及び脆弱化／示差加熱を発生させるのに必要な曝露時間は関連がある；電場強度が高くなれば高くなるほど、曝露時間はそれだけ短くなることが必要である。
【００３８】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、高出力密度を発生させるのに高電場強度マイクロ波を連続して鉱石又は岩石に適用する手段、及びその次に鉱石又は岩石を破損するのに機械的に適合する機械的処理機に鉱石又は岩石の連続流を通すのに適合する供給手段を含む、鉱石又は岩石の連続加工装置を提供する。
【００３９】
本発明者等は、取り囲まれた望ましくない材料から鉱石及び鉱物を分離するには比較的大きい温度勾配が必要であると考えてきた。
【００４０】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、恐らくマイクロ波の定在波を使って第１相及び第２相を差別的に加熱することにより、第１相と第２相との界面で少なくとも１００℃の温度勾配を発生させることを含む、第１相の材料と第２相の材料との界面の脆弱化方法を提供する。
【００４１】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、第１相の材料と第２相の材料との界面を弱める装置を提供するのであって、この装置は、恐らくマイクロ波の定在波を発生させ、第１相及び第２相を差別的に加熱することにより、第１相と第２相との界面で少なくとも１００℃の温度勾配を発生させることができる。
【００４２】
定在波を発生させるために単一モード空胴を設置してもよい。
【００４３】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、マイクロ波の定在波及び最大電場強度の領域を発生させること、及び材料を最大電場強度の前記領域に配置させることを含む、材料の急速加熱方法を提供する。
【００４４】
本発明者等は、従来のキッチン用電子レンジで見られるのと類似の標準の多モードマイクロ波空胴は、多くの利点を有し、極めて広く利用されていて、極めて多くの領域で採用されている機器であるが、最大電場強度に達していないことが判った。多モード空胴は空胴の中で単一の定在波を発生させない――即ち、この空胴は、いずれの効果も均一に――又はより均一に達成するように空胴の端から端まで――空胴の容積全体にそのエネルギーを、慎重に、均一に、『行き渡らせる』。このことは、多モード空胴の設計者の方針である。しかしながら、本発明者等は、材料を加工するとき極めて高度の電場強度が要求されるときがあり得ること、及び妥当なコストで充分強力な多モード空胴機械がないとき、極めて高度の電場強度を得る最良の方法は、単一定在波を持続できる、そして必ず持続するマイクロ波空胴を使用することであると理解してきた。次いで、この単一定在波は、最大出力密度及び最小出力密度に見合う最大電場領域及び最小電場領域を有する（出力密度と電場強度との間には或る関係があり、電場強度は出力密度に対して１より大きい累乗――一般に２乗の関係で変動する）。次いで、本発明者等は、典型的なマイクロ波発生器（又はいずれかの特別な特定のマイクロ波発生器）で発生した最大電場強度を適用するために、加工対象の材料の位置を、定在波の最大部の位置とぴたりと合致させることが望ましいと考えた。このことは、一般に、空胴に対して材料の位置を調整することにより達成できるが、これとは別に、定在波を適切に調整することにより、空胴内部の材料の位置に合うように最大部の位置を移動することは理論的に可能である。単一モードのマイクロ波空胴を使用するのが好ましい。単一モードのマイクロ波空胴によって優れた定在波を得ることができる。
【００４５】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、多相複合材料の中の第１相の材料と第２相の材料の間の結合を弱める方法を提供するのであって、この方法は、マイクロ波を適用することにより第１相と第２相との界面で大きい温度勾配を誘発し、立方メートル当たり少なくとも１０９ワットの出力密度を発生させること、及び高電場強度の領域を有する定在波を発生させること、及びその高電場強度の領域に又は近くに材料を配置することを含む。
【００４６】
本発明の別の実施態様により、本発明者等は、多相材料に関して、他の材料から１つの材料を抽出するための後続作業より前に前記多相材料のマイクロ波前処理方法を提供するのであって、この方法は、時間当たり少なくとも５００トンの多相材料を処理できる速度で、マイクロ波放射線が存在している領域の中に前記多相材料の供給材料を連続的に提供すること、前記マイクロ波が少なくとも１０９、１０１０、１０１２、１０１３、又は１０１４Ｗｍ−３の出力密度を発生すること、前記材料が約２・３ｍｓ以下、又は１ｍｓ以下の合計曝露時間、マイクロ波に曝露されるように、複数のパルスのマイクロ波エネルギーを受ける間、前記材料はマイクロ波照射領域に存在していることであって、その場合、前記多相材料の全体積温度は差で約４０℃より多く上昇しないこと、及びその場合、熱応力が相境界間に発生し、それは異相間での結合を切断するのに十分な強さであり、さらに抽出対象の材料の相の化学的特性にさほど大きな変化を与えないことを含む方法を提供する。
【００４７】
マイクロ波は、２、３μｓ以下、又は何十若しくは何百μｓ以下の持続時間のパルスで適用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の実施態様は、添付図面を参照しながら単なる例の積りで以下に説明する。
【００４９】
表１は温度の関数とする比熱容量を示している。
【００５０】
【表１】
2005524514.tif 000003
【００５１】
表２は温度の関数とする熱伝導率を示している。
【００５２】
【表２】
2005524514.tif 000004
【００５３】
表３は温度の関数とする熱膨張率を示している。
【００５４】
【表３】
2005524514.tif 000005
【００５５】
表４はいろいろな鉱物の機械的特性を示している。
【００５６】
【表４】
2005524514.tif 000006
【００５７】
表５は材料の温度及び圧縮強度に及ぼすいろいろな加熱時間の効果を示している。
【００５８】
【表５】
2005524514.tif 000007
【００５９】
表６は表５と類似のファクタであるが、更に大きい出力密度の場合を示している。
【００６０】
【表６】
2005524514.tif 000008
【００６１】
表７は立方メートル当たり３×１０９Ｗと立方メートル当たり９×１０９Ｗとの間の多モード空胴の出力密度の場合の破損パラメータを示している。
【００６２】
【表７】
2005524514.tif 000009
【００６３】
表８は更に高い出力密度を持つ単一モードマイクロ波空胴の場合の破損パラメータを示している。
【００６４】
【表８】
2005524514.tif 000010
【００６５】
表９は引用した引用文献のリストである。
【００６６】
［表９］
引用文献
アールエイ・ベアマン（R.A.Bearman）、シーエイ・ブリッグズ（C.A.Briggs）及びティー・コジョビック（T.Kojovic）「粉砕挙動の予測への岩石力学パラメータの適用（The application of rock mechanics parameter to the prediction of comminution behaviour）」、
ミネラルズ・エンジニアリング（Minerals Engineering）、１９９７年、第１０巻、第３号、ｐ．２５５〜２６４。
アールエイ・ベアマン（R.A.Bearman）、「モードＩ破壊靭性の迅速評価のための点載荷試験の利用（The use of the point load test for the rapid estimation of Mode I fracture toughness）」、インターナショナル・ジャーナル・オブ・ロック・メカニックス・アンド・マイニング・サイエンシーズ（International Journal of Rock mechanics and Mining Sciences）、１９９９年、ｐ．２５７〜２６３。
ゼッドティー・ビエニアウィスキー（Z.T.Bieniawski）、「エンジニアリング方式における点載荷試験（The Point Load Test in Engineering Practice）」、エンジアニアリング・ジオロジー（Engineering Geology）、１９７５年、９、ｐ．１〜１１。
イー・ブロッホ（E.Broch）、ジェイエー・フランクリン（J.A.Fraklin）、「点載荷強度試験（The Point Load Strength Test）」、インターナショナル・ジャーナル・オブ・ロック・メカニックス・アンド・マイニング・サイエンシーズ（International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences）、１９７２年、第９巻、ｐ．６６９〜６９７。
ティーティー・チェン（TT.Chen）、ジェイイー・ドゥトリザック（JE．Dutrizac）、ケーイー・ハーキュー（KE.Haque）、ダブリュウ・ウィスラウジル（W.Wyslouzil）、エス・カシャップ（S.Kashyap）、「マイクロ波照射に対する鉱物の相対透明度（The Relative Transparency of Minerals to Microwave Radiation）」、カナディアン・メタラジー・クォータリー（Can.Metall.Quart.）１９８４年、第２３巻、第１号、ｐ．３４９〜３５１。
ピーシー・ハリソン（P.C.Harrison）、「鉱物に及ぼす２．４５ＧＨｚマイクロ波放射線の加熱効果の基礎研究（A fundamental study of the heating effect of 2.45GHz microwave radiation on minerals）」、バーミンガム（Birmingham）大学、博士論文。
イタスカ(Itasca)「連続体の高速ラグランジュ解析（Fast Langrangrian Analysis of Continua）」バージョン３．３、１９９５年、イタスカ・コンサルティング・グループ・インコーポレーション（Itasca Consulting Group Inc）、米国、ミネソタ州、ミネアポリス市。
エスダブリュ・キングマン(S.W.Kingman)、「鉱物及び鉱石の粉砕及び選鉱に及ぼすマイクロ波照射の効果（The Effect of Microwave Radiation on the comminution and beneficiation of minerals and ores）、バーミンガム（Birmingham）大学、博士論文。
エスダブリュ・キングマン(S.W.Kingman)、ダブリュ・フォルスター（W.Vorster）、エヌエイ・ロウソン（N.A.Rowson）、「マイクロ波支援型粉砕に及ぼす鉱物学の影響（The Influence of Mineralogy on Microwave Assisted Grinding）」、ミネラルズ・エンジニアリング（Minerals Engineering）、２０００年、第１３巻、第３号、ｐ．３１３〜３２７。
ティジェイ・ナピエル−ムン(TJ.Napier-Munn)、エス・モレル(S.Morell)、アールディ・モリソン(R.D.Morrison)、ティ・コジョビック(T.Kojovic)、「鉱物粉砕回路、その操作及び最適化、採鉱及び選鉱のジェケイエムアールシーモノグラフ・シリーズ（Mineral Comminution Circuits,Their Operation and Optimisation,JKMRC Monograph Series in Mining and Mineral Processing）２」、１９９６年、ジェイケイエムアールシー（JKMRC）、オーストラリア、クイーンズランド市。
エム・ローデス(M.Rhodes)、「粒子工学概論(Introduction to particle Technology)」、１９９８年、ジョン・ワイリー・サンズ・リミティッド(John Wiley Sons Ltd.)、英国、チチェスター市。
ジェイビー・サルスマン（J.B.Salsman）、アールエル・ウィリアムソン（R.L.Williamson）、ダブリュケイ・トレイ（W.K.Tolley）及びディーエイ・ライス（D.A.Rice）「散在型硫化物鉱石のショート・パルス・マイクロ波処理（Short-Pulse Microwave Treatment of Disseminated Sulfide Ores）」、ミネラルズ・エンジニアリング（Minerals Engineering）、１９９６年、第９巻、第１号、ｐ．４３〜５４。
ティジェイ・ビーゼイ(TJ.Veasey)及びケー・フィッツギボン(KE.Fitzgibbon)、「鉱物の熱支援型単体分離−総説(Thermally Assisted Liberation of Minerals−A Review)」、ミネラルズ・エンジニアリング(Minerals Engineering)、１９９０年、第３巻、第１／２号、ｐ．１８１〜１８５。
ジェイダブリュ・ウォルキウィッツ(JW.Walkiwiez)、ジー．カゾニッヒ(G.Kazonich)、エスエル・マックギル(SL.McGill)、「選択した鉱物及び化合物のマイクロ波加熱特性(Microwave Heating Characteristics of Selected Minerals and Compounds)」、ミネラルズ・アンド・メタラジカル・プロセッシング(Minerals and Metallurgical Processing)、１９８８年、第５巻、第１号、ｐ．３９〜４２。
【００６７】
図１（Ａ）は、第２材料である母相１４の中に埋め込まれた第１材料である結晶１２を含む岩石材料１０を示している。第１材料及び第２材料の例は、第１材料として金属酸化物（例えば、磁鉄鉱、チタン鉄鉱又は赤鉄鉱）、又は金属硫化物（例えば、銅、鉄、ニッケル、亜鉛又は鉛）、及び第２材料として、恐らく、ケイ酸塩、長石、又は方解石でもよい。これらの例は、拘束力はなく、単なる例に過ぎないと考えられる。第３、又は第４、又はその次があってもよく、材料１６も岩石材料１０の中に存在している。従って、岩石材料１０は、これらの間の粒界１８を有する多相材料を含む。
【００６８】
図１（Ｂ）は、本発明に従ってマイクロ波で処理された後の岩石材料１０を示している。粒界は応力及びひずみのクラック／転位／領域の存在によって弱くなったので、第１材料１２の結晶又は領域は、今では材料１４との結合は弱くなっている。これらは２０で表されている。更に、第１材料領域１２の内部にクラック２２も、そして第２材料１４の中にクラック２４も存在する。
【００６９】
岩石の中の２種類の鉱物相の間の粒界の正確な性状はよく判らないが、その性状は、２種類の規則化した種の間は不規則領域であると思われる。もしこれが事実ならば、粒界は弱い領域と考えることは賢明であろう。しかしながら、粉砕の生成物によると、粒界は強い領域であり（選鉱工程では粒内破壊はありふれている）、別の種からの或る種の単体分離に悪影響を及ぼすことがあることが示唆される。従って、理論では粒界は弱い領域の筈であるかも知れないが、従来の粉砕のやり方では粒界は特に強いことを示唆している。しかしながら、マイクロ波エネルギーが粒界の周辺にミクロクラックを誘発することができるならば、必要な粉砕エネルギーは減少し、有用な鉱物の単体分離が向上するだろうと想像されてきた。
【００７０】
クラックが粒界で起こることが予想される理由は、２種類の材料相の差別的加熱による。これらの２種類の相は、マイクロ波から差別的にエネルギーを吸収し、そして熱応力を含めて、異なる速度で温度が変化すると予想される。しかしながら、現在まで、このことが実際に効率よく起こったことはなかった。
【００７１】
本発明により、このことが起らなかった理由は、異なる材料相の間の温度勾配が充分に大きくないことによると考えられた。本発明者等は、より大きい温度勾配を得るために、より高い電場強度／出力密度を使用しなければならないと考えた。本発明者等が考えているタイプの出力密度は、恐らく、約１０１６Ｗｍ−３、１０１５Ｗｍ−３、又は１０１４Ｗｍ−３であり、或いは（例えば）幾つかの用途では１０１４Ｗｍ−３である。空胴の設計及び材料の誘電性によるが、本発明者等は、約１０５Ｖｍ−１〜１０７Ｖｍ−１、恐らく、０．０５×１０６Ｖｍ−１の範囲の電場を発生することが可能である。勿論、これらの数字は単なる例に過ぎず、拘束性はなく、しかも限定的とする意図はない。
【００７２】
数値モデル化は、地力学２−Ｄ（次元）有限差分モデル化ソフトウェアアプリケーション、FLACバージョン３．３（イタスカ（Itasca）１９９５年）を使って行なった。モデルドメインは、幅１５ｍｍ、高さ３０ｍｍの区画を表す領域から成っていて、この区画は各辺が０．０４ｍｍの個別の正方形ゾーンに細分割されていた。モデルドメイン内部の黄鉄鉱粒子の位置は、無作為に生成され、比較的散在している鉱体となっていた、図５を参照されたい。このタイプの散在は、マイクロ波加熱に敏感であることは既に示されている。モデル化のために使用した「鉱物学」又は組織は、実物の簡略版でよいと考えられる。しかしながら、検討の目的は、鉱物学ではなく、強度低下の程度に及ぼす出力密度の影響を決めることである。従って、鉱物学又は組織が両方の試験に対して同じである限り、データは実際にほぼ近いことがあり得る。しかしながら、重要なことは、シミュレーションされた鉱石が、マイクロ波加熱に敏感な種も敏感でない種も両方を含むことである。
【００７３】
有限差分モデル化は下記の５つの主要な段階から成っていて、下記で更に詳細に説明する：
１．２つの異なる鉱物相のマイクロ波加熱
２．加熱工程での鉱物間の非定常熱伝導
３．熱的に誘発されたピーク応力及びひずみの決定
４．材料破損及びひずみ軟化と関連する熱損傷のモデル化
５．マイクロ波加熱による一軸圧縮強度の低下を評価するための一軸圧縮強度試験のシミュレーション。
【００７４】
段階１：マイクロ波加熱
マイクロ波加熱によって材料の中に蓄積される熱エネルギーの量（電力吸収密度）は、内部電場強度、マイクロ波放射線の周波数、及び材料の誘電特性によって決まる。
【００７５】
材料の単位体積当たりの電力吸収密度は、数式１から近似できる。
【００７６】
【数１】
2005524514.tif 000011
【００７７】
［式中、
Ｐｄは出力密度である（ワット／ｍ３）
ｆはマイクロ波放射線の周波数である（ヘルツ）
ε０は自由空間の誘電率である(８．８５４×１０−１２Ｆ／Ｍ)
ε″ｒは材料の誘電損率である
Ｅ０はマイクロ波放射線の電場部分の大きさである（ボルト／ｍ）］
【００７８】
方解石のマイクロ波吸収係数は黄鉄鉱のその係数より実質的に小さいので、モデル化過程では方解石母相のマイクロ波加熱を想定せずに黄鉄鉱粒子の選択的加熱だけとした。チエン（Chen）（１９８４年）及びハリソン（Harrison）（１９９７年）の初期の研究が、この想定は現実的であることを示している。
【００７９】
黄鉄鉱の誘電損率、ε″ｒ、は温度に依存することが判っている（サルスマン（Salsman １９９５年））。黄鉄鉱の出力密度を決めるに当たって、図６に示されているε″ｒと温度との関係を利用した（サルスマン（Salsman １９９５年））。
【００８０】
当初の一連のモデルに対して、２．６ｋＷ、２．４５ＧＨｚの多モードマイクロ波空胴内部での黄鉄鉱の加熱に対していろいろな温度での出力密度が得られた。計算した出力密度は、３００°Ｋでの３×１０９ワット／ｍ３と６００°Ｋを超える温度での９×１０９ワット／ｍ３との間で変動した（図７）（キングマン(Kingman)、１９９８年）。鉱石体試料の初期温度は３００°Ｋとすることにした。
【００８１】
段階２  マイクロ波加熱過程の非定常熱伝導のモデル化
加熱過程でのマイクロ波熱エネルギーの非定常伝導は、アルゴリズムとして書かれた明示(explicit)有限差分法を使ってモデル化した。
【００８２】
熱伝導のモデル化における基本概念は、熱エネルギー束がゾーンと、それに直接隣接する４個のゾーンとの間で起こってもよいことである。熱エネルギー束の方向、即ちゾーンへの出入り、及び熱エネルギー束の大きさは、ゾーンの間で存在する温度勾配及びゾーンの熱伝導性によって決めた。境界条件は、熱エネルギーが材料から失われない、即ち材料が充分に絶縁されていると仮定するような条件であった。
【００８３】
ゾーンの間の熱エネルギー流を決めるのに使用した基本法則は、フーリエ（Fourier）の法則であり、これは数式２として与えられた：
【００８４】
【数２】
2005524514.tif 000012
【００８５】
［式中、ｑは熱流束ベクトルである（ジュール／秒／ｍ）
Ｋは熱伝導率テンソルである（ｗ／ｍ．℃）
Ｔ（ｄｉｆｆ）は温度差である（℃）］
【００８６】
従って、時間増分、Δｔ、当たりの蓄積エネルギーの変化は数式３によって与えられる
【００８７】
【数３】
2005524514.tif 000013
【００８８】
Δβ＝Δｔ．ｑ  [式中、Δβは蓄積エネルギーの変化量である（ジュール）。]
【００８９】
側面長さｌの正方形ゾーンｉ、ｊ、の明示有限差分形でこれを表すと：
【００９０】
【数４】
2005524514.tif 000014
【００９１】
［式中、Ｋ（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの熱伝導率である
Δｔは時間増分である（秒）
ｌはゾーンの側面の長さである
Ｔ（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの温度である。］
【００９２】
所与の時間増分、Δｔ、に対する熱エネルギー（ジュール）と温度（°Ｋ）との間の関係は数式５によって与えられる：
【００９３】
【数５】
2005524514.tif 000015
【００９４】
［式中、ΔＴ（ｉ，ｊ）＝ゾーンｉ、ｊの温度変化（°Ｋ）
ｍ（ｉ，ｊ）＝ゾーンｉ、ｊの質量（Ｋｇ）
Ｃ（ｉ，ｊ）＝ゾーンｉ、ｊの比熱（ジュール／Ｋｇ．Ｋ）］
【００９５】
従って、各時間増分の終点では熱伝導及びマイクロ波加熱による各ゾーンの新規温度は数式６を使って決められる：
【００９６】
【数６】
2005524514.tif 000016
【００９７】
［式中、Ｔ（ｉ，ｊ）（ｎ）は時間増分ｎにおけるゾーンｉ、ｊの温度である
Ｐｄ（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの出力密度である］
【００９８】
規定された加熱時間、ｈｔ、に対するマイクロ波加熱及び熱伝導は、方程式７が満足されるまで数式４、５及び６を再帰的に繰り返すことによりシミュレーションした。
【００９９】
【数７】
2005524514.tif 000017
【０１００】
［式中、ｎは時間増分数
Δｔは時間増分である（秒）
ｈｔは加熱時間である（秒）］
【０１０１】
時間増分、Δｔ、は数値安定性を確保するために２．５×１０−４秒に限定したが、これ自体、ゾーンの中を伝播するための熱拡散前面にとって必要な固有時間の尺度に対応している。
【０１０２】
方解石及び黄鉄鉱の熱伝導率及び比熱特性は温度によって変動（ハリソン（Harrison）１９９７年）し、表１及び２の中に参考として記載されている。
【０１０３】
熱的／機械的結合
段階３  熱励起ひずみ及び応力
加熱間隔の終点で、周囲のゾーンによる完全な拘束及び等方性膨張を仮定すると、ゾーン内部の熱誘起ひずみは数式８で与えられる。
【０１０４】
【数８】
2005524514.tif 000018
【０１０５】
［式中、ε（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの中のひずみである。
α（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの熱膨張率（１／°Ｋ）である
Ｔｎ（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの最終温度である
Ｔｌ（ｉ，ｊ）はゾーンｉ、ｊの初期温度である］
【０１０６】
黄鉄鉱及び方解石の熱膨張率は温度に依存することも判っている（ハリソン（Harrison）１９９７年）。表３は、方解石及び黄鉄鉱の場合のモデル化物の範囲内で想定され、実施されたいろいろな温度での熱膨張率の概要である。
【０１０７】
次に、ゾーン内部での計算上の熱誘起応力は、等方性弾性挙動に対するヘク（Hoek）の法則を使って決めることができる(数式９)。
【０１０８】
【数９】
2005524514.tif 000019
【０１０９】
［式中、σ（ｉ，ｊ）＝完全拘束体と仮定した、ゾーンｉ、ｊ内部の等方性熱誘起応力
Ｅ（ｉ，ｊ）＝ゾーンｉ，ｊのヤング率
ν（ｉ，ｊ）＝ゾーンｉ，ｊのポアッソン比］
【０１１０】
熱誘起応力の再分布
材料のドメイン全域で静的力学的平衡状態を得るには熱誘起応力及びひずみの再分布が必要であった。平衡分布を得るために静的力学解析のためのFLACのデフォルト計算モードにモデルで各命令を実行した。このデフォルトモードは節点ひずみ速度(nodal strain rate)、速度及び力に関連するニュートン（Newton）の運動法則を利用して明示時間進行（time-marching）有限差分計算を行なう（イタスカ（Itasca）１９９５年）。材料は、ヤング率、ポアッソン比及び密度によって決まる機械的特性を有する線形等方性弾性媒体として挙動すると仮定した(表４)。
【０１１１】
段階４  材料破損及びひずみ軟化と関連する熱損傷のモデル化
静的平衡が得られたとき、応力が材料の強度を超える場合の脆い破壊のモデル化は、鉱石体の構成挙動を、塑性ひずみ軟化を有する弾塑性材料としてシミュレーションすることにより行なった。材料の強度は、１２５ＭＰａの一軸圧縮強度、及び線形のモール・コロンボ（Morh-Coulomb）強度指標と関連のせん断強度を有する極めて強く脆い結晶性石灰石として近似化した（数式１０）。
【０１１２】
【数１０】
2005524514.tif 000020
【０１１３】
［式中、τはせん断強度である
σｎはせん断面に垂直に作用する法線応力である
Φは材料の摩擦角である
ｃは材料の凝集強さである。］
【０１１４】
破損するとき、材料は１％のひずみの後に得られる最終残留強度を持ちながら塑性変形される脆い線形ひずみ軟化媒体として挙動すると考えられた（表４）。
【０１１５】
段階５  熱損傷試料での一軸圧縮強度試験のシミュレーション
モデル化された材料内部の一軸圧縮強度及び材料内部の破壊の動向に及ぼす加熱の影響は、熱損傷モデルについての一軸圧縮強度試験のシミュレーションによって予測した（図８）。
【０１１６】
材料は面方向の外部では連続しているとみなし、平面ひずみ解析としてシミュレーションを行なった。シミュレーションは、モデルドメインの上部及び基底部に配置されたグリッド点に一定速度を適用することにより行なったが、左右の両境界部は自然のままであった。このことは、変位制御型一軸圧縮強度試験と似ている。試験中に試料内部の荷重−変形の関係を監視するために、上部及び底部の境界部での平均応力条件の履歴ファイルを作成した。試料が軸方向に約０．２％のひずみをするまでモデルを試験した、その結果、モデルは破損強度の予報を出し、試料についての幾つかのひずみ軟化の詳細が得られた。
【０１１７】
数値モデル化の結果
マイクロ波加熱時間
方解石鉱石及び黄鉄鉱鉱石の強度に及ぼすマイクロ波加熱の効果を決めるために、非加熱試料、及びマイクロ波加熱時間が１秒、５秒、１５秒及び３０秒の試料について数値モデル化を行なった。試料は、多モードマイクロ波空胴の中で３００°Ｋでの３×１０９ワット／ｍ３から、６００°Ｋを超える温度での９×１０９ワット／ｍ３まで変化させた出力密度で処理したと想定した。
【０１１８】
温度分布
４種類の各時間間隔に対するモデル化温度分布を図９に示している。最高温度及び温度勾配は、黄鉄鉱粒子がクラスター化する場合に発生することを図から知ることができる。表５は、各温度増分に対するモデル化試料内部の温度分布を要約している。
【０１１９】
２．６ｋＷのマイクロ波空胴内部の黄鉄鉱粒子を加熱するのに必要な時間の長さによって、蓄積熱エネルギーが黄鉄鉱から周囲の方解石ホストへの伝導を起こすことが予測された。３０秒のマイクロ波加熱時間の後には方解石ホストは加熱されて６００°Ｋを超えた。この伝導は、鉱石試料内部で発生した温度勾配を緩やかにする、従って、試料内部で熱によって発生する応力を減少させることを示している。
【０１２０】
一軸圧縮強度に及ぼすマイクロ波加熱の効果
鉱石試料の一軸圧縮強度に及ぼすマイクロ波処理の効果を図１０に示し、表５に要約している。図１１は、マイクロ波加熱時間に対してプロットした鉱石材料の一軸圧縮強度を示し、１秒及び５秒の加熱間隔は材料の一軸圧縮強度に殆んど影響を及ぼさないことが判る。１５秒及び３０秒のマイクロ波加熱時間と共に強度が更に著しく低下することが予測された。このデータは、加熱速度が、鉱石材料の強度を超える熱応力を発生する大きさの局所的温度勾配を誘起するのに不充分であったと言う事実によるものと考えてよい。従って、鉱石体のモデル化した強度低下は、異なる熱膨張係数によって試料の強度を上回る応力を発生する黄鉄鉱及び方解石材料の差別的膨張によるものと考えてよい。
【０１２１】
せん断断面のパターン
一軸圧縮試験後のモデル化試料の内部で成長する、シミュレーションしたせん断断面のパターンも関心がある。これらのパターンは、マイクロ波加熱時間が１、５、１５及び３０秒の各試料の場合を図１２として示されている。マイクロ波加熱試料の内部で成長する破壊パターンは、非加熱試料で見られる破壊パターンと似ていた、即ち負荷の方向に約２５°傾斜している連続せん断断面から主に成っていた。
【０１２２】
マイクロ波出力密度増加の効果
出力密度及び加熱時間間隔
鉱石試料内部での温度分布、一軸圧縮強度及びせん断断面の動向に及ぼすマイクロ波出力密度の増加の効果を評価するために、１×１０１１ワット／ｍ３のマイクロ波出力密度を黄鉄鉱材料に負荷した。この出力密度は、単一モード空胴の中で黄鉄鉱のマイクロ波加熱によっていとも簡単に得ることができる範囲内にあるけれども、２．６ｋＷ、２．４５ＧＨｚのマイクロ波空胴を使って発生する出力密度より約１０〜１５倍大きかった（サルスマン（Salsman １９９５年））。この出力密度は、１５ｋＷの電力レベルで、２．４５ＧＨｚでマイクロ波エネルギーによって供給される単一モード空胴によって得られると考えられる（この電力ではこのレベルの出力密度は容易に入手可能である）。方解石ホスト材料は、マイクロ波エネルギーによって加熱されないと考えられた。より高い出力密度によって、０．０５、０．２５、０．５及び１秒と言う更に短い加熱時間が考えられた。
【０１２３】
温度分布
４種類の各時間間隔に対する鉱石試料内部のモデル化した温度分布を図１３として示している。この図は、黄鉄鉱粒子内部で著しく高い温度が発生したことを示している。２．６ｋＷのマイクロ波空胴と比較して短い加熱時間では熱伝導度が低下し、従って方解石の母相の加熱量は減少した。これによって鉱石試料内部には著しく大きい温度勾配が発生した。モデル化によって得られた鉱石試料内部の温度を表６に要約している。
【０１２４】
一軸圧縮強度に及ぼすマイクロ波加熱の効果
鉱石試料の一軸圧縮強度に及ぼすマイクロ波加熱の効果を図１４に示している。２．６ｋＷのマイクロ波空胴内部での強度の低下と比較して、出力密度が大きくなると強度の著しく大幅な低下が発生し、しかも強度低下の大部分は極めて急速に起こる（マイクロ波加熱の０．０５秒以内）ことが図１５から知ることができる。モデル化の結果は表６に要約している。
【０１２５】
せん断断面のパターン
０．０５、０．２５、０．５及び１秒の各加熱間隔に対して、シミュレーションされた一軸圧縮試験後に鉱石試料内部で成長するせん断断面のパターンを図１６として示している。この図は、非加熱試料及び２．６ｋＷのマイクロ波空胴での加熱試料とは違って、せん断断面は、不規則であり黄鉄鉱と方解石との間の粒界に沿って集中していることを示している。このことは、相対的に加熱されない方解石母相の内部の黄鉄鉱粒子の急速な局所的加熱及び膨張によって、これらの粒界に沿って成長する熱的に高度に誘起された応力によるものと考えてよい。
【０１２６】
考察
理論上の鉱石(theoritical ore)に及ぼすマイクロ波出力密度の影響を実証した。数値シミュレーションでは、選択した誘電材料が、適用されるエネルギーの大部分を吸収するように作られ得るならば、圧縮強度の大幅な低下を達成できることを極めて明瞭に示している。粉砕と関連してこれを更に説明するために、（ブロッホ（Broch）及びフランクリン（Franklin）１９７２年及びビエニアウスキー（Bieniawski）１９７５年）によって開発され、極めてよく知られている関係を使って、モデル化したＵＣＳデータから点載荷指数(point load index)（Ｉｓ（５０））を計算した。使用した数式１１は：
【０１２７】
【数１１】
2005524514.tif 000021
【０１２８】
［式中、Ｉｓ（５０）＝５０ｍｍのコア(core)に補正された点載荷強度
Ｋ＝２４
ＵＣＳ＝一軸圧縮強度
であった。］
【０１２９】
この解析の結果は図１７及び１８に示している。図１７は、比較的低い出力密度の場合のマイクロ波加熱時間対点載荷指数の影響を示している。マイクロ波曝露時間が延びるにつれて、点載荷指数は著しく減少することをはっきりと見ることができる。このことは図１８にも当てはまり、この図では、比較的大きい出力密度に曝露された鉱石の場合のマイクロ波加熱時間対点載荷指数を示している。図１１及び１５のＵＣＳ試験について言えば、点載荷指数の減少は、比較的大きい出力密度では、非処理の場合の５．２５から丁度０．２秒後の１．２５まで特に著しい。
【０１３０】
点載荷指数によって、Ｅｃｓ（比粉砕エネルギーＫＷｈ／ｔ）とｔ１０（ｔ１０は初期平均粒度の１０分の１の通過パーセンテージである）との関係の迅速な予測が可能なので、この指数は選鉱エンジニアにとっては特に関心がある（ビアマン（Bearman）等、１９９７年）。ｔ１０は、ｔ１０の値が大きくなるにつれて、生成物は細かくなることを示す粒度指数として解釈できる。しかしながら、実際、ｔ１０の値は粉砕鉱石の粒度分布を再現するのに使用できる。ｔ１０値は、次の数式によって比粉砕エネルギーと関連がある（ナピエル−ムン（Napier-Munn）等、１９９６年）：
【０１３１】
【数１２】
2005524514.tif 000022
【０１３２】
［式中、Ａ及びｂは材料の比破損パラメータである。Ａはｔ１０の理論的限定要因であり、ｂはＥＣＳ対ｔ１０  ｐｌｏｔ］の勾配である。］特定の材料のＡ及びｂを決めることによって、特定のエネルギー入力に対する特定の粒度分布の計算に繋げることができる。
【０１３３】
点載荷指数が、モード１の破壊靭性と密接に関連することは既に明らかにされている（ベアマン（Bearman）１９９９年）。ベアマン（Bearman）は、
【０１３４】
【数１３】
2005524514.tif 000023
【０１３５】
［式中、
Ｋｉｅ＝モード１の破壊靭性（ＭＮ／ｍ３／２）
を示した。］
【０１３６】
モード１の破壊靭性は、破損パラメータＡ及びｂと極めて重要な相関性を有することも明らかにされている（ベアマン（Bearman）等、１９９７年）。
【０１３７】
【数１４】
2005524514.tif 000024
【０１３８】
【数１５】
2005524514.tif 000025
が示された。
【０１３９】
表７は、０、１０及び３０秒の各時間に、２．６ｋＷのマイクロ波放射線に曝露された理論上の鉱石の場合の破損パラメータの計算値を示している。表８は、更に高い出力密度で処理した同じ鉱石の場合の破損パラメータの計算値を示している。このデータを数式１１と組み合わせて使用し、ｔ１０に及ぼすＥＣＳの影響を計算した。この計算には、０、０．２５、１及び２．５ｋＷｈ／ｔの各エネルギー入力値を使用した。明確にするために、非処理の場合と最も極端な処理時間、即ち３０秒と０．０２秒の場合のデータだけを示している。図１９は、ＥＣＳ対ｔ１０のグラフに及ぼす出力密度の影響を示している。出力密度が増加するにつれてプロットの勾配は著しく増加し、ｔ１０の理論的限界値は、遥かに低いエネルギー入力値にも達しようとすることが判る。簡単に言うと、このことは、或る設定された比粉砕エネルギー入力値に対して、低い出力密度で処理された理論上の鉱石は、高い出力密度で処理された理論上の鉱石よりも遥かに粗い生成物を製出することを意味する。加熱材料の質量が１ｋｇであると仮定すると、各々の場合の試料のエネルギー入力値は、多モードマイクロ波空胴の中で３０秒間加熱された２．６ｋＷでの処理試料の場合：
【０１４０】
２．６×０．５／６０×１０００／１＝１２５ｋＷｈ／ｔ
【０１４１】
一方、単一モードマイクロ波空胴の中で０．２秒間加熱された１５ｋＷでの処理試料の場合：
【０１４２】
１５×３．３３×１０−３／６０×１０００／１＝０．８３２５ｋＷｈ／ｔ
である。
【０１４３】
このことは、鉱石の粉砕に及ぼす出力密度の影響を明確に示している。
【０１４４】
この考察の目的は、鉱物の粉砕に及ぼす出力密度（又は電場強度）の影響を説明することである。モデル化段階で使用される表面組織は、正確には「実際の」鉱石に似ていないと考えられる。しかしながら、この鉱石は、以前に処理された実際の鉱石に似たような挙動をした（キングマン(Kingman)等、２０００年）。また、破損パラメータＡの場合に得られた値は、典型的な硬質岩石鉱石の場合に期待されるこの種の値に似ている（ナピエル−ムン（Napier-Munn）等、１９９６年）。エネルギー入力値を大幅に下げた場合、出力密度を増加すると、著しく大きな応力が発生することが判った。このことは、マイクロ波支援型粉砕フローシートの開発に関して重大な関連問題を含んでいる。高出力密度の空胴を使用すると、特に熱的支援型粉砕の付加的メリットと組み合わされるとき、鉱物のマイクロ波処理はメリットを出すことが結論付けられる。
【０１４５】
考察した引用文献を表９に示している。
【０１４６】
重大さに初めて気が付いた前記の理論的考察は、岩石試料についての短期間、高電場強度、定在波マイクロ波の実用試験で追跡を行なった、すると岩石試料は実際に結晶粒界に沿って確実に破損する。クラックは粒界に沿って現われた――これは非常に励みになっている。
【０１４７】
本発明者等が気付いたことは、鉱物の予備処理は、従来のマイクロ波炉で見られるのと類似の標準の多モードマイクロ波空胴を使用してきたことである。多モード空胴は、機械的には単純であるけれども、効率が劣り、電場強度が比較的低いことが難点である。本発明者等は、高電場強度が高電力吸収には不可欠であり、粒界でクラック／脆弱化を発生させるには不可欠であると結論付けた。本発明者等は、異なる相を『緩く』加熱することは適当ではないと結論付けた、その理由は、加熱が緩いと温度勾配が緩くなる時間ができるからである。本発明者等が望むことは、粒界で、より大きいひずみ／応力を誘起するように大きい温度勾配が急速に発生されることである。これは、高出力密度マイクロ波照射を行うことによって、より達成される。
【０１４８】
これを実現する１つの方法は、標準多モード空胴を使用するよりも、むしろ単一モード空胴を使用することによる。詳しくは、この空胴は、内部には正確な電磁場分極のマイクロ波信号が誘起されて多重反射が行なれる金属容器を含む。反射した入射波の重ね合わせによって、空間で極めてよく定義された定在波パターンが発生する。電磁場形状を正確に知ることにより、処理対象の岩石／その他の材料の誘電材料を最大電場強度の位置に配置でき、最高加熱範囲を得ることができる。単一モード空胴は多モード空胴ほどの多様性はなく、本発明者等は、多モード空胴での従来の優位性に従うことなく単一モード空胴を使用することにより、遥かに高い電場強度を得ることができることに気が付いた。更に、処理プロセス設備の中で必要とされる個所に最大電場強度領域を発生させるように単一モード空胴を調整することが可能である。
【０１４９】
しかしながら、充分な出力密度の発生を可能にする多モードタイプの空胴が入手できるならば、単一モード空胴／最大電場強度位置での材料の配置は不必要となり、今度はこの多モードタイプになる。従って、多モードタイプの空胴内部で発生する出力密度が充分に高いならば、本発明者等はこのタイプの空胴を選択する。
【０１５０】
実際、極めて高い電場強度を得ることにより、本発明者等は、マイクロ波に透明であると従来から思われている材料を加熱できる。
【０１５１】
多モード空胴で従来から達成されているよりも遥かに高い（例えば、１０１５Ｗ／ｍ３）出力密度を得ることにより、本発明者等は、粒界の端から端まで、既に達成されているより遥かに高い温度勾配を極めて速やかに達成する。
【０１５２】
本発明者等は、実証試験で、０．１秒未満の曝露時間で、強度が５０％、そして６０％さえも変化することを観察した。本発明者等は、必要とされるものを得るためにマイクロ波に何十秒も曝露させる必要はないと言う原理を明らかにした。
【０１５３】
図３（Ａ）は、単一モードのマイクロ波空胴３０を図示している。この例では、この空胴は選鉱用には好適である。３２で概略図示されている鉱物が入口チャンネル３６を経てマイクロ波前処理ゾーン３４に入る。図３で示している例では、配置は縦型であり、鉱物塊／鉱物片３２（一般に最大寸法で約１５ｃｍまではよい）は、重力のもとで落下して入口チャンネル３６を通過し、前処理ゾーン３４を通り、そして３４を通過して出口チャンネル３８から出る。配置は縦型でも、又は垂直に対する傾斜型（鉱物の供給速度を遅くするために）でも、又は水平型でもよい。
【０１５４】
マイクロ波発生器４０は、マイクロ波チャンバー４２の中に取付けられていて、鉱物３２の流れはマイクロ波チャンバー４２を通過し、前処理ゾーン３４を通過する。
【０１５５】
反射体、又はマイクロ波短絡同調器、４４は、マイクロ波発生器４０と向かい合った位置に取付けられている。もう１つの反射体４６は、マイクロ波発生器４０に取付けられている（この反射体４６は、随意でよい）。マイクロ波反射面４８もマイクロ波チャンバー４２の内側を覆っている。
【０１５６】
マイクロ波発生器４０は、４９ａとして概略図示されていて、典型的には２．４５ＧＨｚ、又は９１５ＭＨｚ（一般に入手可能なマイクロ波マグネトロン周波数）のマイクロ波を放射する。マイクロ波発生器は、連続でもパルス型モードでもマイクロ波を放射することが可能である。マイクロ波は、反射体４４で反射され、そして４９ｂとして概略図示されている反射波は、マイクロ波発生器４０によって放射された前進波と干渉し、定在波パターンを発生させる。この定在波パターンは、少なくとも１個の最大部５２（出力密度が最大となる領域）及び最小部（minima）（出力密度が最小となる領域）を有する。
【０１５７】
最大電場強度が望まれるので、種々の材料の最速加熱速度と、更に最速の差別的加熱を得るように、本発明者等は、鉱物３２が前処理ゾーン３４を通過する場所に最大値５２が確実に存在するようにする。或いは、言い換えると、本発明者等は、材料３２が、電場強度として最高／充分に高い場所にある処理ゾーン３４を通過することを確保する。本発明者等は、最大部が生じる場所又は材料が空胴内に配置される場所のどちらか、或いはその両方を管理できる。定在波には１個だけの最大部が存在すればよい。
【０１５８】
本発明者等は、マイクロ波発生装置を備え、導波路を通してマイクロ波エネルギーを空胴に適用し、この空胴をマイクロ波発生装置（マグネトロン）と連結、そして調整し、処理対象の材料が空胴の中で存在すべき領域の電場強度を最大化する。
【０１５９】
図３（Ｂ）は、発生した電場強度が、入口チャンネル３６で表示されている空胴の領域の端から端までをいかに変動するかを示している。判るように、電場強度は、両端から空胴の中央部の方へ向かって高くなり／チャンネル３６の中央部で位置が合って結ばれている。このことは、設定されている定在波での構造上の干渉によるものである。
【０１６０】
図４（Ａ）は、図３に似た実施態様を示しているが、この図４（Ａ）では入口チャンネル３６′は、処理ゾーン３４′に入る材料を、マイクロ波の定在波が最大部５２′を有する場所に限定して誘導する。図４（Ａ）の例では、流動する材料に最大電場強度の位置を通過させる機構は、最大部５２′の極く近くに出口を有する濾斗形状チャンネルである。現存のマイクロ波機械は、単一の最大部を有する定在波を１個だけ生成できる。このことは、将来、通用するかも知れないし、通用しないかも知れない。
【０１６１】
図４（Ａ）も、概念的には、空胴／処理ゾーン３４′にある定在波を調整して最大部の位置を制御できる能力を示している。このことは、反射板４４’をマイクロ波発生源４０′に対して移動させることができることが概略図で示されている。移動できることは、反射体４４’の場合では点線で示す別の位置と矢印５６によって示され、このことが反射体の移動を説明している。
【０１６２】
図４（Ｂ）も現在ではやや奇抜である（示されている定在波の発生の仕方が判らないので）が、略図では、１つの選ばれた配置には、多数の誘導構成体５８を有する入力チャンネル３６″があり、この構成体は、処理ゾーンの中を流れる流動材料を、６０で表示されている別々の流れに分割するが、この流れの各々は、マイクロ波空胴の中で発生した定在波の別々の最大部５２″と出会う。出口にある濾斗を定在波の最大部に対応させることにより、このことは可能であると考えられる。もし複数の最大部を得ることが可能ならば、本発明者等は、思い通りに実行できるだろう。このことは、将来、使用できるかも知れない。
【０１６３】
マイクロ波発生器の電力は１〜１００ｋＷであり、この例では１５ｋＷである。マイクロ波発生器の出力密度は、立方メートル当たり１０９ワット〜立方メートル当たり１０１５又は１０１６ワットである。出力密度を立方メートル当たり１０９ワットより大きくすることが可能かも知れないが、これより高い出力密度の場合、材料内部で有害となるかも知れない（又は有害とならないかも知れない）空気の電界破壊を発生する可能性がある。
【０１６４】
本発明者等は、処理チャンバーを通過する『塊状物』の寸法を大きくし過ぎないことが好ましいかも知れない（例えば、最大寸法で２０ｃｍ未満又は１５ｃｍ未満）。
【０１６５】
図２０（Ａ）は、鉱物２００にマイクロ波処理領域を通過させる方法の図３（Ａ）、４（Ａ）及び４（Ｂ）の代案の略図である。鉱物２００は、コンベアベルト２０６の上に載せられていて、このベルトは、ホーン(horn)２０４の下の鉱物２００を、マイクロ波が存在し、点線２１２で表示されている処理ゾーンを連続的に供給・通過させる。コンベアベルトの速度は、各鉱物片が１ｍｓの曝露時間（ホーン２０４の下のマイクロ波ゾーンでの滞留時間）を有し、しかもこのプロセスが時間当たり１０００トンの鉱物の処理量を有するように設定されている。マイクロ波発生器は、毎１ｍｓ、４３３ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚのいずれかの周波数で４個の１μｓパルスを発生するが、このことは、各鉱物片が４個の１μｓのパルスのマイクロ波放射線を受けることを意味する。空気が絶縁破壊を起こす電場である３０ｋＶｃｍ−１近くの電場強度は、点線２１２の間で発生する。多くの実施態様では、空気が絶縁破壊を起こす電場強度より低くすることが必要である。
【０１６６】
その他の例では、マイクロ波ゾーンを通過するのに要する時間内に鉱石は、１０パルス、又は５０若しくは１００パルス以上を受けてもよい。
【０１６７】
図２０（Ｂ）は、鉱物２００に、点線２１２で表示されているマイクロ波放射線の領域を通過させる別の方法の略図である。空気ポンプを使い、鉱物２００に最高１２ｍｓ−１の速度でマイクロ波照射領域２０２を通過させる。流動速度は、調整可能であるのがよい。これによって、コンベアベルトを使うよりもマイクロ波照射領域２０２での曝露時間が少なくて済み、処理量を高めることができる。この例では、周波数９１５／８９６ＭＨｚの５個の０．５μｓのパルスのマイクロ波放射線を使うと、約１０１５Ｗｍ−３の所要出力密度が発生する。これによって、全体として鉱物の温度が約１５℃上昇するけれども、粒界の両端の端から端まで約何十も、若しくは五・六十℃も、又は１００〜１５０℃位の温度勾配が発生するので、鉱物が、以前より少ないエネルギーで下流工程において抽出され得る。
【０１６８】
図２０（Ｃ）は、鉱物、この例では石炭２０１、に点線２１２で表示されたマイクロ波照射領域を通過させる別の方法の略図である。石炭２０１は、滑り台２１０の上部に連続して置かれ、重力のもとでマイクロ波照射領域の中に通される。曝露時間は、滑り台２１０の勾配及び長さを変えることにより変化させることができる。この例では、周波数４３３ＭＨｚ、単一の１ｍｓパルスのマイクロ波放射線を使って石炭を脱水する。この例には、石炭の乾燥、そしてマイクロ波の後工程での石炭の燃焼が含まれる。
【０１６９】
図２は、鉱石分粒機構１０２を出る鉱石が確実に予め定められた最大寸法又は或る寸法範囲を有することが確実であることに適合する分粒機構；図３又は図４（Ａ）又は図４（Ｂ）又は図２０（Ａ）、２０（Ｂ）若しくは２０（Ｃ）の装置のような装置を含むマイクロ波前処理／脆弱化装置１０４；ロッドミル１０６、第１ボールミル１０８、第１ハイドロサイクロン１１０、第２ボールミル１１２、及び第２ハイドロサイクロン１１４を有する粉砕設備１００を示している。
【０１７０】
要素１０６〜１１４は先行技術であり、この先行技術からの重要な差別化は、マイクロ波処理装置１０４であると考えられる。しかしながら、マイクロ波処理装置１０４は脆弱化装置であり、鉱石を脆弱化した後でもなお機械的粉砕が行なわれることが指摘されるだろう。鉱石が装置１０４の中でマイクロ波処理される前に、鉱石を機械的に状態調節／分粒することは必要かも知れない、或いは恐らく、必要ではないかも知れないことが指摘されるだろう。
【０１７１】
幾つかの例では、粒界で脆弱化／クラックを誘起させようと、第１相の材料と第２相の材料との粒界の端から端まで１００〜１５００℃の温度勾配を得ることが望ましい。本発明者等が、このような温度勾配を充分速く誘起するならば、破壊／脆弱化できるその他の例では、本発明者等は、より低い温度勾配、例えば恐らく、１５〜２０℃、を探索する。温度勾配が達成される速度によって、本発明者等は、以前には可能と考えられていたより低い温度勾配を使用できる。もし極めて短い（例えば、およそマイクロ秒）マイクロ波パルスが使用されるならば、２・３０℃の温度勾配で充分かも知れない。
【０１７２】
本発明者等は、材料の強度の変化は出力密度の関数であること、温度勾配は出力密度の関数であること、せん断ひずみは温度経過の関数であること、せん断応力はせん断ひずみの関数であること、及び破損は材料のせん断ひずみが材料のせん断強度を超えるときに起こることを理解している。従って、材料の破損／脆弱化は出力密度と密接に関連がある（当然、材料は、異なる誘電性の異なる材料の混合物を含むと仮定して）。材料のうちの１種類はマイクロ波に反応を示さなければならない。
【０１７３】
多くの実施態様では、本発明が、バッチプロセスよりも連続プロセスであることは極めて大きな利点でもある。材料の連続流を処理ゾーンに通すことにより、本発明者等は、このプロセスを工業用途に極めて容易に適用させることができる。本発明の多くの実施態様における処理対象の材料は（処理が２相間の結合を弱めるためであろうと、その他の或る処理目的のためであろうと）、マイクロ波空胴を通過し、高出力密度を発生するマイクロ波パルスを短時間受ける。このことは、マイクロ波電力を『停止した』状態で材料がマイクロ波空胴に装入されたのち、マイクロ波が適用され、次いで、マイクロ波が停止されたのち、材料が前記空胴から取り出されるバッチプロセスとは対照的である。
【０１７４】
こうして、マイクロ波処理ゾーンを構築でき、材料をそのゾーンの中に流す／移動させることができる。原則として、マイクロ波の電場強度が処理ゾーンの端から端まで変動するならば、異なる流れを異なる電場強度のマイクロ波に曝露するように、材料（恐らく、異なる材料）の流れは、前記空胴の別の部位を通るように配置してもよい。いずれの特定のマイクロ波発生器（例えば、マグネトロン）からも最良の利点を得るために、材料の流れのうちの１つは最大電場強度領域を通るだろう。空胴の端から端まで電場強度に実質的な変動がない、又は電場強度が前記空胴の中の全ての個所で充分高いシステムでは、この点は殆んど実用的意味がない。
【０１７５】
プロセスは半連続式でもよい（即ち、材料の連続流が或る期間は処理ゾーンを通り、そして或る期間は通らない）。
【０１７６】
更に重要な要素は、充分に高い温度勾配を得るために充分に高い電場強度を使うと、材料をさほど長時間マイクロ波に曝露する必要がないことを、本発明者等は理解していると言う事実である。従来から、先行技術は、１０秒以上、時には最長数分間、材料をマイクロ波に曝露してきた。本発明者等は、１秒以下、そして最も好ましくは約０．５秒未満、そして更に好ましくは約０．２秒、又は恐らくそれよりも短時間、材料を充分に高い電場強度のマイクロ波に曝露することが必要であると考えている。図１５は、０．２秒が、材料に殆んど脆弱化を起こさせてしまったことに該当する時間であることを示している。同様に、図１４は、０．５秒の加熱時間と０．２５秒の加熱時間との間で得られる応力の違いは、特に０．０５秒と０．２５秒との間の違いと比較してさほど大きくないことを示している。このことは、また、約４分の１秒が、単位コスト当たり最高結果を出すために高電力マイクロ波を適用する適切な時間であることを指摘している。
【０１７７】
しかしながら、短期パルス型マイクロ波（例えば、１パルスに対する約１μｍ）の場合、本発明者等は、パルスへの更に短い曝露さえも有効であることが判った。例えば、約１ｍｓのまとまった時間、パルスへの曝露を鉱石に『当てる』と、材料は実質的に弱くなる。
【０１７８】
マイクロ波による２相材料の前処理を経済的提案にすることは、先行技術が実施されるべきであると思われるよりも短時間（遥かに短い時間）マイクロ波を使って材料を加熱することによって改善される。
【０１７９】
マイクロ波への曝露時間を短縮することは、高速で材料を処理ゾーンに通すと得られる装置の例で実現ができる（即ち、材料が約４分の１秒、又は恐らくそれより短時間で高強度の最大部を通過するように）。他の例では、約１秒以下程度で材料が通過するかも知れない。このことには、マイクロ波電力の単位コスト当たり最大加熱効果を得ること、そして加熱ゾーンを通る材料の処理量も増加すること――即ち以前に可能であると考えられていたよりも秒当たり多くの材料を処理すること、の二重のメリットがある。この二重のメリットは極めて興味深い。このことによってもマイクロ波前処理は更に経理的に実施可能となる。
【０１８０】
本発明は、材料の別の相から１つの相を抽出するのに適用できる。例えば、固相から液体を抽出するのに使用できる（例えば、鉱物、例えば石炭又はタルク、から水を抽出する）。
【０１８１】
１つの例では、本発明者等は、約０．１秒間適用される１５ｋＷのマイクロ波を使用する。これによって『高電場強度』、又は『高出力密度』を意味するアイデアが得られる。
【０１８２】
マイクロ波処理ではなく、単純に鉱石の機械的処理を使用して鉱石から鉱物を回収する粉砕プロセスは、鉱石のトン当たり約２５ｋＷを使用すると見積もられる。本発明を使用すると、このエネルギー消費量は、半分、又は恐らく８０若しくは９０％少ないエネルギーにさえ減らすことができると見積もられる。
【０１８３】
選鉱設備のコストの６０％〜７０％は設備のエネルギー消費量に関連があるので、前記のエネルギーの減少は、鉱物の製造コストでの極めて大きい低減である。更に、破損対象の材料を粉砕設備によって脆弱化することにより、設備の摩耗が少なくなり、プロセスはスピードアップされ、そして機械的粉砕プロセスによる処理量は増加する。更に、材料は粒子間で破損するので、所望の鉱物を回収するのが比較的容易になる。回収率は、マイクロ波前処理を使用しない場合よりも３又は４％良いことが測定されている。
【０１８４】
回収率が２・３パーセント増加するこのような実験結果は、今回測定されたのが最初である。本発明者等は、この効果の実績を、適用される更に高い電場強度のマイクロ波で試行する。
【０１８５】
材料の共振時間／共振時間は、マイクロ波空胴の高電場強度領域では約０．１〜０．０１秒でもよく、又は０．００１秒位でもよい。このことは、先行技術と比較して極めて高い出力である。
【０１８６】
重力利用供給システムは、図３、４（Ａ）及び４（Ｂ）と関連して説明されているシステムであるけれども、勿論、その他の供給機構、例えば圧力利用供給、コンベアベルト利用供給、流動化粒子利用供給、遠心分離利用供給、或いはホッパー利用供給等、を持つことが考えられる。
【０１８７】
鉱石の水分は、選択された出力密度に影響を及ぼす場合がある。
【０１８８】
マイクロ波空胴の調整、及び（ある実施態様では）最大部の位置、又は前記空胴の中の材料の位置を制御する、及び随意に、前記空胴を通過する材料の流れの相対位置及び最大部の位置を制御する制御プロセッサがあってもよい。フィードバック信号を制御プロセッサに送信する材料−センサーがあってもよく、及び／又はプロセスをモニターする際に、フィードバック信号を制御プロセッサに送信する際にも支援するための電場プローブがあってもよい。材料の物理的位置がマイクロ波の最大強度の物理的位置と合致することを確認するための、幾つかの実施態様用のソフトウェアも考えられる。
【０１８９】
随意に制御プロセッサによって制御され、マイクロ波空胴を通過する材料の体積流量を変更できる流量制御手段があってもよい。これは、材料が正しいマイクロ波条件を受け取ることを確実にするために必要な場合がある。
【０１９０】
粒度は、所望の体積流量及び／又は出力密度に影響を及ぼすことがある。粒度センサー、又はマイクロ波による処理対象の材料の粒度に関する情報を制御プロセッサに送信するための粒度入力機構（例えば、キーボード）があってもよい。制御プロセッサはこの情報を使って、線形又は体積流量及び／又は出力密度を変更することが可能である。
【０１９１】
前記空胴の中には、例えば窒素雰囲気又はその他の不活性ガス雰囲気の制御された雰囲気が存在してもよい。
【０１９２】
本発明のその他の用途には、一般的意味で２種類の材料を分離すること、――例えば、木の実の殻を剥くこと（又は２種類の材料を分離し易くすること）が挙げられる。
【０１９３】
更に、極めて高い電場強度を使って迅速な加熱を達成する考えは、必ずしも材料を分離することを必要とはしない事柄に当てはまる。例えば、材料を乾燥し、それらを加工して材料の性質を変えること、即ち、食品加工。
【０１９４】
マイクロ波空胴の中で定在波を発生させること、そのマイクロ波空胴の中で定在波の最大電場強度である場所を設定すること、そして加工対象の材料が前記空胴の中で最大電場強度の位置に配置されることを確保することの考え方は、あらゆる種類の物理的加工に適用できる。例えば、急速加熱によって材料を膨らませることができる、及び急速加熱は化学的加工で有用となり得る。
【０１９５】
短時間の高出力密度は、当業界の傑作である。
【０１９６】
図面に示されている定在波の振幅の概念的、概略的、図示的波形は、拘束力はなく限定的ではないと理解されるだろう。三次元空胴は、より複雑な定在波を有することがあるが、一般に構造的干渉によって最大／最大化された電場強度領域を発生する僅か１個だけの最大部であり、加工対象の材料はその最大部の位置に配置されるだろう。
【０１９７】
空胴の中に材料が存在すると、或る状況では最大部が存在する場所が恐らく影響を受けることがある、従ってこの空胴は、空胴の中の或る特定の予想される場所での特定の体積／形状、又は流量の特定の材料によって用途に応じて調整されることが必要かも知れない。電場強度は出力密度と概ね２乗の関係で変動するので、電場強度が、最大強度の位置から離れるにつれて、距離と共に極めて急速に低下する――加工対象の材料と空胴／定在波との位置についてかなり慎重な調整が望ましいかも知れない。
【０１９８】
特許請求の範囲の中の『マイクロ波』は、認可された工業用マイクロ波周波数（現在、２．４５ＧＨｚ、９１５／８９６ＭＨｚ及び４３３ＭＨｚ）での第１レベルのマイクロ波、及び一般にマイクロ波も（電磁汚染を防止するためのファラデーシールド（Faraday cage）が使用されているならば、いずれの周波数も使用できる）、そして高周波加熱周波数、一般に２７．１２ＭＨｚ、も意味する。本発明者等は、２種類の材料を差別的に加熱するあらゆる電磁放射線、即ち赤外又は紫外、も含めることを意図する。特許請求の範囲の中の『マイクロ波』は、『電磁放射線』（関連の材料を加熱するのに好適な）と解釈できる。
【０１９９】
材料がマイクロ波処理ゾーンに存在している間、必ずしもマイクロ波放射線に絶えず曝露されているとは限らないことが理解されるだろう。材料は、約５μｓ、２・３μｓ、何１０μｓ、２・３０μｓ、又は２・３００若しくは何１０００μｓのマイクロ波放射線への曝露時間を有することができ、マイクロ波放射線は、１パルスでも、一連の短いパルスでもよく、マイクロ波処理ゾーンの中の滞留時間より大幅に短くてもよく、及び約数秒でも、又は何十分の一秒でもよい。
【０２００】
複数の空胴を直列又は並列に使用して多相材料の所望の処理量、一般に時間当たり１０００トン、を達成できることも理解されるだろう。しかしながら、大抵の実施態様は、時間当たり１０００トンの多相材料を加工できる１個の空胴を有する。
【０２０１】
多相材料の内部の別々相の境界で発生する温度勾配は、１０、２・３０又は５・６０℃であるが、異なる相の間の結合を切断するのに充分な熱応力を発生させるためには極めて短時間で発生するだろうことも理解されるだろう。
【０２０２】
多相材料の約１００万分の１だけがダイヤモンドなので、大規模のダイヤモンド鉱山は年間５百万トンの多相材料を処理できる。これに対して、ダイヤモンドより極めて豊富な銅鉱山は１日当たり１／４・百万トンを処理できる。
【０２０３】
使用されるマイクロ波空胴は、幅が約２５ｃｍ、長さが４０ｃｍでもよい。ベルトコンベアを使って鉱物をマイクロ波空胴を通過させる場合、典型的なベルト速度は、約４ｍｓ−１（恐らく、４又は５ｍ−１）でよい。これによって空胴内部での０．１秒の滞留時間が可能となる、けれども、マイクロ波による全処理時間は１ミリ秒以内の５・６マイクロ秒パルスでもよく、又は１マイクロ秒のマイクロ波パルスによって適当に高い充分な出力密度が発生可能である。
【０２０４】
本発明者等は、１０〜１００ＭＷのマイクロ波エネルギーを極めて短い時間だけ適用可能である（例えば、ほんの何分の一秒、（例えば、１マイクロ秒位、又は１ミリ秒位）。
【０２０５】
塊状材料の全温度上昇は、高くてもせいぜい約５０℃かも知れない。
【図面の簡単な説明】
【０２０６】
【図１】第２材料の中に第１材料の結晶が埋め込まれている２つの相の岩石の略図であって、（Ａ）は本発明に従ったマイクロ波による処理前の第１材料の結晶が埋め込まれている２つの相の岩石の略図、（Ｂ）は本発明に従ったマイクロ波による処理後の（Ａ）の岩石の略図である。
【図２】本発明に従った鉱物抽出設備及び工程の略図である。
【図３】図２の設備で使用するためのマイクロ波前処理装置を示す概略図であって、（Ａ）は電場の変化状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の装置の材料入口の端から端までいかに変化するかを示す図である。
【図４】図３（Ａ）の装置の変形体を示す図であって、（Ａ）は、その一実施例を示す図、（Ｂ）は他の実施例を示す図である。
【図５】方解石鉱石及び黄鉄鉱鉱石の試料のモデルの略図である。
【図６】誘電損率対温度を示す図である。
【図７】マイクロ波出力密度対温度の変化を示す図である。
【図８】一軸圧縮試験においてシミュレーションされた負荷の方向を示す図である。
【図９（Ａ）】２．４５ＧＨｚ、２．６ｋＷのマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱時間間隔を１秒とした場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図９（Ｂ）】２．４５ＧＨｚ、２．６ｋＷのマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱時間間隔を５秒とした場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図９（Ｃ）】２．４５ＧＨｚ、２．６ｋＷのマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱時間間隔を１５秒とした場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図９（Ｄ）】２．４５ＧＨｚ、２．６ｋＷのマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱時間間隔を３０秒とした場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図１０】いろいろな加熱時間の効果を示す図である。
【図１１】一軸圧縮強度に及ぼすマイクロ波加熱時間の効果を示す図である。
【図１２（Ａ）】一軸圧縮試験の過程でのせん断断面の動向を示す図であって、加熱間隔を１秒とした場合の一軸圧縮試験過程のせん断断面の動向を示す図である。
【図１２（Ｂ）】一軸圧縮試験の過程でのせん断断面の動向を示す図であって、加熱間隔を５秒とした場合の一軸圧縮試験過程のせん断断面の動向を示す図である。
【図１２（Ｃ）】一軸圧縮試験の過程でのせん断断面の動向を示す図であって、加熱間隔を１５秒とした場合の一軸圧縮試験過程のせん断断面の動向を示す図である。
【図１２（Ｄ）】一軸圧縮試験の過程でのせん断断面の動向を示す図であって、加熱間隔を３０秒とした場合の一軸圧縮試験過程のせん断断面の動向を示す図である。
【図１３（Ａ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度を持つマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱間隔を０．０５秒とした場合の１×１０１１ワット/ｍ３の出力密度を持つマイクロ波空洞の場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図１３（Ｂ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度を持つマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱間隔を０．２５秒とした場合の１×１０１１ワット/ｍ３の出力密度を持つマイクロ波空洞の場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図１３（Ｃ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度を持つマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱間隔を０．５秒とした場合の１×１０１１ワット/ｍ３の出力密度を持つマイクロ波空洞の場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図１３（Ｄ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度を持つマイクロ波空胴の温度分布を示す図であって、加熱間隔を１秒とした場合の１×１０１１ワット/ｍ３の出力密度を持つマイクロ波空洞の場合のモデル化した温度分布を示す図である。
【図１４】いろいろな加熱時間での応力対ひずみを示す図である。
【図１５】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での一軸圧縮強度対加熱時間を示す図である。
【図１６（Ａ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での一軸圧縮試験過程でのせん断断面の動向を示す図で、加熱間隔を０．０５秒とした場合の一軸圧縮過程のモデル化したせん断断面の動向を示す図である。
【図１６（Ｂ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での一軸圧縮試験過程でのせん断断面の動向を示す図で、加熱間隔を０．２５秒とした場合の一軸圧縮過程のモデル化したせん断断面の動向を示す図である。
【図１６（Ｃ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での一軸圧縮試験過程でのせん断断面の動向を示す図で、加熱間隔を０．５秒とした場合の一軸圧縮過程のモデル化したせん断断面の動向を示す図である。
【図１６（Ｄ）】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での一軸圧縮試験過程でのせん断断面の動向を示す図で、加熱間隔を１秒とした場合の一軸圧縮過程のモデル化したせん断断面の動向を示す図である。
【図１７】立方メートル当たり１０１１Ｗの出力密度での点載荷指数対加熱時間を示す図である。
【図１８】いろいろな出力密度での点載荷指数対加熱時間を示す図である。
【図１９】ｔ１０対ＥＣＳを示す図である。
【図２０】図３（Ａ）の装置の更なる変形体を示す図であって、（Ａ）はその一実施例を示す図、（Ｂ）はその他の実施例を示す図、（Ｃ）はそのさらに他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【０２０７】
２００  多相材料
２００  材料
２０２  マイクロ波
２１２  処理領域
【図１】
2005524514.tif 000026
【図２】
2005524514.tif 000027
【図３】
2005524514.tif 000028
【図４】
2005524514.tif 000029
【図５】
2005524514.tif 000030
【図６】
2005524514.tif 000031
【図７】
2005524514.tif 000032
【図８】
2005524514.tif 000033
【図９（Ａ）】
2005524514.tif 000034
【図９（Ｂ）】
2005524514.tif 000035
【図９（Ｃ）】
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【図９（Ｄ）】
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【図１０】
2005524514.tif 000038
【図１１】
2005524514.tif 000039
【図１２（Ａ）】
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【図１２（Ｂ）】
2005524514.tif 000041
【図１２（Ｃ）】
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【図１２（Ｄ）】
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【図１３（Ａ）】
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【図１３（Ｂ）】
2005524514.tif 000045
【図１３（Ｃ）】
2005524514.tif 000046
【図１３（Ｄ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６（Ａ）】
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【図１６（Ｂ）】
2005524514.tif 000051
【図１６（Ｃ）】
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【図１６（Ｄ）】
2005524514.tif 000053
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年2月25日(2004.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１相の材料及び第２相の材料とを有する多相材料に対する後続作業に先立つ、前記材料のマイクロ波前処理方法において、前記材料をマイクロ波で加熱すること、前記材料がマイクロ波処理領域を通過して前記処理領域の中で約１／２秒以下の時間、多相材料の１相又は２相に実質的な化学変化を引き起させないほど充分短い時間、マイクロ波の曝露を受ける連続プロセスの中で少なくとも１０９Ｗｍ−３の出力密度を発生する工程と、及び前記後続作業のために前記材料を前記処理領域から出す工程とからなることを特徴とするマイクロ波前処理方法。
【請求項２】
前記材料が、前記処理領域の中で、約（ｉ）０．１秒以下；（ｉｉ）０．０１秒以下；又は（ｉｉｉ）０．００１秒以下の時間、マイクロ波を受けることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
マイクロ波のパルスが実質的に連続して放射され、前記パルスが約（ｉ）１μｓ以下；又は（ｉｉ）１０μｓ以下；又は（ｉｉｉ）１００μｓ以下；（ｉｖ）１ｍｓ以下；（ｖ）１０ｍｓ以下；１００ｍｓ以下の持続時間を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記処理領域の中にある間に前記材料が一連のパルスのエネルギーを受け、前記一連のパルスは約：（ｉ）１００パルス以上；（ｉｉ）５０パルス以上；（ｉｉｉ）１０パルス以上；（ｉｖ）５パルス以上；（ｖ）２パルス以上；（ｖｉ）１パルス、の多数のパルスを有することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記処理領域の中でマイクロ波により発生される出力密度が、約（ｉ）１０１５Ｗｍ−３以上；又は（ｉｉ）１０１６Ｗｍ−３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記材料の体積温度が、２００℃未満、そして好ましくは１５０℃未満上昇されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記材料の体積温度が、約、又は未満：（ｉ）５０℃；（ｉｉ）２０℃；（ｉｉｉ）１０℃上昇されることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記材料が、１時間当たり少なくとも１００トンの速度で前記処理領域を通過することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記材料が、１時間当たり約１０００トン以上の速度で前記処理領域を通過することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１相が所望の鉱物を含み、及び第２相が前記鉱物を包囲する岩石母相を含むこと、並びにマイクロ波エネルギーが局所的差別的熱膨張を引き起こすことにより前記鉱物と前記包囲母相との間の結合強度を著しく弱めることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
（ｉ）鉱物；及び／又は（ｉｉ）前記材料も母相も前記鉱物及び母相の後続の分離効率に好ましくない影響を及ぼす実質的な化学変化を引き起こさないほど充分に短い時間、前記エネルギーが前記材料に適用されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第１相が鉱物を含み、及び第２相が水を含むこと、並びに前記前処理が脱水を含み、前記電磁エネルギーが前記鉱物を乾燥することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記マイクロ波も直接的に又は間接的に前記鉱物の破壊又は脆弱化を引き起すことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記第１相が（ｉ）石炭；又は（ｉｉ）その他の水和鉱物を含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれかの１項記載の鉱石を前処理する工程と、次いで前記鉱石を粉砕、好ましくは摩砕若しくは微粉砕、又は破砕する工程とからなることを特徴とする鉱石から鉱物の分離方法。
【請求項１６】
前記処理領域内部でマイクロ波により発生される出力密度が、約１０１０Ｗｍ−３以上；約１０１１Ｗｍ−３以上；約１０１２Ｗｍ−３以上；約１０１３Ｗｍ−３以上、約１０１４Ｗｍ−３以上；約１０１５Ｗｍ−３以上の群に由来することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
内部に異なる材料で作られた部品を有する物品をリサイクルする方法において、前記物品を請求項１〜９のいずれか１項記載の前処理する工程と、その後、前記物品を破損して前記物品の部品を抽出し易くするために前記物品に機械的応力を負荷する工程とからなることを特徴とする物品のリサイクル方法。
【請求項１８】
マイクロ波処理ゾーン；
前記処理ゾーンに配置されたマイクロ波発生器；
材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合する材料輸送装置であって、その配置が：
前記発生器は、少なくとも１０９Ｗｍ−３、好ましくは１０１５Ｗｍ−３以上の出力密度を発生するマイクロ波を放射するのに適合するようなものであり；
かつ前記材料輸送装置は、前記材料が前記ゾーンの中で前記材料に実質的な化学変化を引き起させないほど充分短い約１／２秒以下の時間、有効なマイクロ波を受けるように充分速く前記材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合すること、
を特徴とする材料のマイクロ波処理装置。
【請求項１９】
前記材料に、約（ｉ）０．１秒以下；又は（ｉｉ）０．０１秒以下；又は（ｉｉｉ）０．００１秒以下の時間、マイクロ波を受けさせるのに適合することを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
１時間当たり約１０００トンの材料が前記処理ゾーンの中を輸送されるのに適合することを特徴とする請求項１８又は１９記載の装置。
【請求項２１】
前記発生器が、約１マイクロ秒以下、又は何１０マイクロ秒以下、又は何１００マイクロ秒以下の持続時間でマイクロ波パルスを発生するのに適合し、前記材料が、前記処理ゾーンにある間に好ましくは複数のパルス、そして好ましくは多数のパルス、を受け取ることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかの１項記載の装置。
【請求項２２】
鉱石又は岩石の連続加工方法において、マイクロ波空胴又はゾーンを通過する鉱石又は岩石に高出力密度マイクロ波、又は高／電場強度マイクロ波を、鉱石又は岩石に実質的な化学変化を引き起させないほど充分速い速度で連続的に適用して前記鉱石又は岩石を弱める工程と、次に鉱石又は岩石の連続流を機械的処理機に通して前記鉱石又は岩石を機械的に破損する工程とからなることを特徴とする鉱石又は岩石の連続加工方法。
【請求項２３】
前記鉱石又は岩石の高電場強度マイクロ波への曝露が、約０．５秒以下、又は４分の１秒以下、又は０．１秒以下、又は０．０１秒以下であることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
鉱石又は岩石の連続加工装置において、マイクロ波空胴又はゾーンを通過する鉱石又は岩石に高出力密度マイクロ波、又は高電場強度マイクロ波を連続的に適用して前記鉱石及び岩石を弱める手段、及び次に鉱石又は岩石の連続流を、鉱石又は岩石を機械的に破損するのに適合する機械的処理機に通すのに適合する供給手段とを含むことを特徴とする鉱石又は岩石の連続加工装置。
【請求項２５】
多相材料に関して、他の材料から１つの材料を抽出するための後続作業に先立つ、前記多相材料のマイクロ波前処理の方法において、時間当たり少なくとも５００トンの多相材料を処理できる速度で、適用されるマイクロ波が存在している領域の中に前記多相材料の供給材料を連続的に提供する工程と、マイクロ波放射線が少なくとも１０１５Ｗｍ−３の出力密度を発生する工程と、前記材料が好ましくは約数マイクロ秒以下のパルス継続時間を有する１個又は複数のパルスのエネルギーを受ける約１ｍｓ以下の時間、前記材料がマイクロ波放射線を受ける工程とを含むことであって、その場合、前記多相材料の全体積温度は差で４０℃より多く上昇しないこと、及びその場合、相の境界の間で相間破壊を引き起すのに充分大きい熱応力が発生すること、及びその場合、前記多相材料の相の温度は、異なる相材料の化学的特性に大きな変化を与えないほど充分低く保持されることを特徴とするマイクロ波前処理方法。
【請求項２６】
複数の材料の相を有する鉱石から抽出される鉱物の収量の増加方法において、０．１又は０．０１秒未満の時間、前記鉱石を高電場強度マイクロ波に曝露することにより相間の境界を弱めさせる工程と、マイクロ波が充分高い電場強度を有するようにする工程と、及び異なる相の材料間で差別的熱膨張を引き起すのに充分短い時間適用されて、前記鉱石が、又は少なくとも抽出対象の鉱物が大きな化学的変化を引き起さない時間に相の間を弱めさせる工程とからなることを特徴とする抽出される鉱物の収量の増加方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2005524514.tif 000058
2005524514.tif 000059
2005524514.tif 000060