(57)【要約】  加工対象の供給原料にマイクロ波を照射する方法が開示される。実施例の１つは、バーミキュライトを膨張するためにバーミキュライト中の層間水を加熱することに関する。別の実施例は、ドリルカッティング、汚染土壌、ある種の動物副産物等の油で汚染された材料や廃棄物から油を除去するために、それら廃棄物中の水を加熱することに関する。ある実施例においては、マイクロ波トンネルアプリケータは供給材料の下方からマイクロ波を照射する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱物の層間に層間水を含むバーミキュライトを、水和した未膨張の状態から、水和が減少した膨張の状態へ、膨張させる方法であって、前記バーミキュライトにマイクロ波を照射することにより、前記層間水が前記バーミキュライトを膨張させるような温度にまで、前記バーミキュライトの前記層間水を加熱することを含み、前記マイクロ波は、
（１）  １ＭＨｚから３ＧＨｚの間の周波数と、
（２）  水相中において少なくとも１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度と、を有し、
前記マイクロ波は、マイクロ波導波管内に滞留するように実質的に拘束され、
該マイクロ波導波管内において、前記バーミキュライトは前記導波管に取り付けられるマイクロ波アプリケータを通過し、
当該方法は、毎時、少なくとも５０ｋｇ、１００ｋｇ、２００ｋｇ、３００ｋｇ、又はそれ以上の膨張バーミキュライトを生産し、前記鉱物層は使用される前記マイクロ波に対して実質的に透過的である方法。
【請求項２】
前記鉱物をマイクロ波加熱／材料膨張ゾーンを通って移動させること、又は、前記鉱物をマイクロ波加熱／材料膨張ゾーンの中を通って移動させることを含む、請求項に記載の方法。
【請求項３】
前記鉱物を、概ね水平に且つ／又はベルトコンベヤー上に載せて、前記ゾーンを通って、又は、そのゾーンの中を通って移動させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数のマイクロ波加熱ゾーンを有することを含み、１つのゾーンから別のゾーンへの電力の実質的転送を、前記マイクロ波加熱ゾーン間に配置されたフィルターかチョークを使用して防止することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バーミキュライトの粒子のベッドを形成することを含み、前記ベッドの下方から前記マイクロ波を照射することを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
バーミキュライトの膨張粒子は、マイクロ波が照射される地点から離れるように粒子のベッドを上昇させ、また、膨張していない又は膨張が不十分でより密度が高い粒子は、マイクロ波が照射される地点により近くなるように前記ベッド中を落下する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
１ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、２０ｋＷ、３０ｋＷ又はそれ以上のｋＷの電力を前記バーミキュライト鉱物に印加することを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
マイクロ波は加熱ゾーンで照射され、該ゾーンで塵埃機により塵埃が除去される、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
膨張バーミキュライトは膨張される際、１５０℃のオーダーあるいは１５０℃未満のバルク温度で生産される、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
膨張したバーミキュライトは、膨張プロセスと包装プロセスとの間でかなりの時間、静止した状態で冷却プロセスを受けることなく、両者間を直接通過させられる、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
マイクロ波が粒子に照射される時、少なくとも５ｍｍ、好ましくは、少なくとも１０ｍｍ又は少なくとも２０ｍｍの、概ね均一な深さを有するバーミキュライト鉱物粒子ベッドを備えることを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
マイクロ波加熱ゾーンは、実質的にはベルトコンベヤーの全幅に亘って延び、
バーミキュライト鉱物粒子が前記加熱ゾーンを通り抜ける時にバーミキュライト鉱物粒子により受けるピークマイクロ波エネルギー密度及び／又は累積マイクロ波エネルギーは、ベルトの幅に亘って２０％以内で均一であることを含む、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
車あるいは他の車に引っ張られる車の中または上に随意的に設けられる、移動式の鉱物剥離機により実施される、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記マイクロ波は、約２．４５ＧＨｚの周波数、約１５ｋＷの電力、および約１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記マイクロ波は、約２．４５ＧＨｚの周波数、約３０ｋＷの電力、および約１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記マイクロ波は、約９００ＭＨｚの周波数、約７５〜１００ｋＷの電力、および約１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記マイクロ波は、約９００ＭＨｚの周波数、約１５０ｋＷの電力、および約１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
水相を有する粒子を、マイクロ波を使用して膨張するために用いられる、マイクロ波粒子膨張機であって、
粒子受け取り領域及びマイクロ波ジェネレーターを備え、
前記マイクロ波ジェネレーターは、水を励起可能であり且つ使用時にマイクロ波フィールドを生成可能である波長を有する前記粒子受け取り領域でマイクロ波を発生し、
該マイクロ波フィールドは、約２．４５ＧＨｚの周波数と、少なくとも１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度と、約１５ｋＷ又は３０ｋＷの電力を有するか、あるいは、
該マイクロ波フィールドは、約９００ＭＨｚの周波数と、少なくとも１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度と、約７５〜１００ｋＷ又は１５０ｋＷの電力を有し、
前記電力密度は前記粒子の前記水相で得られる、マイクロ波粒子膨張機。
【請求項１９】
前記マイクロ波ジェネレーターは、少なくとも２０ｋＷ、３０ｋＷ、又はそれ以上のｋＷのマイクロ波を発生する、請求項１８に記載の剥離機。
【請求項２０】
前記マイクロ波ジェネレーターを通って膨張対象の粒子を搬送するための粒子搬送システムを更に備え、前記粒子搬送システムは随意的にベルトコンベヤーを備える、請求項１８又は請求項１９に記載の剥離機。
【請求項２１】
膨張対象の粒子を前記粒子配送システムに配送する粒子配送ステーションを更に備える、請求項２０に記載の剥離機。
【請求項２２】
膨張した粒子が前記粒子搬送システムを離れる際、当該膨張した粒子を袋詰めする袋詰めステーションを更に備える、請求項２０又は請求項２１に記載の剥離機。
【請求項２３】
前記粒子搬送システムは、ベースと、樋を形成するためにベースから延びる側壁とを有するベルトコンベヤーを備える、請求項２０及び請求項２１のいずれか１項に記載の剥離機。
【請求項２４】
前記側壁は、少なくとも、５ｃｍ、１０ｃｍ、２０ｃｍ、２５ｃｍ、３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍ、又はそれ以上の高さである、請求項２３に記載の剥離機。
【請求項２５】
前記マイクロ波ジェネレーターは、前記粒子受け取り領域の下方に設けられている、請求項１８から請求項２４のいずれか１項に記載の剥離機。
【請求項２６】
前記粒子受け取り領域で作用する集塵機が設けられている、請求項１８から請求項２５のいずれか１項に記載の剥離機。
【請求項２７】
車あるいは他の車に引っ張られる車の中または上に設けられる、請求項２３から請求項２６のいずれか１項に記載の剥離機。
【請求項２８】
供給材料をマイクロ波で加工する方法であって、前記供給材料の下方からマイクロ波を照射することを含む方法。
【請求項２９】
１０7Ｗｍ-3のオーダーの電力密度で約２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも９×１０7Ｗｍ-3、好ましくは少なくとも１０×１０7Ｗｍ-3、より好ましくは少なくとも１１×１０7Ｗｍ-3の電力密度を得るマイクロ波を照射することを含む、請求項２８又は請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
炭化水素で汚染されたマトリックスから炭化水素含有物を分離するために、好ましくは、油で汚染されたドリルカッティング、汚染土壌、及び動物副産物のうち１つ以上を処理するために、使用される、請求項２８から請求項３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
マイクロ波処理キャビティ内の供給材料をマイクロ波処理する方法であって、当該方法は前記供給材料の水分含有量をコントロールすることを含み、
炭化水素で汚染された材料の水分量を測定することと、
得られた供給材料がコントロールされた水分量を有するようにするように、前記炭化水素で汚染された材料に周知の水分量の材料を加えることと、を随意的に又は好ましくは含むか、あるいは、
供給材料の前記水分量をコントロールするためのマイクロ波処理キャビティ及び材料フィーダーを備えるマイクロ波照射装置を有する、方法。
【請求項３３】
油又は気体を生成するプロセスであって、
ドリルプラットホームを使用してテストドリルにより油又は気体のフィールド又はポケットを発見することと、次に前記フィールド又はポケットから油又は気体を取り出すこととを含み、
前記テストドリルは、油ベースのボーリング泥水でドリルすることと、請求項２８から請求項３１のうちいずれか１項に記載の方法を使用して、油で汚染されたドリルカッティングを前記ドリルプラットホームでそのまま処理することを含むプロセス。
【請求項３４】
炭化水素で汚染されたマトリックスから炭化水素含有量を減少させる方法であって、
前記炭化水素で汚染されたマトリックスを含む供給材料の誘電特性をコントロールすることと、
処理キャビティ内に前記処理材料を連続的に搬送することと、
前記処理キャビティの処理領域内の前記処理材料をマイクロ波照射に晒すことであって、該マイクロ波照射は、蒸気を生成するために前記供給材料の水分量の少なくとも一部を急速加熱するように構成されており、急速な蒸気生成により、前記マトリックスから少なくとも一部の炭化水素含有物が熱により脱着することと、
前記処理キャビティから処理された前記マトリックスを連続的に取り除くことであって、前記マイクロ波が請求項２８から請求項３１のいずれか１項に記載の方法に従って照射されることと、
を含む方法。
【請求項３５】
前記誘電特性をコントロールすることは、水分量をコントロールすることを含み、
前記供給材料の水分量と平均粒径の少なくとも一方を測定する工程を随意的に又は好ましくはさらに含み、かつ、前記測定された水分量及び／又は粒径を変更する工程を随意的に又は好ましくはさらに含むか、あるいは、
供給材料を連続的に処理ゾーンに供給し、かつ、前記ゾーンから取り出すマイクロ波処理プラント、および、前記処理ゾーン内で前記材料処理中に発生した蒸気を回収する蒸気回収システムを含むか、あるいは、
少なくとも毎時５０ｋｇの供給材料の流速、および、材料処理ゾーンにおける材料の加熱された相内で少なくとも１０9Ｗ／ｍ3の電力密度を有するマイクロ波処理プラントを含むか、あるいは、
少なくとも１００ｍｍの高さと少なくとも１００ｍｍの幅を有する連続供給トンネルマイクロ波アプリケータを有するマイクロ波処理プラントを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
供給原料を処理するためのマイクロ波処理機であって、
供給原料がマイクロ波で処理される処理領域と、
下方から前記供給原料を照射するように、前記処理領域において前記供給原料の下方に配置されたマイクロ波配送ポート又はアプリケータと、を備え、
好ましくは、トンネルマイクロ波アプリケータを備えるマイクロ波処理機。
【請求項３７】
前記供給領域を通って原料材料を搬送するために使用される、ベルトコンベヤー等の供給原料コンベヤーを更に備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
１０ｃｍの幅（これより約１０％広くても狭くてもよい）および１０ｃｍの高さ（これより約１０％高くても低くてもよい）を有するマイクロ波トンネルは、コントローラによりコントロールされて、使用時に約４ｃｍの深さを有する供給原料の層を形成し、
前記マイクロ波は、約２．４５ＧＨｚを有し、少なくとも１０7Ｗｍ-3の電力密度、随意的には少なくとも９×１０7Ｗｍ-3の電力密度を有する、請求項３６または請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
マイクロ波アプリケータの使用であって、前記マイクロ波アプリケータを、前記アプリケータからのマイクロ波により加工される供給材料の下方で使用することにより、前記原料材料の高さ又は位置による前記供給原料の前記マイクロ波加工への影響を減少させる、使用。
【請求項４０】
案内された導波管マイクロ波システムによってマイクロ波処理される際に、供給材料内で受ける電力密度を増加させる方法であって、前記供給材料の下方からマイクロ波を照射する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は工業用の原料のマイクロ波加工に関する。本発明適用の１つの分野は、層間に水を含むバーミキュライト（蛭石）あるいは他の鉱物を剥離又は膨張する方法及び装置に関する。本発明適用のもう１つの分野は、汚染された土地及び土等の処理に関することに加え、ドリルカッティングやある種の動物副産物のような油汚染物質及び廃棄物から油を取り除くことに関する。
【０００２】
この発明はそもそも、本発明者らがバーミキュライトの生産を熟考していた際になされた。また、バーミキュライトの生産の背景に本発明を導入することは都合がよい。付随する水を有する薄い鉱物の複数の層からなる水和された状態で、バーミキュライトは採掘される。鉱物を熱することにより、バーミキュライトは、その元のサイズの５倍から１０倍、１０倍から２０倍の体積になるまで膨張又は剥離することができる。バーミキュライトに関しては大規模な地球規模産業があり、恐らく１年で６０００００トンは採掘される。バーミキュライトは、（例えば、園芸においては）水の吸収等の流動物吸収、（ブレーキパット等の）摩擦プロダクト、断熱材、耐火物、建築構造ボード及び材料、塗料や、その他様々な用途に使用される。
【０００３】
膨張した粒子のサイズに応じて様々なグレードのバーミキュライトがある。
バーミキュライトのグレードは、大、中、微細、超微細、ミクロンの範囲に亘る。（米国ではＶ０からＶ４の段階がある。）このグレードのサイズは以下のウェブサイトで参照できる。
www.vermiculite.org/properties.htm
膨張したバーミキュライトは輸送コストが高く、低重量だが体積が大きい。しかし、膨張したバーミキュライトは、世界中で輸送される。上記ウェブサイトでは、次のような剥離されたバーミキュライト粒子の平均直径を与えている。:
８ｍｍ  −  大
４ｍｍ  −  中
２ｍｍ  −  微細
１ｍｍ  −  超微細
０．５ｍｍ  −  ミクロン
バーミキュライトを剥離する従来の方法は、炭化水素の燃料が供給された大きな窯（Ｋｉｌｎ）あるいは炉を使用し、その最上部で未膨張バーミキュライトを加え、窯中の加熱ゾーンにバーミキュライトを通過させ、膨張したバーミキュライトを窯の端に落下させるという方法である。この方法は、恐らく１トン当たり５００−１０００キロワット時といった多くのエネルギーを使用する。窯と関連機器は多くのスペースを占め、窯と関連機器は高価な主要装置である。この主要装置はいつも運転させておく必要がある。さもなければ、窯の耐火性裏張りは割れて破損してしまう。剥離するバーミキュライトは、摂氏何百度かで窯から出てくるので、バーミキュライトを袋詰めする前に積もった状態で冷却させる必要がある。窯を通過する際に、バーミキュライト粒子はこすれあうため、しばしば生産物（プロダクト）にある程度の破損をもたらす。確かに、塵埃取出装置及び熱風対処装置も、工業用バーミキュライト生産窯／炉の主要部分であり、それ自体何百キロワット時電力を使用し、非常に費用がかかるものとなってしまう。
【０００４】
バーミキュライトは略６００℃に加熱される。バーミキュライトが長く加熱されると、加熱されたバーミキュライトは「焼けて」しまう。その結果、構造上の水酸基の除去により、剥離バーミキュライトの代わりに、タルク（滑石）が生成されてしまう。典型的な収率は（質量で）約８５％である。つまり、膨張した有用なバーミキュライトの質量は膨張していないバーミキュライトの質量の約８５％である。炉あるいは窯の加熱ゾーンにおける温度及び滞留時間が異なる、様々な炉あるいは窯を使用して、異なるグレード／サイズのバーミキュライトが生産される。
【０００５】
バーミキュライトのような鉱物を剥離するためにマイクロ波を使用することが提案されている。しかし、これらの提案のどれもが実際にあまりうまく働かない。ある方法では過酸化水素あるいはアンモニアをバーミキュライトに加え、次にマイクロ波を照射することを含む。この方法を実行する理由は、前処理なしでバーミキュライトにマイクロ波を照射しても有効に働かないと分かったからである。例えば、マイクロ波を照射する前に前処理を行うという提案は、米国特許３７５８４１５により提案されている。
【０００６】
さらに、SklyarevichとShevelevによるＰＣＴ特許出願のＷＯ２００６／１２７０２５が公開されている。この文献は、(バーミキュライトと非常に異なる鉱物構造を有する)パーライトを膨張するためにマイクロ波照射を使用することを教示している。ＷＯ２００６／１２７０２５では、自由空間の中で伝搬波１平方センチメートル当たり約５キロワットのエネルギー密度を有する８３ＧＨｚマイクロ波エネルギーを使用することと、毎秒約３０グラムの生産速度を有する約１３キロワット時の合計電力を使用することを提案している。
【０００７】
微細グレードのバーミキュライトを剥離するためにマイクロ波を使用することは特に問題である。また、商用体積で任意のグレードに対してマイクロ波剥離を商用上使用することは実証されていない。
【０００８】
発明の第１の態様によると、鉱物の層間に層間水を含む鉱物原料を、水和した未膨張の状態から水和が減少した膨張した状態へ、膨張させる方法であって、前記鉱物にマイクロ波を照射することにより、前記層間水が前記鉱物を膨張させるような温度にまで、前記鉱物中の前記層間水を加熱することを含み、前記マイクロ波は、
（１）１ＭＨｚから３ＧＨｚの間の周波数と、
（２）前記水相中において少なくとも１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度と、
を有する方法である。
【０００９】
この方法はバーミキュライトの剥離に適用されてもよい。水を励起する周波数を有するマイクロ波がバーミキュライト中の層間水を蒸気に変え、上記層を膨張させると、本発明者らは考える。体積はしばしば約（あるいは少なくとも）１０倍に増加することがある。
【００１０】
本発明では、鉱物相（または他のマイクロ波透明相）を熱することを目的とするのでなく、層間水のみを熱することを目的とする。自由照射に基づいたＷＯ２００６／１２７０２５とは異なり、本発明の装置は（先行技術より２倍から５倍高く）スループットを増加させるために、ガイドされた導波管に基づいている。鉱物を軟化させるのに水が十分熱くならないので、パーライトは本発明の適用においては役立たない。
【００１１】
例えば、鉱物をマイクロ波加熱／材料膨張ゾーンを通って移動させることにより、又は、鉱物をマイクロ波加熱／材料膨張ゾーンの中を通って移動させることにより（これは鉱物上でマイクロ波エミッターを移動させるより容易である）、鉱物とマイクロ波フィールドとの間に相対的な動きを生じさせてもよい。鉱物は、概ね水平に且つ／又はベルトコンベヤー上に載せられて、前記ゾーンを通って移動するか、又は、そのゾーンの中を通って移動してもよい。
【００１２】
前記マイクロ波は、マイクロ波導波管内に滞留するように実質的に拘束されることが好ましい。また、鉱物は前記導波管構造の中を通って移動してもよい。
複数のマイクロ波加熱ゾーンがあってもよい。また、好ましくは、１つのゾーンから別のゾーンへの電力の実質的転送を、マイクロ波加熱ゾーン間に配置されたフィルターかチョーク（ｃｈｏｋｅ）を使用して防止してもよい。
【００１３】
鉱物粒子のベッドか層が形成されてもよい。前記マイクロ波は前記ベッドの下から照射してもよい。鉱物の膨張した粒子は、マイクロ波が照射される地点から離れるように粒子のベッドを上昇させ、また、膨張していない又は膨張が不十分でより密度が高い粒子は、マイクロ波が照射される地点により近くなるようにベッド中に落下させてもよい。
【００１４】
加工される原料のベッドの下からマイクロ波を照射するという考えは、一般的に適用可能で、後述されるように、私たちの第２の発明を構成する。
本方法は、少なくとも、あるいは約１×１０6Ｗ／ｍ3のオーダーの電力密度を発生するために適切なｋＷ数の電力を鉱物に印加することを含んでもよい。電力密度は５×１０6Ｗ／ｍ3以上でも可能である。
【００１５】
高すぎる電力密度を使用する目的はほとんどないであろう。
層間水を排除するようなレベルに電力密度が一旦達すれば、余分な電力は蒸気を熱するかもしれない。実際には、約１２．１８×１０6Ｗ／ｍ3を超えた電力密度を使用しないことを選択してもよい。
【００１６】
少なくとも３００ｋｇ／時の膨張したバーミキュライトは、２．４５ＧＨｚで２５ｋＷの電力入力で生産されてもよい。
原料鉱物は、使用されるマイクロ波周波数に対して実質的に透過的であってもよい。
【００１７】
マイクロ波は加熱ゾーンで適用され、塵埃とスチームはこの加熱ゾーンで取り出されてもよい。
前記膨張鉱物は膨張される際、約１５０℃以下あるいは約１００℃以下のバルク温度で生産されてもよい。膨張した鉱物は、膨張プロセスから包装プロセスまでの両プロセス間で、静止させた状態で冷却プロセスを行うことなく、直接次のプロセスに渡されてもよい。
【００１８】
本方法は、マイクロ波が鉱物粒子に照射される時、好ましくは少なくとも１ｍｍの深さを有している、鉱物粒子ベッドを備えることを含んでもよい。ベッドの深さはオーダーで、あるいは少なくとも、１、５、１０、１５、２０、２５、３０、４０、５０、６０、７０、８０ｍｍ、またはそれ以上の深さであってもよい。
【００１９】
マイクロ波加熱ゾーンは、実質的にはベルトコンベヤー全幅に亘って延びてもよい。また、鉱物粒子が加熱ゾーンを通り抜ける時に鉱物粒子内の層間水により受けるピークプロセス電力密度は、ベルトコンベヤーのベルト幅に亘って２０％以内で均一にしてもよい。
【００２０】
他の変形例では、バーミキュライトはマイクロ波加熱ゾーンで加工された任意の供給原料であってもよい。しかし、異なるタイプの原料の加熱を容易にするために、マイクロ波加熱ゾーンのサイズ及び／又は構成は変更を必要とするかもしれない。
【００２１】
自動車の中に又は自動車上に随意的に設けられた移動可能な鉱物剥離機により、本方法を実施してもよい。
「粒子」という用語によりバーミキュライトの全てのグレードが包含されることは認識されるであろう。他の用語とて「片」、「粒」、「顆粒」、「チップ」、「塊」等が使用されてもよい。また、バーミキュライトでない材料については、粒子はバーミキュライトより大きいかもしれないし、小さいかもしれないし、あるいはバーミキュライト粒子のサイズと同じオーダーを有するかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
添付図面を参照して本発明の実施例を例示の目的で以下に説明する。
【図１】従来の先行技術の炉に基づいたバーミキュライト剥離プラントを示す図である。
【図２】マイクロ波剥離を使用する本発明の実施例を示す図である。
【図３】第２実施例によるマイクロ波剥離機を示す図である。
【図４】図２あるいは図３の機械のベルトコンベヤーをより詳細に示す図である。
【図５】別の実施例による剥離機を詳細に示す図である。
【図６】本発明の実施例の中で使用されるマイクロ波アプリケータ（あるいはマイクロ波加熱ユニット）の概略を示す図である。
【図７】本発明の実施例の中で使用される、マイクロ波アプリケータ（あるいはマイクロ波加熱ユニット）の３次元の概略を示す図である。
【図８Ａ−８Ｂ】深さ３０ｍｍのバーミキュライトの層を有する、図７のアプリケータ中の平均電界を示す図である。
【図９Ａ−９Ｂ】深さ３０ｍｍのバーミキュライトの層を有する、図７のアプリケータ上のマイクロ波フィールドの平均電力密度を示す図である。
【図１０Ａ−１０Ｂ】深さ４５ｍｍのバーミキュライト層を有する、図７のアプリケータ中の平均電界を示す図である。
【図１１Ａ−１１Ｂ】深さ４５ｍｍのバーミキュライト層を有する、図７のアプリケータ中のマイクロ波フィールドの平均電力密度を示す図である。
【図１２Ａ−１２Ｂ】深さ６０ｍｍのバーミキュライト層を有する、図７のアプリケータ中の平均電界を示す図である。
【図１３Ａ−１３Ｂ】深さ６０ｍｍのバーミキュライト層を有する、図７のアプリケータ中のマイクロ波フィールドにおける平均電力度を示す図である。
【図１４】ドリルカッティング（ＯＣＤＣ）、土等のような油汚染物質から油を取り除くための、そして一般的には炭化水素で汚染されたマトリックスのための、トンネルマイクロ波プロセッサーの先行技術による配置を示す図である。
【図１５】本発明による別の態様によるトンネルマイクロ波プロセッサーを示す図であり、当該プロセッサーのベルトコンベヤーの下でマイクロ波照射をする構成を示す図である。
【図１６】図１５のマイクロ波アプリケータ配置をより詳細に示す図である。
【図１７】ＳII（２．４５ＧＨｚで反射された信号に対する前進する信号の比）における変化を示す図である。
【図１８】図１５の配置における、投入量（ｌｏａｄ）の高さを一定にした場合の各アプリケータの高さにおける周波数の変化によるＳIIの変化を示す図である。
【図１９】図１８に類似しているが、高さが１００ｍｍ未満であるアプリケータの場合のＳIIの変化を示す図である。
【図２０Ａ−２０Ｂ】図１４の適用及び図１５の適用の比較を示し、図１５の配置により著しい電力密度の増加が達成されたことを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、先行技術を概略的に示し、炉に基づいた剥離プラントである。バーミキュライト膨張システム１は、炭化水素の燃料を供給される大きな炉２、膨張又は剥離後プロダクト排出ステーション４、集塵機ユニット６および冷却領域８を含む。規模を分かりやすくするため、図１には、人５も概略的に示す。
【００２４】
未膨張のバーミキュライトは炉２中に入れられ、加熱され、その後膨張させられる。膨張後のバーミキュライトは、炉２の底からプロダクト排出ステーション４中に落下する。
集塵機ユニット６は、このプロセスから生じる大量の有害な塵埃を取り除くのに必要とされる。
【００２５】
膨張後のバーミキュライトは、摂氏数百度の温度で炉２から放出されて、冷却領域８に搬送される。冷却領域８で、膨張後のバーミキュライトは袋詰めされる前にパイル状態で（山積み状態で）冷却される。
【００２６】
図２は、バーミキュライト膨張装置又はシステム１０を示す。この装置又はシステム１０は、マイクロ波加熱／剥離ユニット１２、膨張／剥離後プロダクト排出ステーション１４、未膨張改良後プロダクト(バーミキュライト)供給ステーション１６、及び材料搬送システム１８を備える。材料搬送システム１８はバーミキュライトを供給ステーション１６からマイクロ波加熱ユニット１２に、更にはプロダクト排出ステーション１４上に搬送するために提供される。
【００２７】
バーミキュライトの鉱物粒子は、典型的には１ミリメートルの数十分の１程度のものから、最長では１センチメートル程度のものがある。
本例では、膨張装置１０は、長さ約６．５メートル及び高さ約２メートルで、従来の炉の剥離システムよりかなり小さい。
【００２８】
供給ステーション１６には、供給ホッパー２０が備えられ、この供給ホッパー２０は、使用する未膨張バーミキュライトを収容し、上方入口端２２及びこれより狭い(例えば、円錐台形（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌｌｙ  ｓｈａｐｅｄ）の)下方出口端２４を有する。出口端２４には、バーミキュライト又は未膨張のプロダクトを（本実施例では傾斜した供給傾斜台２８を介して）搬送システム１８に送出するバルブ２７が設けられた出口開口２６が備えられている。尚、代替の搬送システムとしては、震動性タイプ又はスクリュウタイプのフィーダーであってもよい。配送システムの目的は、制御された層の材料を適切な割合でベルト上に配送することである。
【００２９】
マイクロ波加熱ユニット１２は電力供給によって動作する（例えば、マグネトロンまたは三極管を用いた）マイクロ波ジェネレーター３０を備える。マイクロ波ジェネレーター３０は、導波管３４内の処理ゾーン又は処理領域３２で水層に１×１０6Ｗ／ｍ3の電力密度を生成するのに適切な電界強度を有するマイクロ波を発生する。勿論、マイクロ波加熱ユニットの適用が異なれば、異なる電力密度が必要とされるかもしれないことはいうまでもない。具体的にはドリルカッティングの場合、電力密度は上記電力密度の数値より低いかもしれないし、高いかもしれない。処理領域は、幅１〜３０ｃｍ、高さ約５０ｃｍ、及び(処理領域を通るプロダクト移動の方向に沿って)長さ約７０ｃｍ未満である。発電機３０の出力は数百キロワットまである。
【００３０】
一定速度で処理領域３２を通るプロダクトのどの具体的な直線経路も、（このプロダクトが実質的に同じプロセスを受けるように）実質的に同電界であり、従って同電気密度にプロダクトを露出させるという意味で、処理領域３２の電界は一般的に均一になるよう構成されている。
【００３１】
図９Ａ、９Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１３Ａ及び１３Ｂは、以下に更に説明する処理領域３２における電力密度を示す。
発熱体１２は、金属トンネル３６を有するトンネルマイクロ波装置を備える。金属トンネル３６はトンネルの入口端４０の方向に向いたマイクロ波チョーク３８と、トンネル３６の出口端の方向に向いたマイクロ波チョーク４２とを有する。これらチョーク間にはマイクロ波ジェネレーター３０が位置している。これらのチョークは、トンネル３６の開放端からマイクロ波が逃げるのを防止、或いはかなり低減する。集塵機５０は処理領域３２に設けられている。集塵機５０は、空気及びこの空気中に混入した塵埃をトンネル３６の拡大した処理ゾーン部分から取り出すファン又はポンプを備える。
【００３２】
鉱物搬送システム１８は、使用されているマイクロ波に対して実質的に透過的な繊維ガラス(あるいは他の材料)で作られたベルトコンベヤー５１を備える。ベルトコンベヤー５１は、１００度オーダーの温度に耐えることができる（この温度は本プロセスにおいて本発明者らが思っているものより高い。しかし、安全性のマージンを考慮した方がよい）。ベルトコンベヤー５１は図４に示され、概ね平らなベース５２と、上が開放された樋（とい）を形成するためにベース５２から直立する２つの側壁５４を有する。ベルト幅は、マイクロ波トンネルアプリケータ３６(典型的には２０あるいは３０ｃｍ)と略同サイズである。
【００３３】
ベルト５１は電気モーター５６により駆動され、端部ローラー５８及び６０の周りを回転する。ガイド又はアイドラーローラー６２も各位置でベルトを支持するために設けられる。
【００３４】
膨張装置あるいはシステム１０はベルトコンベヤーモーター５６、マイクロ波ジェネレーター３０、集塵機５０及び供給ステーション１６のオペレーションをコントロールするコントローラ７０を有する。
【００３５】
コントローラ７０は、本例では、コントロールされる対象のスピードあるいはレベルを設定するために人により手動で操作されてもよい。あるいは、別の実施例では、供給ステーションから導入されるバーミキュライトのグレードをセレクタースイッチあるいはコントロールにより選択してもよい。前記コントローラは単にグレードの選択情報をユーザーによる入力として用いて、機器をコントロールしてもよい。そうすれば、装置を使用するのに単純操作ですむ。
【００３６】
図２に示すように、プロダクト排出ステーション１４は、プロダクト包装ユニット８０を有する。プロダクト包装ユニット８０は、ベルトコンベヤー５１から膨張したプロダクトを受け取り、受け取ったプロダクトを直接(あるいはコントロールされた通路あるいは経路を経由して)包装ステーション８２に注ぐ。包装ステーション８２では容器８４(この場合、紙又はプラスチック製のバッグ)が、(一部、あるいは実質的に全体が)膨張プロダクトで満たされ、シーラー８６により容器は密閉される。
【００３７】
コントローラ７０はさらに包装ユニット８０をコントロールしてもよい。
実施例によっては、集塵機５０及び／又は包装ユニット８０及び／又は供給ステーション１６及び／又は材料搬送システム１８が設けられていなくてもよい。(例えば、バッチプロセスについても同様のことが言える)。
【００３８】
使用時、特定のグレードの（例えば、微細な、超微細な、あるいはミクロン等級の）未処理のバーミキュライトは、ホッパー２０の最上部に、断続的にひとまとまりの量で（バッチで）又は連続的な流れで導入される。
【００３９】
ホッパー２０は、その出口数値２７がコントローラ７０で「開く」にセットされ、そして、ベルトコンベヤー５１はコントローラ７０で決定されたある速度で走るように設定される。また、マイクロ波ジェネレーター３０はコントローラ７０により電源が供給され、(スループットに関連づけられた)処理ゾーンあるいは処理領域３２で適切なマイクロ波電力、典型的には１×１０6Ｗ／ｍ3から１２×１０6Ｗ／ｍ3を発生する。
【００４０】
バーミキュライト粒子は、コントロールされた方法でホッパー２０から傾斜台２８を下ってベルト５１上に落下する。ベルト５１上でバーミキュライト粒子は概ね均一なベッド（厚みのある層）を実質的にはベッド全幅に亘り形成する。粒子のベッドの深さは、異なる電力及び粒径に対し剥離工程がどのくらい良好に材料に作用するかに影響する。ベッドがあまりに薄いと、十分な電力が処理量（ｌｏａｄ）（鉱物）に結合（ｃｏｕｐｌｅ）されないであろう。ベッドが深すぎると粒子は剥離するのを停止してしまう。そこで本発明では２．４５Ｇｈｚで約１０〜２０ｍｍの深さを使用する。９１５ＭＨｚでは、ベッドはより高くなるであろう。
【００４１】
ベルトコンベヤー５１はトンネル３６に延びる。また、プロダクト(本例ではバーミキュライト)の未処理粒子は、第１傾斜台３８を通り抜けマイクロ波処理ゾーン３２に入る。マイクロ波処理ゾーン３２では、未処理粒子はマイクロ波フィールドを受ける。(バーミキュライト中の材料層間にある)バーミキュライト粒子中の水は加熱される。これによりバーミキュライト粒子は膨張／剥離する。バーミキュライト粒子が膨張するにつれ、これら粒子の体積は増加する。また、バーミキュライト粒子が処理領域３２を通るに従って、約１秒、２秒、又は３秒間に、ベッドの高さは５倍から１０倍、１０倍から２０倍に増加する。
【００４２】
膨張したプロダクトは、この時点で、バルク温度が(従来の炉技術における数１００℃ではなく)約７０℃である。その後、膨張プロダクトは、ベルトコンベヤー５１によりプロダクト排出ステーション１４へと進行し、プロダクト排出ステーション１４で包装ユニット８０により包装される。
【００４３】
本例において、このプロセスは連続的である。しかし、装置１０はスイッチを切り、破損されないように未使用の状態にされてもよい。処理ゾーン３２で粒子が留まる時間は、ベルトコンベヤー５１の速度の変更により変更してもよい。電力密度は入力電源の変更により増減してもよい。
【００４４】
第２実施例による膨張装置を図３に示す。バーミキュライトベッドが参照番号９０で示され、２つの（あるいは他の実施例では複数の）マイクロ波処理ゾーン３２’及び２つの(複数の)マイクロ波ジェネレーター３０’が設けられている以外は、第２実施例は図２の実施例と同様である。また、この膨張装置には参照番号３１で示すフィルターをマイクロ波ジェネレーター間に設け確実にこれらを互いに分離し隔離させている（反射／定常波により、あまりにも多量の電力が特定のジェネレーターに存在する場合、マイクロ波フィールドをセットアップ状態にするのはあまり望ましくない）。第２の下流処理ゾーン３２’が鉱物に第２の加熱ステップを与えるために設けられている。後の第２の加熱ステップで再加熱する前に第１の加熱ステップの後で膨張する時間を鉱物粒子に与えることは(鉱物粒子が２つの処理ゾーンを移動するので)、時によって、利点があると本発明者らは確信する。これは、第２の加熱ステップに先立って一部の水蒸気を逃すことを可能にする。
【００４５】
図５は別の実施例を示す。ベルトコンベヤーは参照番号１００で示され、このベルトコンベヤーは、ベース１０２及び直立の側壁１０４を備えるチャネルあるいは樋形状のものを有する。しかし、参照番号１０６で示すマイクロ波電源／ジェネレーターはベルト下方に設けられている。これは、参照番号１０８で示す粒子ベッドはベッドの底からマイクロ波を受けることを意味する。粒子が剥離／膨張するにつれ、これら粒子の体積は増えるとともに、粒子の密度は減る。膨張した粒子はベッド中を上がる傾向があり、未膨張の粒子はマイクロ波源に近いベッドの底に向かい落ちる傾向がある。この傾向は、以下のことを意味する。つまり、粒子が自身の水の中に注入するマイクロ波電力をより多くまだ必要とする粒子は、マイクロ波ジェネレーター１０６の方により近付き、電力をもう必要としない粒子は更に離れるということである。従って、粒子間でより多くの均一加熱を達成することができるので、より良質の膨張プロダクトを生産することができる。粒子間でより多くの均一加熱を達成することができることにより、ある粒子は加熱処理し過ぎたり、また別の粒子は加熱処理が不十分であったりする傾向は減少する。このような傾向の減少は、マイクロ波の電界強度がベルトの底ではより高くなることを前提とし、多くの場合、次の理由による。すなわち、マイクロ波がベッド大部分を通って移動せず、吸収される機会がなかったからという理由である。
【００４６】
ベルト１００は、より高密度の粒子がボトムへ移動するのを支援するために振動させてもよい。
ベルト１００は、断面が長方形、三角形、ループ、あるいは、リング等の閉じた断面であってもよく、集塵孔あるいはループを有していてもよい。
【００４７】
本発明者らは、加熱ゾーンでは、マイクロ波トンネルの中で不活性雰囲気を使用することができた。例えば、空気中のアーク放電が問題になりうるレベルまで、マイクロ波の電界強度を増加させたかったならば、且つ／又は、粒子、あるいは粒子からの塵埃が、可燃性であったならば、加熱ゾーンでは、マイクロ波トンネルの中で不活性雰囲気を使用することができるであろう。
【００４８】
ベルトのトップ及び／又はベルトの底からの代わりに、あるいはベルトのトップ及び／又はベルトの底からに加えて、マイクロ波電力はベルトのサイドから印加してもよい。トンネル／ベルトの断面周辺の１つ以上の場所からマイクロ波電力を印加することも、さらに均一なプロダクトを生産するのを支援することになる。
【００４９】
膨張したバーミキュライト／プロダクトがベルトから溢れ流れることを防止するために十分に深い側壁がベルトには設けられるべきである。多くの実施例においては、トンネルは、プロダクトの膨張を考慮に入れることができるほど十分高くすべきである。
【００５０】
図６は、マイクロ波アプリケータ(あるいは発熱体)１２の概略図であり、マイクロ波放射が上方からバーミキュライト粒子１０８に入射する場合を示す。互いに交わるｘ、ｙ軸は図７〜１３で参照される方向を示す。図６は剥離工程が生じる処理領域３２を更に示す。
【００５１】
バーミキュライトだけでなく、また層間に水を含む鉱物層だけでなく、他の粒子（例えば、他の鉱物、あるいは食物等）を加熱することに、図５の着想を適用可能であることは認識し得る。マイクロ波アプリケータを発明し、下方からマイクロ波を原料に印加するという着想は、油汚染物質（ドリルカッティング、汚染土壌及び動物副産物等）の処理についての文脈で後述するが、この着想は別個の発明である。
【００５２】
図７はマイクロ波アプリケータ(あるいは発熱体)の立体モデルである。図７以降の例では、アプリケータは、８９６ＭＨｚで１００ｋＷの入力電源を持っており、ミクロンに製粉されたバーミキュライトに使用されている。
【００５３】
マイクロ波アプリケータに存在するマイクロ波フィールド強度は、当該場所に存在するバーミキュライトの深さに依存する。マイクロ波フィールドは、バーミキュライトの深さに対して不変ではないことが確認された。
【００５４】
図８Ａ及び８Ｂは、深さ３０ｍｍのバーミキュライト層を使用し、８９６ＭＨｚの周波数、１００ｋｗの電力入力でのアプリケータ中の平均電界を示す。
図９Ａ及び９Ｂは、バーミキュライト層が深さ３０ｍｍである場合の、アプリケータ中での平均電力密度を示す。処理量（ｌｏａｄ）における最大電力密度は略９．２×１０6Ｗ／ｍ3である。
【００５５】
図１０Ａ及び１０Ｂは、深さ４５ｍｍのバーミキュライト層を使用し、８９６ＭＨｚの周波数、１００ｋＷの電力入力でのアプリケータ中の平均電界を示す。
図１１Ａ及び１１Ｂは、バーミキュライト層が深さ４５ｍｍである場合の、アプリケータ中での平均電力密度を示し、ロード（処理量）における最大電力密度は略９．２×１０6Ｗ／ｍ3である。
【００５６】
図１２Ａ及び１２Ｂは、深さ６０ｍｍのバーミキュライト層を使用し、８９６ＭＨｚの周波数、１００ｋＷの電力入力でのアプリケータ中の平均電界を示す。
図１３Ａ及び１３Ｂは、バーミキュライト層が深さ６０ｍｍである場合の、アプリケータ中での平均電力密度を示し、ロード（処理量）における最大電力密度は略１．７×１０7Ｗ／ｍ3である。
【００５７】
本発明のシステムの１つの具体的な実施例においては、コンベヤー上でのバーミキュライトの深さが１０ｍｍで、２００ｋ／ｈｒのバーミキュライトスループットを有し、２．４５ＧＨｚで２５ｋＷのマイクロ波電力が印加される。この実施例は、微細なグレードのバーミキュライトを用いる。この実施例では、単位重量当たりの最大出力消費が１５０ＫＷｈ／ｔである。剥離されたバーミキュライトは、グリット及び微粉（およそ１０から２０％）を含む＜９５ｇ／ｌの製品特性を有する。このような剥離されたバーミキュライトは、産業仕様内にある。本実施例のプロセスでは、１トンの処理エネルギーのコストにつき（２００８年１２月の価格で）約９．５０ポンドを要し、１００リットルの微細なグレードプロダクトにつき約０．０９５ポンドを要する。
【００５８】
本発明者らは、先行技術が誤ったアプローチを使用していることを認識した。先行技術では、バーミキュライトに閉じ込められた水が膨張する(蒸発する)ようにバーミキュライト自体(鉱物)を熱することによって、バーミキュライトを膨張させている。本発明者らは、鉱物中の自由水を選択的に加熱する方がよいことを認識した。
【００５９】
更に、本発明者らは次の事実も認識した。すなわち、マイクロ波剥離プラントの加熱ゾーンでの水相中の電力密度が重要であるというということである。低すぎる電力密度は特に小さな粒径に対して、全く効果がない。
【００６０】
バーミキュライトが大、中、微細、超微細、ミクロンサイズの範囲であろうと本発明によるテクニックはバーミキュライトに良好に効力を発揮する。微細、超微細、ミクロンサイズの範囲では特に良好に効力を発揮する。本発明者らは、微細、超微細、ミクロンサイズの範囲において特に良好に効力を発揮するのは、(大グレード又は中グレードのバーミキュライトと比較して)比較的高い体積対表面積比を有していることに関係していると信じる。より小さな粒子は、中間層の水のより迅速な加熱を必要とし、バーミキュライト粒子が小さければ、より大きなバーミキュライト粒子と比較してより高い電力密度が必要であると本発明者らは信じる。
【００６１】
本発明のプロトタイプ機械は、１時間当たり何百キログラムもの(本発明者らの試作品では、１時間当たり３００キログラムの)微細グレードの剥離されたバーミキュライトを生産することができ、１トン当たりの電力消費量は約１００キロワット時間である。本発明は、マイクロ波を動力とする加熱ゾーン中において、２．４５ＧＨｚで３０キロワットのマイクロ波電力を使用する。このエネルギー消費は、炉ベースのシステムよりエネルギーコストが低い。しかし、２．４５ＧＨｚの周波数の代わりに、８９６ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ及び９２２ＭＨｚ等のその他の周波数も使用してもよいということは認識される。
【００６２】
本発明のマイクロ波システムが１トン当たり５０〜１５０キロワット時の消費をするに対して、炉プロセスは１トン当たり５００〜１０００キロワット時の消費をすることに、本発明者らは気付いた。
【００６３】
更に、本発明者らは製造工場で働く人々の作業条件を著しく改善した。先行技術テクニックと比較して、塵埃や騒音が減少する。本発明のマイクロ波システムでは、塵埃の放出を略完全になくすことができる。先行技術で塵埃及び熱風対処システムに要する電力が、本発明では１トン当たり４００あるいは５００キロワット時だけ節約される。
【００６４】
本発明のシステムは本質的には、閉じたシステムである。
塵埃発生が減少する1つの理由としては、本発明の多く実施例において、バーミキュライトが水平コンベヤベルト上で搬送されることが挙げられる。従って、先行技術のようにバーミキュライト粒子が空間を落下する際に互いに衝突するということが、本発明ではない。また、本発明の技術では、バーミキュライト鉱物のバルク材料が加熱不足になることはないので、他の技術の場合ほど粒子が脆くはなく、粒子が壊れるということがなくなる。
【００６５】
本発明の別の有意な利点は、少なくともいくつかの実施例中では、略７０度の温度で剥離プロダクトを生産するということである。これは、炉でバーミキュライトを生成する場合の温度よりはるかに低い。本発明では、バーミキュライトを冷却するために数時間放置することなく、剥離機から包装又は袋詰機械へ直接送出されたバーミキュライトを膨張させることが出来る。
【００６６】
本発明のプロセスは先行技術のプロセスに比べ、かなり適応性がある。本発明は先行技術と異なり、機器を破損せずに、生産を開始したり停止したりすることができる。本発明の機械は異なるレベルの能力で動かすことができる。これに対して先行技術では、バーミキュライトの流速を変更することは炉中の温度を著しく変えてしまうため、熟練した作業を伴う。本発明はプロセスコントロールを自動化することができる。本発明のシステムのコントロールは全く単純で、機械操作に熟練を要しない。機械を操作するには、使用されるバーミキュライトのグレードを必要に応じて入力し、単にボタンを押す必要があるかもしれないが、あとはマイクロプロセッサかコンピュータが処理をするようにしてもよい。先行技術と異なり、(本発明のような)１台の機械で、異なるグレードのバーミキュライトを生産することができる。
【００６７】
別の主な利点は、本発明の剥離機の工場内での占有設置面積だけでなく、ガス設備／処理設備の工場内での占有設置面積についても、炉の機械と比べて著しく小さいということである。
【００６８】
更に、本発明のメインテナンスコストは大幅に低く、休止時間はより減る。マグネトロンのメンテナンスは必要である。しかし、マグネトロンの交換は１００００時間の運転毎に１度行えばよいと本発明者らは見積もる。ベルト潤滑は時々必要であるが、この作業は熟練を必要しないルーチンワークであり、安く実施できる。
【００６９】
さらに、マイクロ波剥離が本質的に全くモジュール組立品であるので、休止時間を低減するために構成要素を中と外とで交換できるモジュラシステムを本発明者らは構想することができる。
【００７０】
バーミキュライトだけが加熱され、その場合にも中間層自由水だけが加熱されるので、先行技術の炉システムと比べて本発明は起動、停止に要する時間が減少する。
更なる利点は、膨張するバーミキュライトの実際の性質がより一貫し、本発明の機械により規格内に維持することがより簡単であるということである。従って、製品産出は向上し浪費低減が可能になる。
【００７１】
更には、本発明は、持ち運び可能な剥離機を提供することができ、異なるエンドユーザの場所に機械を移動させることができる。中心施設を設け、膨張したバーミキュライトをそこから輸送するよりもむしろ、本発明は膨張したバーミキュライトを使用の目的地又は販売地点で製造できる。例えば、本発明は、バンかローリーのような乗り物にマイクロ波剥離機を設置することができる。
【００７２】
別の有利な特徴は、バーミキュライト粒子がマイクロ波加熱ゾーンで費やす時間及び／又はマイクロ波電力をコントロールすることにより、本発明が剥離／膨張の程度をコントロールすることができるということである。（すなわち、同一バーミキュライト粒子の膨張程度を条件次第で、上げたり下げたりできる）。剥離／膨張の程度をコントロールすることができることは先行技術システムにとって理論的には言えることであっても、バーミキュライト粒子が炉の加熱ゾーンで費やす時間をコントロールすることは、非常に難しい。炉の加熱ゾーンは、具体的に局所化されていない。また、垂直の炉中で、気体が上昇する状態で重力により下方に動きながら流動ベッドを通り抜ける粒子の移動時間を予測することは難しい。本発明のシステムにおいては、それぞれの粒子に適合した処理環境が可能になる。
【００７３】
本発明は以下の（１）〜（７）の方法と見なすこともできる。
（１）電力消費、または（バーミキュライト等の）鉱物粒子等の膨張した材料を生産する際に放出される二酸化炭素を低減する方法、又は、
（２）膨張されてない材料から包装された（例えば、袋詰した）膨張材料を得るまでの、包装された膨張鉱物／材料を生産する速度を上げる方法（例えば、材料がそれほど熱くないので、材料が冷めるまで待つ過程が省かれる）、又は、
（３）塵埃処理必要条件、及び／又は、塵埃発生、及び／又は、大気への塵埃放出を軽減するする方法、又は、
（４）剥離プラントの物理的サイズを縮小する方法、又は、
（５）更に向上した品質／より均一な品質の剥離した／膨張した鉱物／あるいは他の材料を生産する方法、又は、
（６）炉使用の場合と比較して、剥離処理又は膨張処理の収率を向上させる方法、又は、
（７）鉱物を膨張する際に騒音を軽減する方法(炉は騒音が大きい)。
【００７４】
発明の別の態様において、微粒子材料を膨張する方法は材料でベッド（層又は床ともいう）を形成し、当該ベッドを下から加熱することを含む。
ベッドを下から加熱することにより、より下方に広がっている材料の微粒子を膨張させる。従って、微粒子が膨張する際には、あまり密集せずにベッドの中で盛り上がる。密集すればするほど、微粒子は膨張しにくくなり、熱源に更に近いベッド底に落下する。
【００７５】
微粒子が小さくなるほど、大きい場合に比べて、微粒子を膨張させるのに、水相においてより高い電力密度を要すると本発明者らは信じる。
本発明は、冷却及び保存要求条件が非常に低い機械を使用してもよい。本発明では、製品品質を維持し、且つ異なるグレードの膨張プロダクトを生産するために機械に自動処理コントロールを設けてもよい。
【００７６】
本発明では、生産プラントのスペースが縮小されることに加え、微粒子を冷却する際に、微粒子を山積みで保存するスペースを必要としない。
本発明による逆マイクロ波アプリケータの一層の適用が実現した。この逆マイクロ波アプリケータアプローチには更なる驚くべき利点がある。
【００７７】
バーミキュライト膨張に加えて、本発明者らは他の材料処理作業にマイクロ波を使用することに関心をいだいている。例えば、マイクロ波を利用して複数相の鉱石の異なる相を個別に加熱し、岩から鉱物を抽出することが挙げられる。また（例えば、石油探索産業において油で汚染されたドリルカッティング（ＯＣＤＣ）をきれいにしたり、及びシェール（頁岩）から油を回収したりするために）マイクロ波を利用して岩や混合物から油を取り除くことにも関心がある。逆マイクロ波アプリケータ（マイクロ波が照射される材料の上よりも下にアプリケータを位置させること）を設けることは意外な利点を有することが本発明者らは驚くほど分かった。従って、本発明は廃棄物処理用の一般的なプラットフォームとして広い適用可能性がある。
【００７８】
本発明の追加発明はＯＣＤＣ（Oil-Contaminated Drill Cutting）の作業中になされた。本発明に先行する特許出願（ＷＯ２００８／０５９２４０）の内容は、参照として本発明に組込まれている。なお、この時点でＷＯ２００８／０５９２４０を読むとよい。ＷＯ２００８／０５９２４０は、以下の資料の全開示を理解するのに役立つ。
【００７９】
図１４は、海底油田／ガス探鉱リグ（石油掘削装置）上で油に汚染されたドリルカッティングから連続的に油を分離するシステム１０１の概観を示す。このシステムは、未処理のドリルカッティング（水、油、岩の混合物から成る）１０６を含む供給材料１０５をマイクロ波処理キャビティ（空洞）１０３へ送り込むための供給手段１０７（あるいは材料フィーダ１０７）を備える。凝縮手段１０９がキャビティ１０３の出口に隣接して設けられている。凝縮手段１０９は、不活性なエアパージ１１１、つまり流れる気体１１１を回収した油と水の混合物１１３から分離するために配置されている。分離装置１１５は混合物１１４を油１１３及び水１１６に分けるために設けられる。抽出又は再循環システム１１７が設けられ、当該抽出又は再循環システム１１７は、気体１１１をフィルターにかけて清潔にし、かつマイクロ波キャビティ１０３の材料用入口１１２にこの気体を戻すために使用される。当該抽出システム１１７は、キャビティ１０３を通して気体１１１を汲むポンプ１１８及びクリーンガス用入口１２０を備え、再循環した気体に新鮮なガスを導入するために使用される。フィードバックシステム１２１は処理後のカッティング１１９を、処理後の乾燥した材料１２２としてハンドリングシステム１０７に送り返すために設けられる。
【００８０】
使用においては、供給材料１０５はベルトコンベヤー等の搬送装置１１０のキャビティ１０３へ送られる。供給材料１０５は、（破線で境界を示した）処理エリア１０８でマイクロ波を放射される。マイクロ波の放射により（更に詳細に後で記載されるように）供給材料内の水が迅速に優先的に加熱される。この優先的な加熱により供給材料中の油成分の熱脱離が起こり、後には、実質的に油の無い処理されたドリルカッティング１１９が残る。キャビティ３を通過中のガスの流れ１１１は、蒸気が凝縮器１０９に向かい、凝縮器１０９で取り除かれるのを支援する。凝縮器で回収された油は、再生して掘削泥に変えてもよい（これには、いくらかの添加剤を加える必要があるかもしれない）。一方、処理された固体材料１１９は廃棄するのに適している（あるいは、供給材料１０５へ乾燥材料１２２を戻して混ぜ、その含水率をコントロールするために送り返すのに適している）。処理された材料に含まれる油は、コンベヤー上の材料に対して重量で１％未満であり、海中へ直接廃棄することができる。
【００８１】
毎時５〜１０トンのスループットを達成することができる。しかし、毎時２５０ｋｇから毎時１トン範囲内のスループットであれば、ほとんどの海底油田掘削機にとって十分である。これらのような作業を実施するには、１Ｗ／ｍｍ3（１０9Ｗ／ｍ3）以上の電力密度と共に約１００ｋＷの電力を有するマイクロ波ジェネレーターで達成することができる。本システムは小さくコンパクトであり、油田掘削機上に、限られたスペースにもかかわらず、容易に取り付けることができる。工業規模モデルはＩＳＯの貨物コンテナで簡単に輸送することが可能である。モジュールの性質上、多くの方法でシステムを配置できるので精密なプロセス設置面積は変更可能である。例えば、水平コンベヤーを最小限で使用して垂直に配置してもよい。また、供給システムは処理キャビティから、比較的遠くにあってもよい。このような柔軟性は、海底油田掘削機上ではシステムを特に有用なものとする。(マイクロ波キャビティ自体の形に少なくともある程度は依存するが)電磁放射の強度と均一性、及び供給材料組成の両方は、油の効果的な除去に影響を及ぼす。供給材料の準備、供給システム１０７、及び電磁処理キャビティ１０３は、全て、汚染物質の一貫した一様な処理を保証するよう設計される。発生したガス及び蒸気が回収、再利用されることを選択的に許容しつつ、これら発生したガス及び蒸気を取り除くための手段は、独立して発明されると考えられる。
【００８２】
システムの性能はベルトコンベヤー１１０上の供給材料の物理的特性に依存することを、本発明者らは実験の試みから発見した。（例えば、含水率変化による）誘電性構成物（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）εの変化により性能を変更してもよい。
【００８３】
ベルトコンベヤー上の供給材料の深さを変更することにより、システムの性能を驚くほどに変更することができる。
１つの解決策として、以下の1つ以上（又は全て）を動的にコントロールすることにより、システムの性能に対する感度を補償することができる：ベルトコンベヤーの速度、ベルトコンベヤー上に供給される供給材料の高さ又は配分、あるいは、マイクロ波アプリケータにより供給される電力、供給材料であるバルク原料の誘電特性。
【００８４】
しかしながら、マイクロ波アプリケータは、それらの（マイクロ波アプリケータの）合計電力出力変更、又は出力ピーク電力密度、あるいは得られるピーク出力電解強度に容易に素早くリアルタイムで反応しない。
【００８５】
図１５は、別のＯＣＤＣ処理システム２８１を示す。同様の構成部分は、同じ参照番号で示す。このシステムでは、マイクロ波アプリケータ２０８／マイクロ波キャビティはコンベヤー２０５の下にある。
【００８６】
図１５に示すような構成にすることにより、ベルトコンベヤー上の供給材料の高さの変動に対するシステムの感度（影響）を軽減し、供給材料のバルク誘電特性（つまりその含水率）に対するシステムの感度を軽減するということを本発明者らは驚くほどに発見した。
【００８７】
また、マイクロ波アプリケーションをベルトの上に配置しないことにより（例えば、ベルトより下に配置することにより）、発生した（多くの場合、熱い）ガス及び蒸気の取り扱いや除去がより簡単になる。発生したガス／蒸気削除システム１３０を、図１５に示す。このシステムは、供給材料のマイクロ波処理中に当該供給材料が放出した気体物質を沈める。
【００８８】
材料の誘電特性の変化が、油で汚染されたドリルカッティング（また他の材料）をマイクロ波処理する反射ステップアプリケータの運転効率に影響を与えることを本発明者らは発見した。以前に開発されたステップマイクロ波アプリケータは、含水率変動が狭い範囲内でこのアプリケータが操作される時には、供給材料の油分を減らすのに有効である。しかし、含水率変動がより広い範囲に亘る時には効果が小さくなる。供給されたカッティングを乾燥した材料に混合して、全体的な含水量の低下に全体的な影響を及ぼすことにより、この問題は克服される。しかしながら、このような克服の仕方は、(混合を実施しない)ある使用では可能ではないかもしれない。あるいは、供給材料の誘電特性の十分に幅広い変化に対処するためには、このような方法だけでは十分ではないかもしれない。従って、供給材料に対する感度の点で、また同一の電力インプットで加熱した相においてより高い電力密度をサポートする能力の点で、操作をより単純にしたアプリケータを再度設計した。
【００８９】
高電力密度（典型的には約１×１０6Ｗ／ｍ3のオーダー）が使用されれば、供給材料の誘電特性の変化を単に許容することができるということが、本発明者らの実験から分かった。しかしながら、要求される実際の電力密度は処理されている具体的な供給材料、及び／又は、具体的な用途に依存するかもしれないということは認識される。従って、電力密度は、ドリルカッティング、汚染土壌、他の廃棄物等の処理に応じて異なるかもしれない。変動する材料の深さ全てに亘って要求される電力密度を得ることは、プロセスコントロールシステムの開発で、かなりの難問である。なぜなら、（含水率に関する粗い基準を与えるために、場合によっては乾燥材料を混合するのみならず）ベッドの厚さを動的に変え、マイクロ波トンネル内でベルトの高さを変動させ、能力を上げることが、プロセスコントロールシステムに必要とされるからである。これらの難問は材料の供給位置が逆さになるように、アプリケータのデザインを変更することにより克服された。この構成により以下の利点が更に得られる。即ち、処理された材料の真上で、熱い蒸気及びガスの取り扱いがより容易になり、その結果、電力配送の信頼性が高まるということである。新しい逆さのアプリケータデザインの電力密度は、供給特性に対してあまり敏感でない（影響を受けない）ことに加えて、少なくとも本発明者らが研究した実施例においては、同様の電力出力より最大で２９％も高いことが示された。電力出力が最大で２９％も高いことは、沖合での使用により適している。
【００９０】
図１６は、図１５の逆マイクロ波アプリケータをより詳細に示す。マイクロ波ガイド３１０でのマイクロ波入力電力は、２５４０ＭＨｚで３０ｋＷである。ベルトコンベヤーは、厚さ３ｍｍの玄武岩(これは良好な透過的マイクロ波特性を有する)で作られている。トンネルの高さをｈで示すのと同様に、マイクロ波トンネル（図ではｗ）の幅は１００ｍｍである。ＯＤＣＤカッティングの深さｄは、４０ｍｍである。ドリルカッティングは約５％の水分含有量を減らし（ｓｈａｖｅ）、ε’及びε”がそれぞれ７及び１.９である。
【００９１】
図１７は、図１６の入力(左)ポートでのＳII(前進信号及び反射信号の比)の変化を、異なるロード（投入量）の厚さに対応したマイクロ波周波数と共に示す。
最適化パラメーターとして、２．４５ＧＨｚの周波数（マイクロ波アプリケータ周波数）でのＳIIの望ましい値は、できるだけ低くする必要があり、また反射減衰量（ｒｅｔｕｒｎ  ｌｏｓｓ）ピークはできるだけ広くする必要がある。ＳIIの値が低いことは、低い線質係数に相当するので、アプリケータから反射された電力は減少する。その結果、プロセス時に、より良好なマッチング（釣り合い）が確保され、プロセスの総合的な効率の向上につながる。従って、（反射電力を最小限にするために）システムがどれくらいよく釣り合いがとれているかの貴重な指標を、ＳII値は我々に提供してくれる。一方、幅広いピークは、システムが周波数と材料特性の変化に対してより敏感でないことを（つまり、より影響を受けなくなるということを）意味する。
【００９２】
この段階で考慮する必要のある別のパラメーターは、ベッド高さが材料のスループットに影響を与えるかもしれないということである。
図１７から明白なように、アプリケータからの反射を最小限にすることと、高いスループットを得ることの両者が良好に妥協するためには、ベッド高さを４０ｍｍに選択するとよい。
【００９３】
図１８は、ＳIIパラメーター対マイクロ波アプリケータの異なるキャビティ高さに対応した周波数を示す。周波数を２．４５ＧＨｚにチューニング（調整）する場合においては、高さを１００ｍｍとすればアプリケータの最高の性能を達成することができることが分かる。
【００９４】
同様の方法で、図１９は、アプリケータのＳIIパラメーター対１００ｍｍ未満のキャビティの高さに対応した周波数を示す。図１９からは、キャビティの高さが低くなるにつれ、反射減衰量の最低値は２．４５ＧＨｚから変動し、調整に関するアプリケータの総合的性能は低下するという結論が得られる。
【００９５】
図１９は、ＳIIパラメーター対（ロード（投入量）の高さが４０ｍｍ、玄武岩ベルト厚さが３ｍｍで、アプリケータの幅が１００ｍｍに保たれた場合の）アプリケータの高さが１００ｍｍ未満の異なる高さに対する周波数の変化を示す。
【００９６】
従って、図１７、図１８及び図１９から、（２．４５ＧＨｚにおける）アプリケータの最適な寸法は、幅と高さが１００ｍｍであり、ロード（投入量）の高さが４０ｍｍであると結論付けることができる。これらの寸法においては、アプリケータのチューニングを容易にするために、反射減衰量は十分に低い値となる。さらに、アプリケータは低線質係数で作動する。反射減衰量の値が低く、アプリケータが低線質係数で作動することは、その周波数応答及びパワー・カップリング（電力結合）の容易さの点においてロバスト性がある（安定性がある）と本質的に解釈できる。マグネトロンマイクロ波装置が、その周波数出力に関して明瞭な信号を生成せず、また、信号はしばしば数ＭＨｚの帯域幅を有することは周知であり、このことが、チューニングを非常に問題的なものにしてしまうことがよくある。低い線質係数を備えたアプリケータは帯域幅を補い、この周波数範囲にわたって良好に作動することができる。
【００９７】
図２０Ａ及び２０Ｂは、２．４５ＧＨｚで３０ｋＷの力で操作された材料と同じ材料を使用した場合における、図１４のアプリケータ対図１５の新しいアプリケータとの比較を示す。図２０Ａは図１４のアプリケータに対応し、図２０Ｂは図１５のアプリケータに対応する。
【００９８】
古いアプリケータと比較した新しいアプリケータの向上した性能は、ピーク電界強度の点から図２０Ａ及び２０Ｂで評価することができる。両方のアプリケータにおける２４５０ＭＨｚで３０ｋＷのマイクロ波電力入力については、全く同じロード（処理量）に対して、古いアプリケータは７．９×１０7Ｗ／ｍ3の電力密度を有するのに対し、新しいアプリケータでは１１．１×１０7Ｗ／ｍ3の電力密度を有する。この相違は、チューニングをより困難にする定常波を支援するように設計された古いアプリケータとは対照的に、新しいアプリケータは、より周期的な挙動と連動したより低い線質係数を得たという事実に起因する。
【００９９】
マイクロ波での被処理材料より下方にマイクロ波アプリケータを配置することにより、マイクロ波で処理される供給材料の的確な誘電特性、的確な体積、及び的確な位置に対するシステムの感度は軽減される。
【０１００】
塵埃除去は塵埃除去装置２３０により達成される。塵埃除去装置２３０は、供給材料ベルトが伸びるマイクロ波トンネルから、気体及び気体に混入した塵埃を吸引するポンプ又はファンを備える。
【０１０１】
（様々な種類のマイクロ波処理のための）マイクロ波処理プロセスは、熱いガス、または蒸気、または塵埃（例えば、蒸気、ガス状炭化水素、あるいは鉱物埃）を生成することが可能である。除去装置はそのような不要な（かつ危険性のある）物質を取り除くことができる。微細塵埃の発生あるいは物質の酸化のリスクを抑えるために、マイクロ波トンネルの中で不活性ガス(例えば、Ｎ2）を使用してもよい。熱いガスは上昇傾向にある。そのため、マイクロ波アプリケータを、供給材料より下に（あるいは、少なくとも供給材料の側面に）配置するということは、発生した物質がアプリケータ中へ上昇してアプリケータを腐食してしまうのを防止するという意味である。
【０１０２】
塵埃スクリーンかトラップをマイクロ波ジェネレーター自体とマイクロ波チャンバとの間に設けてもよい。これにより、マイクロ波ジェネレーター中に物が落下する危険性を緩和できるかもしれない。スクリーンかフィルターは図１６に参照番号３２０で示す。
【０１０３】
マイクロ波チャンバの上からマイクロ波アプリケータを取り除くことにより、スペースが開放され、当該場所に蒸気除去及び／又は蒸気回収機器を配置できるようになる。
供給材料を載せたベルトより下にマイクロ波アプリケータを配置することにより、マイクロ波ジェネレーター入力ポートからの供給材料の基準面（底面）の位置及び距離は一定になり、ベルト上の供給材料の高さにより変動するということがなくなる。驚くことに、この配置は任意のロード（処理量）に対して、予想以上の電力密度を有するようである。
【０１０４】
従って、加工／処理される材料の下方からマイクロ波エネルギーを放射することによって、多くの有益な利点がもたらされることは上に述べたことから容易に認識することができる。主要な利点は、変化する材料の特性に対するシステムの感度と、効率を最適にするためにシステムを適合させる能力を網羅している。マイクロ波エネルギーがベッドを通過することにより、システムが適合し易くなることが判明した。このことは、言い換えると、材料特性の変化に対して耐性があることを意味する。下からマイクロ波エネルギーを供給することの利点は、システムがベルトの高さ及びベッドの厚みの変化に対する耐性を有することである。しかしながら、ベッドの厚みは、電界パターンをコントロールし、かつ所望の加熱方式を実施するために利用してもよい。
【０１０５】
更なる利点としては、発生したいかなる熱いガス及び蒸気も、マイクロ波供給地点を干渉することなく、加熱ゾーンの上から直接削除することができることである。導波管供給がベルトコンベヤーの下方であるので、このベルトは「防護壁」あるいは防御の役目もし、塵埃や砕片が導波管の中に落下するのを防ぐ。これにより、(塵埃、気体等の)汚染物質が導波管の中を通過するというリスクを防いだり、当該リスクを少なくとも最小限にしたりする。その結果、システムの信頼性及び／又は寿命は著しく向上する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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