СВЧ-УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ И ВСКРЫТИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Полезная модель относится к горной промышленности, и может быть использована при проектировании и производстве установок, использующихся для извлечения редкоземельных и редких металлов из руд.
Известно, что при воздействии СВЧ-волнами на горные породы, содержащие минералы металлов (пирит, никелин, магнетит и т.д.) и минералы пустой породы (кварц, кальцит и т.д.), в первых минералах происходит более значительное поглощение энергии СВЧ-волн, чем во вторых минералах. Поэтому в СВЧ-поле рудные минералы нагреваются, а пустая порода в начале остается холодной. При этом, на границах раздела фаз возникают сильные термомеханические напряжения, часто превышающие предел прочности и приводящие к микрорастрескиванию породы, формируются остаточные напряжения, которые обусловливают изменение структурного состояния, влияют на прочность горных пород. Разрушение идет по границам раздела минералов, по местам включений, спайкам кристаллов и другим дефектам. Наряду с этим идет процесс испарения влаги, релаксация остаточных напряжений, происходят полиморфные и фазовые превращения, выгорание органических соединений Эти процессы приводят к уменьшению прочности пород в несколько раз.
Актуальной задачей в настоящее время является разработка и производство энергоэффективных промышленных установок для осуществления воздействия СВЧ-полем на обрабатываемые горные породы, которые бы осуществляли максимально равномерную обработку материала.
Известна сушильная СВЧ-печь конвейерного типа(патент РФ на полезную модель №121683, приоритет от 26.01.2012), содержащая рабочую камеру нагрева, внутри которой установлен ленточный транспортер для непрерывного перемещения обрабатываемого продукта, индивидуальные камеры, к которым подведен воздуховод для подачи охлаждающего воздуха и установлены группы СВЧ-генераторов, волновод, связанный с каждым из генераторов и введенный в камеру нагрева, и заканчивающийся излучающей антенной, выполненной в виде рупора или излучающих щелей, а на участках волноводов, непосредственно прилегающих к СВЧ-генераторам и находящихся внутри индивидуальных камер каждого из СВЧ-генераторов, и стенках волноводов прорезаны неизлучающие щели для прохода сквозь них горячего воздуха из камер СВЧ-генераторов через волновод в камеру нагрева, при этом в рабочую камеру нагрева монтируются как минимум два электрода из немагнитного металла, они крепятся посредством диэлектрических изоляторов к стенкам рабочей камеры, причем один электрод является катодом и изготовлен из металлической сетки с мелкой ячейкой и расположен параллельно стенке волновода, в которой прорезаны излучающие щели, а второй электрод, являющийся анодом, сделан из металлической перфорированной пластины и параллелен перфоленте транспортера, при этом электроды расположены с воздушным зазором от стенок рабочей камеры и волновода, причем в корпус СВЧ-печи устанавливается источник постоянного тока, анод и катод которого электрически соединены с анодом и катодом рабочей камеры посредством проводников из немагнитных металлов, которые проходят через отверстия в диэлектрических изоляторах.
Недостатком конструкции данной установки является то, что в ней используется несколько источников СВЧ излучения (СВЧ-генераторов), что ведет к усложнению конструкции установки, так как каждый СВЧ-генератор требует отдельного ввода в сушильную камеру, а также к повышенным затратам энергии в процессе ее работы. Кроме этого необходимо тщательно настраивать каждый источник излучения для получения равномерного воздействия на обрабатываемый материал во всем объеме рабочей камеры установки.
Известна устройство для термической обработки сыпучих диэлектрических материалов (патент РФ на изобретение №2311002, приоритет от 02.06.2006), содержащее рабочую камеру, подключенную к СВЧ-генератору, загрузочное и разгрузочное устройства, размещенные диаметрально противоположно на стенке рабочей камеры и транспортирующее устройство, отличающаяся тем, что транспортирующее устройство установлено горизонтально и выполнено из радиопроницаемого цилиндра, на поверхности которого по винтовой линии с разрывом установлены металлические лопатки из немагнитного материала, с возможностью изменения угла наклона, на концах которых закреплены гибкие элементы из радиопроницаемого материала, соприкасающиеся с нижней частью камеры, а нижняя часть рабочей камеры выполнена в форме полуцилиндра.
Недостатками конструкции данного устройства является то, что форма рабочей СВЧ-камеры из-за установки в нижней ее части перемешивающего устройства цилиндрической формы, является неоптимальной, что приводит к неравномерности распределения СВЧ-поля внутри камеры, и, как следствие, к неравномерной обработке материала. Помимо этого горизонтальное расположение камеры не позволяет создать внутри нее равномерное движение материала, что в свою очередь не позволяет точно дозировать воздействие СВЧ-поля.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является улучшение энергоэффективности и равномерности обработки.
Технический результат достигается тем, что предлагается СВЧ-установка для дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов, содержащая прямоугольную СВЧ-камеру, оборудованную устройствами загрузки и выгрузки обрабатываемого продукта, и электромагнитно связанный с ней источник СВЧ-излучения, отличающаяся тем, что СВЧ-камера установлена на основании под углом к горизонтальной поверхности таким образом, что первый торец СВЧ камеры, через который осуществляется загрузка обрабатываемого продукта, расположен выше второго торца, вблизи первого торца СВЧ-камеры установлена водяная нагрузка, внутри по центру СВЧ-камеры вдоль ее оси, с возможностью осевого вращения установлен продуктопровод, представляющий из себя трубу из прозрачного для СВЧ-энергии материала, на внутренней поверхности которой выполнены продольные выступы, при этом продуктопровод механически связан с устройством вращения, а источник СВЧ-излучения соединен с СВЧ-камерой посредством прямоугольного рупорного волновода, широкий конец которого связан со вторым торцом СВЧ-камеры под углом α, который выбирается из условия 5°≤α≤45°.
В предлагаемой полезной модели в качестве источника СВЧ-излучения может использоваться магнетрон.
В предлагаемой полезной модели СВЧ-камера может быть снабжена системой удаления избыточной паровоздушной смеси.
В предлагаемой полезной модели устройство вращения продуктопровода может содержать электродвигатель.
В предлагаемой полезной модели СВЧ-камера выполнена с бегущими волнами (это камеры с большим коэффициентом затухания мощности электромагнитного поля вдоль волновода и с большим коэффициентом заполнения сечения волновода, как правило, более 0,4), с распределением плотности СВЧ-мощности вдоль волновода близким к экспоненциальному. СВЧ-камера представляет собой технологический прямоугольный волновод, внутри которого, вдоль его оси по центру, с возможностью осевого вращения установлен продуктопровод, представляющий из себя трубу из прозрачного для СВЧ-энергии материала, на внутренней поверхности которой выполнены продольные выступы. Перемещение обрабатываемого материала по продуктопроводу осуществляется встречно по отношению к направлению распространения СВЧ-энергии. Перемещение обрабатываемого материала осуществляется, во-первых за счет вращения продуктопровода, а во вторых, за счет того, что СВЧ-камера и соответственно продуктопровод установлены под углом к горизонтальной поверхности. Таким образом, при вращении продуктопровода посредством выполненных в нем внутренних продольных выступов производится захват обрабатываемого материала, и его перемещение. Одновременно с этим происходит воздействие электромагнитного поля СВЧ на обрабатываемый материал согласно экспоненциальному закону, где максимум находится в области ввода СВЧ энергии, а далее по мере распространения бегущей волны по длине волновода происходит плавное понижение мощности СВЧ излучения. Тем самым обеспечивается плавная равномерная обработка материала. При этом наибольшей эффективности работы установки удается достичь при подаче СВЧ-излучения в СВЧ-камеру под углом под углом α, который выбирается из условия 5°≤α≤45°. Водяной пар и прочие газы, образующиеся в процессе обработки выводятся через незаполненную минеральным сырьем часть продуктопровода с помощью принудительной вентиляции. Из продуктопровода обработанное сырье поступает в камеру выгрузки.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид СВЧ-установки для дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов, выполненной в соответствии с предлагаемой полезной моделью.
На фиг. 2 показан участок СВЧ-камеры со стороны ввода СВЧ-излучения.
На фиг. 1 обозначены следующие позиции: рама, на которой смонтирована СВЧ-установка 1, СВЧ-камера 2, продуктопровод 3, устройство вращения продуктопровода 4, источник СВЧ-излучения 5, прямоугольный рупорный волновод 6, устройство загрузки 7, система вентиляции 8, устройство выгрузки 9, водяная нагрузка 10.
На фиг. 2 обозначены следующие позиции: СВЧ-камера 2, продуктопровод 3, прямоугольный рупорный волновод 6. Также показан угол а, под которым прямоугольный рупорный волновод 6 соединен с СВЧ-камерой 2.
Предлагаемая полезная модель, показанная на фиг. 1 работает следующим образом. Исходное сырье из устройства загрузки 7 поступает в продуктопровод 3. Продуктопровод 3 представляет собой вращающуюся наклонную диэлектрическую (фторопластовую или керамическую) трубу с выполненными внутри продольными выступами, распложенную соосно в СВЧ-камере (технологическом волноводе) 2, и вращающуюся с помощью устройства вращения 4. Частицы влажной минеральной массы захватываются продольными выступами продуктопровода 3, поднимаются на определенную высоту, срываются и падают вниз со смещением в горизонтальной плоскости. Таким образом, происходит перемещение влажного сырья по продуктопроводу 3 и, в конечном счете, подача его в зону интенсивного воздействия СВЧ-энергии. Подача СВЧ-энергии и обрабатываемого сырья происходит встречно. СВЧ-энергия подается в СВЧ-камеру 2 от источника СВЧ-излучения 5 через прямоугольный рупорный волновод 6 и имеет экспоненциальное распределение вдоль СВЧ-камеры 2. Максимальная напряженность электрического поля приходится на зону ввода энергии от источника СВЧ-излучения 5. Время экспозиции сырья в электромагнитном поле определяется скоростью его перемещения во вращающемся продуктопроводе, задаваемой с помощью устройства вращения 4. Остаточная СВЧ-мощность, не поглощенная в материале, поглощается водяной нагрузкой 10, размещенной вблизи первого торца СВЧ-камеры 2. Водяной пар и прочие газы, образующиеся в процессе сушки, выводятся через незаполненную минеральным сырьем часть продуктопровода с помощью системы вентиляции 8. Из продуктопровода обработанное сырье поступает в устройство выгрузки 9.
Таким образом при использовании предлагаемой полезной модели удается получить конструкцию СВЧ-установки для дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов для извлечения редкоземельных и редких металлов из руд, обладающей высокой энергоэффективностью, а также обеспечивающей высокое качество обработки материала во всем объеме СВЧ-камеры.