CN102946656A - 一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体 - Google Patents

Abstract

一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，它包括15个微波功率馈口和波导管，2个照明口，1个排湿口和1个可以打开的操作窗口。采用多端口馈能，各端口相隔适当距离，使微波功率以不同相位进入箱体，各路多次反射后在箱体内形成最多模式分布以获得更好的场均匀性，同时还能以这种功率合成的方式在箱体内达到足够的微波功率密度。本发明的特征还在于采用两路波导口呈90度的正交极化方式溃能，尽量减少各端口相互间的功率耦合。该多模微波加热腔体可应用于堆浸铀矿石的微波处理系统，同时也适用于各种微波干燥设备、微波灭菌设备和微波高温焙烧设备。本发明具有各功率馈口之间匹配性好、微波反射率低、能量密度均匀、与物料之间的耦合性好、加热效率高、微波泄漏小、使用安全等多重优点。

Description

一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体

技术领域

本发明涉及到微波加热设备中所使用的加热腔体，具体涉及到一种应用于堆浸铀矿石微波处理系统的多模微波加热腔体。

背景技术

目前，我国国防建设和核电建设都在快速发展，对天然铀的需求也在随之增长，这要求发展新的采冶技术，以满足国防建设和核电建设对天然铀的需求。地表堆浸提铀具有工艺简单、成本低等突出优点，已成为我国天然铀生产的主体工艺。但是，我国地表堆浸提铀工艺还存在浸出率低、浸出周期长等突出问题，这严重制约了天然铀生产能力的提高，并造成了资源的浪费，也增加了环保的压力。引起这些问题的根本原因是：为了保证地表堆浸铀矿堆的渗透性，铀矿石须有足够大的粒度，这样就使得赋存在铀矿石颗粒内部的铀矿物，无法充分暴露出来，因而，堆浸铀矿石的化学反应及铀金属的迁移，只能通过铀矿石颗粒内的孔隙来进行，这就导致了浸出周期的延长；有些铀矿物还呈包裹状态，无法浸出，这就导致了浸出率的降低。因此，增加铀矿石颗粒内部的裂隙，改善铀矿石颗粒内部的渗透性，使溶浸液能与铀矿石颗粒内的铀矿物充分接触，是提高铀矿堆浸的浸出率、缩短浸出周期的根本途径。

国内外的大量研究表明，微波辐照对增加矿石颗粒内部的裂隙，改善矿石颗粒内部的渗透性具有显著的效果。微波辐照对铀矿石的作用体现在：由于不同矿物对微波的吸收存在差异，因而利用微波辐照对其进行加热时，会呈现不同的加热速度。铀矿石中的沥青铀矿、钛铀矿、硫铁矿、硫钼矿等对微波能的吸收作用强，其加热速度快，往往高达几十摄氏度每秒；而其中的脉石，如石英、方解石、白云石、重晶石等不能吸收微波能，其加热速度仅为几摄氏度每分钟。由于不同矿物之间存在温度梯度的作用，导致铀矿石颗粒内部产生较大的热应力，加上各种矿物的热膨胀系数存在差异，致使矿石颗粒内部产生裂隙，从而达到了改善矿石颗粒内部的渗透性、提高地表堆浸提铀的浸出率、缩短浸出周期的目的。

微波加热腔体是微波加热系统中一种最基本的微波器件，它将由微波功率源经微波传输系统传来的微波功率，以最佳的匹配或最小的反射耦合至该装置，并在其中形成特定的电场分布，使之能与被加热的物质产生最佳的和最均匀的相互作用。微波加热腔体的有两个主要功能：一是最佳的功率传输和耦合；二是最佳的相互作用。微波加热腔体的形状、尺寸的设计与谐振模式的产生密切相关，而微波加热腔体内电磁场的分布直接影响微波加热的均匀性。功率馈口入口的设计和选择，是箱式多模反应腔设计的关键，它应该确保微波功率以最小的反射，即以最佳的传输效率进入箱体，以获得最有利于箱体的三维场分布。此外，待处理产品对微波的响应特性，待处理产品自身的物理特性，以及要求的处理速度，也是影响微波加热腔体基本类型选择的主要因素。因此，对于堆浸铀矿石微波处理系统的研制，微波加热腔体的设计非常关键，同时其内部电磁场的分布对于提高微波加热效率具有重要的理论和现实意义。

目前，主要应用的微波加热腔体有多模腔式加热腔体、单模腔式加热腔体、波导型加热腔体以及特征形状的加热腔体。采用这些传统的加热腔体对堆浸铀矿石进行处理时，存在微波功率匹配差，微波反射耦合大，与铀矿石产生的热效应低等缺点。因此亟须研发用于堆浸铀矿石微波处理系统的微波加热腔体。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的是提供一种应用于堆浸铀矿石微波处理系统的多模微波加热腔体，用于研制堆浸铀矿石的微波处理系统，以加速铀的浸出、缩短浸出周期、提高浸出率，从而提高铀矿堆浸的经济效益和资源回收率，以解决现有的微波加热腔体的诸多不足之处。

本发明的技术方案是：采用多端口馈能，各端口相隔适当距离，使微波功率以不同相位进入箱体，各路多次反射后在箱体内形成最多模式分布以获得更好的场均匀性，同时还能以这种功率合成的方式在箱体内达到足够的微波功率密度。采用两路波导口呈90度的正交极化方式溃能，尽量减少各端口相互间的功率耦合。

为了实现上述发明目的，本发明提供的堆浸铀矿石微波处理系统的多模微波加热腔体是：它包括15个微波功率馈口和15个波导管，2个照明口，1个排湿口和1个可以打开的操作窗口，各个部件的尺寸、形状和相互之间分布有着特定的要求。整个微波加热腔体为长方体，其尺寸为：长×宽×高=966 mm×862 mm×543mm，整个腔体均采用厚度为1.5 mm的不锈钢板，见说明书附图1，2，3和4。

其中，15个功率馈口全部位于腔体的顶部，分布在966 mm×862 mm的区域范围内，序号为1.1-1.15号，分五排排列，每排3个，第一排为1.1、1.2、1.3号，依次排列。每个功率馈口的尺寸均为80 mm×60mm，功率馈口序号为1.1、1.3、1.5、1.7、1.9、1.11、1.13、1.15为纵向开口，功率馈口序号为1.2、1.4、1.6、1.8、1.10、1.12、1.14为横向开口。序号为1.1、1.2、1.3的功率馈口位于腔体的第一排，上边距分别为88 mm、109 mm和88 mm，左边距分别为58 mm、364mm和690 mm；序号为1.4、1.5、1.6的功率馈口位于腔体的第二排，上边距分别241mm、240.5 mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537mm和825.5 mm；序号为1.7、1.8、1.9的功率馈口位于腔体的中间一排，下边距分别为394 mm、414 mm和392.5 mm，左边距分别为78 mm、364 mm和671.5 mm；序号为1.10、1.11、1.12的功率馈口位于腔体第四排，下边距分别为239.5 mm、241mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537 mm和825.5 mm；序号为1.13、1.14、1.15的功率馈口位于腔体的第五排，下边距均为88 mm，左边距分别为58 mm、364 mm和690 mm。功率馈口的分布示意图见说明书附图2。

其中，15个波导管全部为四棱台，底面为80 mm×80 mm的正方形，顶面为80 mm×60 mm的长方形；前后两面均为上底为60 mm，下底为80 mm，高为20 mm的直角梯形，左面与底面的夹角为45度，右面与底面垂直，见说明书附图6。安装时，波导管的顶面须与功率馈口在竖直方向完全重叠，其中，在功率馈口序号1.1、1.5、1.9和1.13有45度角的面朝右；在功率馈口序号1.2、1.6、1.10和1.14有45度角的面朝后；在功率馈口序号1.3、1.7、1.11和1.15有45度角的面朝左；在功率馈口序号1.4、1.8和1.12有45度角的面朝前，见说明书附图7。

其中，2个照明口分别位于功率馈口序号1.1和1.7之间以及功率馈口序号1.7和1.13之间，形状为圆形，直径为70 mm，其中布满孔径为4mm，间距为1 mm的圆形小孔，见说明书附图2。

其中，操作窗口位于腔体的前面，左右边距均为278 mm，上边距为294 mm，尺寸为：长×宽=410 mm×249 mm，操作窗口上装有门开关，开门自动停微波，采用密封条对操作窗口进行密封，见说明书附图3。

其中，排湿口位于腔体的后面，左右边距均为183 mm，上下边距分别为94 mm和249 mm，尺寸为：长×宽=600 mm×200 mm，其中布满孔径为4 mm，间距为2 mm的圆形小孔，见说明书附图5。

本发明提供的一种多模微波加热腔体，它可应用于堆浸铀矿石的微波处理系统，同时也适用于各种微波干燥设备、微波灭菌设备和微波高温焙烧设备。本发明与现有的微波加热腔体相比，具有各功率馈口之间匹配性好、微波反射率低、能量密度均匀、与物料之间的耦合性好、加热效率高、微波泄漏小、使用安全等多重优点。

附图说明

图1 多模微波加热腔体整体大小尺寸示意图；

图2 附图1的俯视图；

图3 附图1的前视图；

图4 附图1的左视图；

图5 排湿口示意图；

图6 波导管形状、尺寸示意图；

图7 导管安装示意图。

具体实施方式

实施例1： 一种应用于堆浸铀矿石微波处理系统的多模微波加热腔体，它包括功率馈口1、照明口2、操作窗口3、排湿口4、波导管5、磁控管6和物料腔7，其中，功率馈口和波导管各有15个，功率馈口1、照明口2、操作窗口3、排湿口4、波导管5和物料腔7都采用不锈钢材质制作。整个微波加热腔体为长方体，其尺寸为：长×宽×高=966 mm×862 mm×543 mm。

15个功率馈口1全部位于腔体的顶部，分布在966 mm×862 mm的区域范围内。每个功率馈口的尺寸均为80 mm×60 mm，功率馈口序号为1.1、1.3、1.5、1.7、1.9、1.11、1.13、1.15为纵向开口，功率馈口序号为1.2、1.4、1.6、1.8、1.10、1.12、1.14为横向开口，功率馈口序号为1.1、1.2、1.3位于腔体的第一排，上边距分别为88 mm、109 mm和88 mm，左边距分别为58 mm、364 mm和690 mm；功率馈口序号为1.4、1.5、1.6位于腔体的第二排，上边距分别241mm、 240.5 mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537 mm和825.5 mm；功率馈口序号为1.7、1.8、1.9位于腔体的第三排，下边距分别为394mm、414 mm和392.5 mm，左边距分别为78 mm、364 mm和671.5mm；功率馈口序号为1.10、1.11、1.12位于腔体第四排，下边距分别为239.5 mm、241mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537 mm和825.5 mm；功率馈口序号为1.13、1.14、1.15位于腔体的第五排，下边距均为88 mm，左边距分别为58 mm、364 mm和690 mm。

15个波导管5全部为四棱台，底面为80 mm×80 mm的正方形，顶面为80 mm×60 mm的长方形；前后两面均为上底为60 mm，下底为80mm，高为20 mm的直角梯形，左面与底面的夹角为45度，右面与底面垂直。安装时，波导管的顶面须与功率馈口在竖直方向完全重叠，其中，在功率馈口序号为1.1、1.5、1.9和1.13有45度角的面朝右；在功率馈口序号为1.2、1.6、1.10和1.14有45度角的面朝后；在功率馈口序号为1.3、1.7、1.11和1.15有45度角的面朝左；在功率馈口序号为1.4、1.8和1.12有45度角的面朝前。

2个照明口分别位于功率馈口序号为1.1和1.7之间以及，功率馈口序号为1.7和1.13之间，形状为圆形，直径为70 mm，其中布满孔径为4 mm，间距为1mm的圆形小孔21。

操作窗口位于腔体的前面，左右边距均为278 mm，上边距为294 mm，尺寸为：长×宽=410 mm×249 mm，操作窗口上装有门开关，开门自动停微波，采用密封条对操作窗口进行密封。

排湿口位于腔体的后面，左右边距均为183 mm，上下边距分别为94mm和249 mm，尺寸为：长×宽=600 mm×200 mm，其中布满孔径为4 mm，间距为2 mm的圆形小孔41。

整个腔体采用数控加工，先用数控冲床下料到外形尺寸，冲孔，冲槽、切边、去角，确保微波馈能口的尺寸及相互间的尺寸准确，再进行划线，去毛刺、倒角，然后采用数控折弯机折弯成型，保证每边折弯角度为90度，再采用氩弧焊接，表面做打磨抛光拉丝处理，最后进行总体装配。

以上仅仅是本发明的较佳实施方式，根据本发明的上述构思，本领域的熟练人员还可以对此作出各种修改和变换。例如，对操作窗口、排湿口的尺寸和位置进行调整、对波导管的材质进行改变、对加工的工艺进行改善等等。然而，类似的这种变换和修改均属于本发明的实质。

Claims (7)

1.一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，包括功率馈口（1）、照明口(2)、操作窗口(3)、排湿口(4)、波导管（5）、磁控管（6）和物料腔（7），其特征在于，

采用多端口馈能，各端口相隔适当距离，使微波功率以不同相位进入箱体，各路多次反射后在箱体内形成最多模式分布以获得更好的场均匀性，以这种功率合成的方式在箱体内达到足够的微波功率密度，采用两路波导口呈90度的正交极化方式溃能，减少各端口相互间的功率耦合；

其中，功率馈口和波导管各有15个；

15个微波功率馈口均位于腔体的顶部，垂直于被加热的物料，每个功率馈口的尺寸均为80 mm×60 mm，其中功率馈口序号为（1.1）、（1.3）、（1.5）、（1.7）、（1.9）、（1.11）、（1.13）、（1.15）为纵向开口，功率馈口序号为（1.2）、（1.4）、（1.6）、（1.8）、（1.10）、（1.12）、（1.14）为横向开口，功率馈口（1.1）、（1.2）、（1.3）位于腔体的第一排，上边距分别为88 mm、109 mm和88 mm，左边距分别为58 mm、364 mm和690 mm；功率馈口（1.4）、（1.5）、（1.6）位于腔体的第二排，上边距分别241mm、 240.5 mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537 mm和825.5 mm；功率馈口（1.7）、（1.8）、（1.9）位于腔体的中间一排，下边距分别为394 mm、414 mm和392.5 mm，左边距分别为78 mm、364 mm和671.5 mm；功率馈口（1.10）、（1.11）、（1.12）位于腔体第四排，下边距分别为239.5 mm、241mm和261 mm，左边距分别为211 mm、537 mm和825.5 mm；功率馈口（1.13）、（1.14）、（1.15）位于腔体的第五排，下边距均为88 mm，左边距分别为58 mm、364 mm和690 mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于： 15个波导管全部为四棱台，底面为80 mm×80 mm的正方形，顶面为80 mm×60 mm的长方形；前后两面均为上底为60 mm，下底为80 mm，高为20 mm的直角梯形，左面与底面的夹角为45度，右面与底面垂直，安装时，波导管的顶面须与功率馈口在竖直方向完全重叠，其中，在功率馈口（1.1）、（1.5）、（1.9）和（1.13）有45度角的面朝右；在功率馈口（1.2）、（1.6）、（1.10）和（1.14）有45度角的面朝后；在功率馈口（1.3）、（1.7）、（1.11）和（1.15）有45度角的面朝左；在功率馈口（1.4）、（1.8）和（1.12）有45度角的面朝前。

3.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于：2个照明口的直径均为70 mm的圆形，其中布满孔径为4 mm，间距为1 mm的照明孔，2个照明口分别位于功率馈口（1.1）与（1.7）之间以及（1.7）与（1.13）之间。

4.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于：操作窗口的尺寸为：长×宽=410 mm×249 mm，操作窗口上装有门开关，开门自动停微波，采用密封条对操作窗口进行密封，操作窗口位于腔体的前面，左右边距均为278 mm，上边距为294 mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于：排湿口的尺寸为长×宽=600 mm×200 mm，其中布满孔径为4 mm，间距为2 mm的排湿孔，排湿口位于腔体的后面，左右边距均为183 mm，上下边距分别为94 mm和249 mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于：功率馈口、照明口、操作窗口、排湿口、波导管和物料腔都采用不锈钢材质制作，整个微波加热腔体为长方体，其尺寸为：长×宽×高=966 mm×862 mm×543 mm。

7.根据权利要求1所述的一种用于处理堆浸铀矿石的多模微波加热腔体，其特征在于：该多模微波加热腔体可应用于堆浸铀矿石的微波处理系统，同时也适用于各种微波干燥设备、微波灭菌设备和微波高温焙烧设备。

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