DE3633231A1 - Verfahren und vorrichtung zum denitrieren einer nitratloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln einer Nitratlösung, wie beispielsweise einer Lösung von Uranylnitrat, Plutoniumnitrat, Gemischen davon oder ähn­ lichem mit Mikrowellen, um eine derartige Nitratlösung zu erwärmen, so daß zur Erzeugung eines denitrierten Produktes eine Verdampfung, Konzentration und Denitrierung der Nitrat­ lösung eintreten.

Ein derartiges Denitrierungsverfahren, bei dem eine Erwärmung durch Mikrowellenenergie erfolgt, wird wirksam insbesondere beim Erzeugen von Oxidpulver für Kernbrennstoffpellets aus der oben erwähnten Nitratlösung verwandt, die beim Wiederaufar­ beiten von verbrauchtem Kernbrennstoff erhalten wird.

Bei einer Verdampfung, Konzentration und Denitrierung einer Nitratlösung über eine Erwärmung durch Mikrowellenenergie, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird bisher ein zylindrischer Heizkessel 1, in dem der zu behandelnde Stoff, d.h. eine Ni­ tratlösung F aufgenommen ist, in einem Ofen 2 angeordnet, der normalerweise eine rechteckige Form hat und Mikrowellen ausge­ setzt wird, wobei dann der Heizkessel 1 über eine Dreheinheit 3 während der Erwärmung horizontal gedreht wird. Das ist das herkömmliche Verfahren. In Fig. 5 sind weiterhin ein Wellen­ leiterrohr 4 und ein Gasableitungsrohr 5 dargestellt.

Bei dieser Anwendung von Mikrowellen auf eine Lösung, die den zu behandelnden Stoff bildet, absorbiert dieser Stoff die Mi­ krowellen, so daß die Temperatur des Stoffes ansteigt. Fig. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung ein Beispiel der Tem­ peraturänderung des behandelten Stoffes für den Fall, daß der Stoff eine Uranylnitratlösung ist. Wie es in dieser graphi­ schen Darstellung dargestellt ist, beginnt die Lösung zu sie­ den, wenn ihre Temperatur 100 bis 120°C erreicht hat (Punkt A). Obwohl die Lösung ihre Temperatur im wesentlichen konstant hält, während sie siedet und verdampft, wird die Lösung zum Nitrat UO₂(NO₃)₂ · H₂O mit fortschreitender Verdampfung konzen­ tirert (Punkt B). Das in dieser Weise erzeugte Nitrat wird dann allmählich mit der Zeit auf 300°C erwärmt (Punkt C). Während dieser Erwärmung gibt das Nitrat seine Wassermolekü­ le und die No _x Gase ab, die bei der Zersetzung des Nitratra­ dikals erzeugt werden, so daß es in ein Oxid UO₃ umgewandelt wird, das ein denitriertes Produkt ist. Obwohl der zu be­ handelnde Stoff eine im wesentlichen konstante Temperatur hat, während die Denitrierungsreaktion fortschreitet, nimmt die Temperatur des Stoffes wieder zu, nachdem die Denitrierungs­ reaktion im wesentlichen abgeschlossen ist (Punkt D). Ein Rest Nitratdunst oder -nebel, der teilweise im Heizkessel bleibt, wird dann zersetzt, so daß die Denitrierungsreaktion weiter fortschreitet. Nach dem Abschluß der Denitrierungsreak­ tion des Restnitrates ist der zu behandelnde Stoff vollstän­ dig in ein Oxid umgewandelt (Punkt E) und nimmt die Tempera­ tur des Stoffes weiter zu. Die Anwendung von Mikrowellen wird zu diesem Zeitpunkt unterbrochen und das denitrierte Produkt UO₃ wird aus dem Heizkessel entnommen.

Da es jedoch sehr schwierig ist, genau die Temperatur des be­ handelten Stoffes bei Anwendung der Mikrowellen zu messen, ist es weiterhin schwierig, genau den Punkt zu treffen, an dem die Denitrierung abgeschlossen ist (Punkt E). Das hat zur Folge, daß immer die Gefahr besteht, daß die Anwendung der Mikrowellen über die Grenze hinaus durchgeführt wird, so daß teilweise ein überhitztes Produkt U₃O₈ des Oxids UO₃ erzeugt wird, oder daß die Anwendung der Mikrowellen zu einem Zeit­ punkt bereits unterbrochen wird, an dem die Denitrierung des behandelten Stoffes noch nicht abgeschlossen ist. Wenn ein überhitztes Produkt U₃O₈ erzeugt wird, nimmt die Temperatur beschleunigt zu, da der Mikrowellenabsorptionswirkungsgrad von U₃O₈ größer als von UO₃ ist, so daß benachbartes UO₃ in U₃O₈ nacheinander umgewandelt wird. Wenn UO₃ in U₃O₈ umgewan­ delt wird, nimmt die Temperatur des behandelten Stoffes stark zu, was zu einer Beschädigung der Instrumente führt, so daß es notwendig ist, die Anwendung von Mikrowellen zu dem Zeitpunkt zu unterbrechen, an dem U₃O₈ erzeugt wird. Wenn die Anwendung von Mikrowellen zu einem Zeitpunkt zwischen dem Punkt D und dem Punkt E unterbrochen wird, bleibt ein nicht denitrierter Teil übrig. Wenn nämlich die Anwendung der Mikrowellen zu ei­ nem Zeitpunkt unterbrochen wird, an dem die Denitrierung des behandelten Stoffes noch nicht abgeschlossen ist, kann ein denitriertes Produkt dem Heizkessel aufgrund des Vorhanden­ seins von Restdampfnitrat nicht entnommen werden.

Als Verfahren zum Ermitteln des Erwärmungszustandes eines be­ handelten Stoffes unter der Anwendung von Mikrowellen gibt es ein Verfahren, bei dem die von dem behandelten Stoff reflek­ tierten Mikrowellen gemessen werden. Wenn jedoch eine Mikro­ wellenerwärmung unter Verwendung der herkömmlichen, in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wird, stört der sich im Ofen 2 drehende Heizkessel 1 die Mikrowellenverteilung im Ofen, was die Reflexion der Mikrowellen stark beeinflußt, so daß in der in Fig. 7 in einer graphischen Darstellung darge­ stellten Weise der Unterschied zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der reflektierten Wellen sehr groß wird. Bei einem Ofen 2 mit einer derartigen Größe, daß die Länge seiner einen Seite gleich der Gesamtlänge von mehreren Wellenlängen der anliegenden Mikrowellen ist, ist darüber hinaus der Be­ reich der Innenfläche des Ofens 2 größer als der Oberflächen­ bereich des zu behandelnden Stoffes S (Oberflächenbereich des Heizkessels 1), so daß die Innenfläche des Ofens stark die reflektiertenMikrowellen beeinflußt, was es unklar macht, ob die reflektierten Mikrowellen vom Stoff S kommen.

Obwohl eine Vorrichtung zum Messen der reflektierten Mikro­ wellen bereits entwickelt ist, ist es aus den obigen Gründen unmöglich, genau die reflektierten Wellen zu messen, die von dem behandelten Stoff kommen, selbst wenn die Vorrichtung zum Messen der reflektierten Wellen bei einer herkömmlichen De­ nitrierungsvorrichtung über eine Mikrowellenerwärmung ange­ wandt wird, die in Fig. 5 dargestellt ist.

Durch die Erfindung sollen daher ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Denitrieren einer Nitratlösung über eine Mikro­ wellenerwärmung geschaffen werden, die eine wirksame und ge­ naue Messung der reflektierten Mikrowellen von dem zu behan­ delnden Stoff erlauben, um es möglich zu machen, den Erwär­ mungszustand des Stoffes zu erfassen und genau den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Anwendung der Mikrowellen und ähnli­ ches zu unterbrechen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Denitrieren einer Ni­ tratlösung, die der zu behandelnde Stoff ist, in dem der Stoff Mikrowellen ausgesetzt wird, um ihn zu erwärmen, und zum Denitrieren des Stoffes, um ein denitriertes Produkt zu erzeugen, zeichnet sich dadurch aus, daß der zu behandelnde Stoff direkt in einen zylindrischen Ofen eingeführt wird, der Mikrowellen ausgesetzt wird, während der Ofen horizontal ge­ dreht wird, die reflektierten Mikrowellen über die Zeit er­ faßt werden, um den Erwärmungszustand des Stoffes zu beobach­ ten und die anliegende Mikrowellenenergie nach Maßgabe der in dieser Weise erhaltenen Werte der reflektierten Wellen ge­ steuert wird.

Durch die Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durch­ führung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen Ofen mit einem Mikrowellenleiterrohr und einem Gasableitungsrohr und einen Mikrowellengenerator, der mit dem Wellenleiterrohr verbunden ist. Gemäß der Erfindung hat der Ofen eine zylin­ drische Form mit einem derartigen Aufbau, daß er in einen oberen Ofenteil und einen unteren Ofenteil unterteilt werden kann, wobei der obere und der untere Teil über einen Drossel­ kopplungsmechanismus miteinander kombiniert werden können, um den zylindrischen Ofen zu bilden, der untere Teil des Ofens einen Behälter mit geschlossenem Boden zur Aufnahme des zu behandelnden Stoffes bildet, der über eine Dreheinheit horizontal drehbar ist, der obere Ofenteil an seiner oberen Abschlußwand mit dem Wellenleiterrohr und dem Gasableitungsrohr versehen ist, ein Detektor für die reflektierten Mikrowellen auf halbem Wege des Wellenleiterrohres vorgesehen ist und der Detektor für die reflektierten Mikrowellen elektrisch mit dem Mikrowellengenerator über eine Steuereinheit verbunden ist, um die Mikrowellenenergie des Mikrowellengenerators durch die Steuereinheit nach Maßgabe der aufgenommenen Werte des Detektors für die reflektierten Mikrowellen zu steuern.

Unter dem Begriff der Steuerung der Mikrowellenenergie ist die Zu- oder Abnahme der Mikrowellenenergie und die Unterbre­ chung der Anwendung von Mikrowellenenergie zu verstehen.

Gemäß der Erfindung hat der Ofen eine drehbare zylindrische Form, die direkt als Behälter zur Aufnahme des zu behandeln­ den Stoffes verwandt wird, um es möglich zu machen, daß die reflektierten Mikrowellen kaum durch die Innenfläche des Ofens beeinflußt werden. Da ein separater Heizkessel nicht im Ofen angeordnet und über einen Antrieb gedreht wird, be­ steht weiterhin keine Gefahr, daß die Mikrowellenverteilung im Ofen gestört wird. Es ist somit möglich, genau die re­ flektierten Mikrowellen von dem zu behandelnden Stoff zu er­ fassen, so daß die Mikrowellenenergie angemessen nach Maßga­ be der Erwärmungsverhältnisse des zu behandelnden Stoffes gesteuert werden kann.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson­ ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Vor­ richtung,

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung das Änderungsmuster der reflektierten Mikro­ wellenenergie, das von einem Detektor für die reflektierten Mikrowellen aufgenom­ men wird, wenn eine Mikrowellenerwärmungs- und- denitrierungsbehandlung einer Uranylnitratlösung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchge­ führt wird,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Aus­ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich als eine fortlau­ fende Heiz- und Denitrierungsvorrichtung eignet,

Fig. 4 eine Teillängsschnittansicht der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer typischen her­ kömmlichen Mikrowellenerwärmungs- und -de­ nitrierungsvorrichtung,

Fig. 6 in einer graphischen Darstellung die Temperaturänderung des zu behandelnden Stoffes, wenn die Uranylnitratlösung der Mikrowellenerwärmungs- und denitrie­ rungsbehandlung unterworfen wird, und

Fig. 7 in einer graphischen Darstellung ein Beispiel des Änderungsmuster der reflek­ tierten Mikrowellenenergie, das durch einen Detektor für die reflektierten Mikrowellen bei der herkömmlichen Vor­ richtung in Fig. 5 aufgenommen wird.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung. Ein Ofen 10, der Mikrowellen ausgesetzt wird, hat im wesentlichen insgesamt eine zylindrische Form und einen Aufbau, der in einen oberen Teil 11 und einen unteren Teil 12 unterteilt werden kann. Diese beiden Teile 11 und 12 sind über einen Drosselkopplungsmechanismus 13 kombiniert und ver­ einigt, um den zylindrischen Ofen 10 zu bilden. Der untere Ofenteil 12 dient als Behälter mit geschlossenem Boden zur Aufnahme des zu behandelnden Stoffes S. Durch Verbinden des unteren Ofenteils 12 mit einer Dreheinheit 14, beispielsweise einem Motor, ist es möglich, nur den unteren Ofenteil 12 unter dem Drosselkopplungsmechanismus 13 zu drehen, während der obe­ re Ofenteil 11 ortsfest bleibt. An einer oberen Abschlußwand des oberen Ofenteils 11 sind ein Wellenleiterrohr 15 und ein Gasableitungsrohr 16 angebracht. Das Wellenleiterrohr 15 ist mit einem Mikrowellengenerator 17 verbunden. Das Gasableitungs­ rohr 16 dient dazu, die Abgase vom Ofen nach außen abzu­ führen. Die Abgase werden während des Erwärmungs- und Deni­ trierungsvorganges des behandelten Stoffes erzeugt. Das abge­ führte Gas wird in einen Verflüssiger und einen nicht darge­ stellten Gasreiniger oder Wäscher eingeführt.

Ein Detektor 18 für reflektierte Mikrowellen ist auf halbem Wege des Wellenleiterrohres 15 vorgesehen. Die Mikrowellen vom Mikrowellengenerator 12, die durch das Wellenleiterrohr 15 gehen, liegen an dem zu behandelnden Stoff S, der im unte­ ren Ofenteil 12 angeordnet ist. Ein Teil der anliegenden Mi­ krowellen wird durch den Stoff S absorbiert, während der an­ dere Teil der anliegenden Mikrowellen nicht absorbiert, sondern durch den Stoff S reflektiert wird, so daß er durch das Wel­ lenleiterrohr 15 zurückkehrt. Die in dieser Weise zurückkeh­ renden reflektierten Wellen werden durch den Detektor 18 er­ faßt.

Der Detektor 18 ist elektrisch mit dem Mikrowellengenerator 17 über eine Steuereinheit 19 verbunden, um die Mikrowellen­ energie des Mikrowellengenerators 17 durch die Steuereinheit 19 nach Maßgabe der elektrischen Signale der erfaßten Werte vom Detektor 18 zu steuern.

Auf halbem Wege im Wellenleiterrohr 15 zwischen dem Ofen 10 und dem Detektor 18 befindet sich ein Abschirmungsfenster 20 aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material.

Im folgenden wird anhand von Fig. 1 ein Beispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Mikrowellenerwärmung und- deni­ trierung durch Erläutern der Arbeitsweise der in Fig. 1 darge­ stellten Vorrichtung beschrieben. Der Mikrowellengenerator 17 ist so eingestellt, daß er Mikrowellenenergie auf einer Fre­ quenz von 2450 MHz, d.h. mit einer Wellenlänge von 12,24 cm liefert. Der zylindrische Ofen 10 hat einen Durchmesser gleich etwa vier Wellenlängen und eine Höhe gleich etwa zwei Wellen­ längen der Mikrowellen. Eine Uranyllösung (Säurekonzentration 0,5 bis 3,0 N) dient als zu behandelnder Stoff und ist im Be­ hälter mit geschlossenem Boden des unteren Ofenteils 12 auf­ genommen. Zu diesem Zeitpunkt ist es vom Standpunkt einer wirksamen Denitrierung ohne einen nicht denitrierten Restteil bevorzugt, soviel Uranylnitratlösung in den Behälter einzu­ geben, daß die Menge an Uranmetall pro Bodenflächeneinheit des Behälters 12 im Bereich von 0,95 bis 1,10 g/cm² liegt. Der Behälter 2, in dem der zu behandelnde Stoff S aufgenommen ist, wird unter dem oberen Ofenteil 11 angeordnet, der mit dem Wellenleiterrohr 15 verbunden und ortsfest in einer bestimmten Lage angeordnet ist, um den Drosselkopplungs­ mechanismus 13 zu bilden. Die anliegenden Mikrowellen werden durch den Drosselkopplungsmechanismus 13 an einem Austreten gehindert.

Der Mikrowellengenerator 17 wird dann in Betrieb gesetzt, um den zu behandelnden Stoff S, der im Ofen 10 aufgenommen ist, Mikrowellen auszusetzen, während die Dreheinheit 14 betätigt wird, um nur den Behälter mit geschlossenem Boden des unteren Ofenteils 12 horizontal zu drehen. Der Stoff S wird in dieser Weise nach Maßgabe der Erwärmungsverhältnisse, wie sie im Temperaturänderungsmuster von Fig. 6 gegenüber der Zeit darge­ stellt sind, verdampft, konzentriert und denitriert, um ein denitriertes Produkt UO₃ zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung wird ein Muster der Erwärmungsverhältnis­ se erhalten, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, indem die re­ flektierten Mikrowellen von dem Stoff S über den Detektor 18 erfaßt werden und nicht die Temperaturänderungen des Stoffes S gemessen werden. Eine durch die Aufnahme der reflektierten Mikrowellen gegenüber der Zeit mit dem Detektor 18 erhalte­ ne Grafik ist in Fig. 2 dargestellt. Die Punkte A bis E in die­ ser Grafik entsprechen den Punkten A bis E des Temperatur­ änderungsmusters von Fig. 6 jeweils. Das reflektierte Mikro­ wellenmuster im Zeitintervall zwischen den Punkten A und B zeigt einen Zustand, bei dem die Lösung siedet und konzentriert wird. Das reflektierte Wellenmuster im Zeitintervall zwischen den Punkten B und C zeigt einen Zustand, in dem die Wasser­ moleküle vom in dieser Weise konzentrierten Nitrat abgegeben werden. Das reflektierte Wellenmuster im Zeitintervall zwischen den Punkten C und D zeigt einen Zustand, in dem das NO _x Gas abgegeben wird, während das Nitratradikal mit fort­ schreitender Denitrierung zersetzt wird. Das reflektierte Wellenmuster im Intervall zwischen den Punkten D und E zeigt schließlich einen Zustand, in dem das Restnitrat denitriert wird.

In der graphischen Darstellung von Fig. 2 zeigt der Punkt D den Zeitpunkt, an dem die Denitrierungsreaktion im wesentli­ chen abgeschlossen ist, und zeigt der Punkt E einen Zeitpunkt, an dem die Denitrierungsreaktion vollständig beendet ist. Unmittelbar nach dem Punkt D gibt es im behandelten Stoff da­ her das denitrierte Produkt UO₃ und ein Restnitrat, so daß die Miktrowellenanwendung nach dem Punkt D durchgeführt wird, um das Restnitrat zu denitrieren, während es notwendig ist, das denitrierte Produkt UO₃ an einer Erwärmung soweit wie möglich zu hindern. Wenn UO₃ zu stark erwärmt wird, wird in der bereits beschriebenen Weise ein überhitztes Produkt U₃O₈ erzeugt, das einen größeren Mikrowellenabsorptionswir­ kungsgrad als das UO₃ hat, so daß sich örtlich Bereiche auf hoher Temperatur ergeben und das diesen Hochtemperaturberei­ chen benachbarte UO₃ in U₃O₈ umgewandelt wird. Nach dem Punkt D reicht daher eine Mikrowellenergie aus, die benötigt wird, um das Restnitrat zu UO₃ zu denitrieren, ohne die Tem­ peratur des UO₃ zu stark zu erhöhen, das bereits erzeugt wur­ de. Da andererseits am Punkt E die Denitrierung des Rest­ nitrats abgeschlossen ist, ist es notwendig, den Mikrowellen­ generator 17 schnell abzuschalten, um das somit erzeugte UO₃ nicht übermäßig zu erwärmen.

Gemäß der Erfindung wird nach Maßgabe des Änderungsmusters der reflektierten Wellen, das in Fig. 2 dargestellt ist und vom Detektor 18 erhalten wird, der Punkt D, an dem die re­ flektierten Wellen schnell vom Wert Null an zunehmen, erfaßt und wird ein entsprechendes Signal über die Steuereinheit 19 zu einem geeigneten Zeitpunkt in der Nähe des Punktes D auf den Mikrowellengenerator 17 übertragen, um dadurch den Mi­ krowellengenerator 17 so zu steuern, daß die Mikrowellen­ energie auf einen bestimmten Wert herabgesetzt wird.

Dem Änderungsmuster der reflektierten Wellen entsprechend ist es darüber hinaus möglich, danach den Punkt E zu erfassen, an dem die Zunahme der reflektierten Wellen allmählich gleich Null wird. Zum Zeitpunkt der Erfassung des Punktes E kann der Mikrowellengenerator 17 über die Steuereinheit 19 abgeschal­ tet werden.

Im Zeitintervall vom Beginn der Anwendung der Mikrowellen bis zum Punkt B, in dem die Lösung verdampft und konzentriert wird, ist es darüber hinaus möglich, den Mikrowellengenerator 17 über die Steuereinheit 19 so zu steuern, daß die anliegen­ de Mikrowellenenergie zunimmt, um die Arbeitszeit zu verkür­ zen. Wenn eine Steuerung zur Erhöhung der Mikrowellenenergie durchgeführt wird, ist es möglich, mehrere Wellenleiterrohre mit der oberen Abschlußwand des oberen Ofenteils 11 zu ver­ binden.

In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, das sich als eine fortlaufend arbeitende Heiz- und Denitrierungsvorrichtung eignet. In Fig. 3 und 4 sind gleiche und ähnliche Bauelemente wie bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mit gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Bauelemente bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung versehen, so daß sie nicht nochmals beschrieben werden. Bei dieser fortlaufend arbei­ tenden Vorrichtung sind vier Behälter mit geschlossenem Bo­ den 31, 32, 33 und 34 auf einem Drehtisch 30 angeordnet, der schrittweise in bestimmten Zeitintervallen gedreht wird. In jedem Behälter wird ein Verdampfungs- und Konzentrations­ schritt I der Nitratlösung, ein Denitrierungsschritt II des konzentrierten Nitrats, ein Abkühlungsschritt III des deni­ trierten Produktes und ein Wasch- und Ableitungsschritt IV des abgekühlten denitrierten Produktes jeweils durchgeführt (Fig. 3). Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Mikrowellenerwärmungs­ und -denitrierungsvorrichtung, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, als eine Vorrichtung zum Durchführen des Denitrierungsschrittes II verwandt. Der Ofenteil der Mikro­ wellenerwärmungsvorrichtung zur Durchführung des Verdamp­ fungs- und Konzentrationsschrittes I umfaßt darüber hinaus einen unteren Ofenteil 31 und einen oberen Ofenteil 31 a. Der Ofen kann vertikal in zwei Teile über einen Drosselkopplungs­ mechanismus 35 aufgeteilt werden, der ähnlich dem des Ofens ist, der in Fig. 1 dargestellt ist. Auf dem oberen Ofenteil 31 a ist ein Wellenleiterrohr 37 angebracht, das mit einem Mikro­ wellengenerator 36 und einem Gasableitungsrohr 37 verbunden ist. Eine Mikrowellenanpassungseinrichtung 39 und ein Detektor 40 für reflektierte Mikrowellen sind auf halbem Wege des Wel­ lenleiterrohres 37 angeordnet. Der Detektor 40 nimmt die re­ flektierten Mikrowellen auf. In Fig. 4 sind weiterhin ein Mo­ tor 41, der den Drehtisch 30 in bestimmten Zeitintervallen schrittweise dreht, und Motoren 42 und 43 zum fortlaufenden Drehen der Behälter 31 und 32 mit geschlossenem Boden darge­ stellt, die sich im Verdampfungs- und Konzentrationsschritt und dem Denitrierungsschritt II jeweils befinden.

Während des Betriebes der fortlaufend arbeitenden Erwärmungs­ und Denitrierungsvorrichtung wird die Nitratlösung in den Be­ hälter 31 mit geschlossenem Boden des unteren Ofenteils ein­ geführt, der sich im Verdampfungs- und Kozentrationsschritt I und unter dem oberen Ofenteil 31 a befindet, so daß er eine bestimmte Lage einnimmt, wodurch ein Drosselkopplungsmechanis­ mus 35 gebildet ist. Dann wird der Mikrowellengenerator 36 in Betrieb gesetzt, so daß die Nitratlösung im Behälter 31 über das Wellenleiterrohr 37 Mikrowellen ausgesetzt wird, um dadurch die Lösung zu verdampfen und zu konzentrieren. Wäh­ rend dieser Verdampfung und Konzentrierung wird der Behälter 31 mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 9 Upm gedreht. Nach der Ausführung des Verdampfungs- und Konzentrierungsschrittes über ein vorbestimmtes Zeitintervall wird der Drehtisch 30 durch den Motor 41 so gedreht, daß nur der Behälter 31 unter dem Drosselkopplungsmechanismus 35 in eine Position des De­ nitrierungschrittes II befördert wird, um den Drosselkopp­ lungsmechanismus 13 unter dem oberen Ofenteil 32 a zu bilden. In dieser Position wird der konzentrierte zu behandelnde Stoff im Behälter 32 (der gleich dem Behälter 31 ist, der in die Position II befördert ist) durch Mikrowellen erwärmt, die vom Mikrowellengenerator 17 ausgegeben werden, und einer Deni­ trierung unterworfen, so daß der zu behandelnde Stoff in ein Oxidpulver umgewandelt wird, das ein Denitrierungsprodukt darstellt. Während dieses Zeitintervalls wird der Behälter 32 horizontal mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 9 Upm ge­ dreht. Da die erfindungsgemäße Mikrowellenerwärmungs- und -de­ nitrierungsvorrichtung bei diesem Denitrierungsschritt II verwandt wird, ist es nach dem Änderungsmuster der reflektier­ ten Wellen, das in Fig. 2 dargestellt ist und vom Detektor 18 erhalten wird, möglich, genau sowohl den Punkt D, an dem die Denitrierungsreaktion im wesentlichen abgeschlossen ist, als auch den Punkt E zu erfassen, an dem die Denitrierungsreaktion vollständig beendet ist. Durch eine derartige genaue Erfas­ sung der Punkte D und E ist es möglich, die Mikrowellenener­ gie vom Mikrowellengenerator 17 über die Steuereinheit 19 zu verringern und den Mikrowellengenerator 17 zum geeignetsten Zeitpunkt abzuschalten.

Nach der Durchführung der Denitrierungsbehandlung über ein vorbestimmtes Zeitintervall in der oben beschriebenen Weise wird der Drehtisch 30 wieder durch den Motor 41 so gedreht, daß nur der Behälter 32 unter dem Drosselkopplungsmechanismus 13 in die Position des Abkühlungsschrittes III befördert wird. Während eines Zeitintervalls, in dem der Behälter in dieser Position ortsfest ist, wird das denitrierte Produkt im Behäl­ ter 33 (der der Behälter 32 ist, der in die Position III be­ fördert ist) abgekühlt. Nach der Durchführung des Abkühlungs­ schrittes III über ein vorbestimmtes Zeitintervall wird der Drehtisch 30 wieder durch den Motor 41 so gedreht, daß der Behälter 33 in eine Position für den Wasch- und Abführungs­ schritt IV befördert wird. In dieser Position wird das deni­ trierte Produkt, das im Behälter 34 abgekühlt ist (der der Behälter 33 ist, der in die Position IV befördert ist) durch eine nicht dargestellte Wascheinheit gewaschen und vom Behäl­ ter 33 abgeführt. Aus der obigen Beschreibung ist ersicht­ lich, daß beide Behälter 33 und 34, die in den Positionen des Abkühlungsschrittes III und des Wasch- und Abführungsschrit­ tes IV jeweils angeordnet sind, nicht von ihren oberen Ofen­ teilen überdeckt sind, so daß nur die Behälter mit geschlos­ senem Boden an den Positionen III und IV in Fig. 3 dargestellt sind.

Im Obigen wurden die der Reihe nach erfolgenden Behandlungs­ schritte für den zu behandelnden Stoff bezüglich eines Be­ hälters mit geschlossenem Boden beschrieben. Tatsächlich wird nach dem Abschluß des Verdampfungs- und Konzentrationsschrit­ tes I in einem Behälter und nach dem Befördern dieses Behäl­ ters in die Position für den Denitrierungsschritt II ein wei­ terer Behälter, in dem Nitratlösung aufgenommen ist, der Reihe nach in der leeren Position des Verdampfungs- und Konzentrie­ rungsschrittes I angeordnet. Es ist somit möglich, fortlaufend eine Reihe von Behandlungen aus dem Verdampfungs- und Konzen­ trierungsschritt, dem Denitrierungsschritt, dem Abkühlungs­ schritt und dem Wasch- und Ableitungsschritt während einer Drehung des Drehtisches 30 auszuführen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der durchgehend ar­ beitenden Vorrichtung wird ein Behälter für jeden der vier Schritte verwandt. Es ist jedoch auch möglich, sowohl den Verdampfung- und Konzentrierungsschritt als auch den Denitrie­ rungsschritt unter Verwendung nur eines Behälters auszuführen oder zur Verkürzung der Behandlungszeit der jeweiligen Schrit­ te den Verdampfungs- und Konzentrationsschritt I und den De­ nitrierungsschritt II unter Verwendung einer Vielzahl von Be­ hältern auszuführen.

Wie es oben beschrieben wurde, können gemäß der Erfindung die vom zu behandelnden Stoff kommenden reflektierten Wellen mit einer minimalen Beeinflussung durch die Ofenwandfläche aufge­ nommen werden und die Erwärmungsverhältnisse des behandelten Stoffes genau aus den in dieser Weise erfaßten Werten ermit­ telt werden. Aus den ermittelten Werten über die reflektier­ ten Wellen vom Detektor für die reflektierten Wellen ist es somit möglich, genau die Mikrowellenenergie, die am zu behan­ delnden Stoff liegt, zu einem geeigneten Zeitpunkt zu steuern. Das hat zur Folge, daß ein gutes denitriertes Produkt in stabi­ ler Weise erhalten werden kann, ohne daß ein nicht denitrierter Teil oder ein überhitztes Produkt erzeugt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Denitrieren einer Nitratlösung, die einen zu behandelnden Stoff darstellt, indem der Stoff Mikro­ wellen ausgesetzt wird, um den Stoff zu erwärmen und zu denitrieren und dadurch ein denitriertes Produkt zu er­ zeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Stoff direkt in einen zylindrischen Ofen eingegeben wird, der den Mikrowellen ausgesetzt wird, daß der Ofen horizontal gedreht wird,

daß die reflektierten Mikrowellen über die Zeit aufgenom­ men werden, um die Erwärmungsverhältnisse des Stoffes zu überwachen, und

daß die anliegende Mikrowellenenergie nach Maßgabe der in dieser Weise erhaltenen Werte über die reflektierten Wel­ len gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt der Erwärmungsverhältnisse, an dem die Denitrie­ rungsreaktion im wesentlichen abgeschlossen ist, dadurch wahrgenommen wird, daß die reflektierten Wellen aufgenom­ men werden, und daß die anliegende Mikrowellenenergie auf einen vorbestimmten Wert zu einem geeigneten Zeitpunkt in der Nähe dieses Punktes herabgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt der Erwärmungsverhältnisse, an dem die De­ nitrierungsreaktion vollständig abgeschlossen ist, erfaßt wird, indem die reflektierten Wellen aufgenommen werden, und daß die Anwendung der Mikrowellen sofort an dem Zeit­ punkt unterbrochen wird, an dem dieser Punkt erfaßt wird.

4. Vorrichtung zum Denitrieren einer Nitratlösung, die einen zu behandelnden Stoff darstellt, mit einem Ofen, der ein Mikrowellenleiterrohr und ein Gasabführungsrohr aufweist, und einem Mikrowellengenerator, der mit dem Wellenleiter­ rohr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine zylindrische Form mit einem derartigen Aufbau hat, daß er in einen oberen Ofenteil und einen unteren Ofenteil unterteilt werden kann, wobei der obere und der untere Teil über einen Drosselkopplungsmechanis­ mus kombiniert werden, um den zylindrischen Ofen zu bil­ den, der untere Ofenteil einen Behälter mit geschlossenem Boden bildet, in dem der zu behandelnde Stoff aufgenommen wird und der horizontal über eine Dreheinheit drehbar ist, der obere Ofenteil an seiner oberen Abschlußwand mit dem Wellenleiterrohr und dem Gasableitungsrohr versehen ist, und ein Detektor für reflektierte Mikrowellen auf halbem Wege des Wellenleiterrohres vorgesehen ist und elektrisch mit dem Mikrowellengenerator über eine Steuer­ einheit verbunden ist, so daß die Mikrowellenenergie des Mikrowellengenerators über die Steuereinheit nach Maßgabe der Meßwerte des Detektors für die reflektierten Mikro­ wellen gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wellenleiterrohren an der oberen Abschlußwand des oberen Ofenteils vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschirmungsfenster aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material auf halbem Wege des Wellenleiter­ rohres zwischen dem Ofen und dem Detektor für die re­ flektierten Mikrowellen angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ofen einen Durchmesser gleich etwa vier Wellenlängen und eine Höhe gleich etwa zwei Wel­ lenlängen der Mikrowellen hat, wenn Mikrowellen mit einer Frequenz von 2450 MHz verwandt werden.