微波高溫連續(xù)煅燒制備人造金紅石試驗研究

微波高溫連續(xù)煅燒制備人造金紅石試驗研究【摘要】自行研發(fā)了93kW微波高溫煅燒連續(xù)試驗裝置，并開展了微波高溫煅燒制備人造金紅石續(xù)試驗?？疾炝遂褵郎囟取⒃狭６?、通氣量等工藝條件與微波裝置的操作穩(wěn)定性。試驗表明：微波煅燒高鈦渣制備人造金紅石工藝可行，微波高溫裝置連續(xù)運行可靠；控制微波功率為為80kW，高鈦渣粒度為55目，煅燒溫度為950C,煅燒時間為4h,通氣量為1.67m3/h?kg時，高鈦渣氧化率可達到90%以上，人造金紅石產(chǎn)率為120kg/h。【關(guān)鍵詞】微波煅燒高鈦渣人造金紅石裝置金紅石是電焊條焊劑配方的重要組分之一，對于某些專用電焊條來講更是必不可少的焊劑組成。但是，隨著我國鈦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，天然可開采金紅石的品位日益降低。因此，尋求經(jīng)濟合理的處理方法，將我國豐富的鈦原料加工成可直接用于工業(yè)生產(chǎn)的人造金紅石，是我國鈦材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展之急[1，2]。微波煅燒是以物料自身吸收微波的特性來加熱物質(zhì)的新技術(shù)，能夠克服常規(guī)加熱存在的因溫度梯度而導(dǎo)致的受熱不均、熱傳遞效率低等缺點，具有煅燒時間短、熱效率高、內(nèi)部加熱、整體加熱、加熱均勻等優(yōu)點，在化合物分解、材料制備以及廢棄物的處理等方面顯示出極大的優(yōu)越性[3-5]。試驗表明，微波煅燒高鈦渣制備人造金紅石在技術(shù)上是可行的。為了進一步考查微波煅燒高鈦渣工藝的工業(yè)可行性，自行研發(fā)了93kW微波高溫連續(xù)煅燒裝置，并進行了人造金紅石連續(xù)產(chǎn)業(yè)化試驗。實驗與裝置實驗原料微波高溫連續(xù)煅燒試驗所用原料產(chǎn)自云南某地，其主要化學(xué)成分如表1所示。其XRD譜如圖1所示。從表1及圖1可知，實驗所用高鈦渣主要由鈦氧礦物組成，還含有部分鐵、鋁、錳等的低價氧化礦物，及少量硫、磷、碳等雜質(zhì)化合物組成。其中，鈦氧礦物的主要物相形式為(MgO.24Ti2.76)05,屬于吸波性較好的物質(zhì)，盡管R-TiO2及氧化鋁吸波性都較差但在高鈦渣中含量很低。高鈦渣中(MgO.24Ti2.76)0?5及R-TiO2的比例含量經(jīng)RIR方法定量，(MgO.24Ti2.76)0?5：R-Ti02=(96.24：3.76)%。則高鈦渣90.63%的刀TiO2中，高價鈦TiO2含量為27.4%，低價鈦Ti2O3的含量為56.9%。實驗設(shè)備與系統(tǒng)實驗所用裝置為實驗室自主開發(fā)的微波連續(xù)煅燒設(shè)備,其主要由動力傳動、循環(huán)冷卻水、雙向螺旋、微波腔體、進出料機構(gòu)、供排汽管道、微波發(fā)生器、溫度測控等部分組成,如圖2所示。圖2微波高溫連續(xù)煅燒實驗設(shè)備其中，動力傳動部分由電動機、鏈條傳動、雙向螺旋與轉(zhuǎn)動軸組成，用以往復(fù)運送物料；循環(huán)冷卻水部分由進水、出水、匯水器、分水器等組成，可對微波磁控管等發(fā)熱器件進行降溫冷卻；微波腔體由長形五面體構(gòu)成，其為微波與物料相互作用，提供反應(yīng)空間；微波發(fā)生器由磁控管、變壓器、高壓電容器與整流硅堆組成的微波電源及激勵波導(dǎo)等部件組成，其可將電能轉(zhuǎn)化為電磁能，磁控管主頻率為2450MHZ；進出料機構(gòu)由星形給料器、進料斗、出料箱構(gòu)成，以保障進出料通暢；供排汽管為多孔供氣管與集中排汽管組成，可提供煅燒反應(yīng)所需的氣體和排放物料在高溫反應(yīng)時產(chǎn)生的氣體；溫度測控由熱電偶、測溫儀與控制系統(tǒng)組成，并以溫度測量信號作為主要控制參數(shù)，用于對微波功率與全裝置進行PLC自動控制。此設(shè)備共由62個1.5kW磁控管組成，以縱橫間隔式交錯排列于五面腔體的頂端與兩個下斜面，防止產(chǎn)生電磁波的相互影響與抵消現(xiàn)象，其分布圖如圖3所示，同時在五面不銹鋼金屬腔體內(nèi)襯有U形透波陶瓷與保溫材料，以承載物料。腔體尺寸為①400X3000+400X200X3000mm。圖3微波高溫連續(xù)煅燒裝置磁控管分布圖實驗方法連續(xù)實驗方法為：先進行探索實驗，根據(jù)微波煅燒高鈦渣所需的能量，確定系統(tǒng)放大參數(shù)，參照探索試驗獲得的工藝條件，以微波煅燒時間、微波功率、煅燒產(chǎn)量為試驗工藝參數(shù)，將測試產(chǎn)品的氧化率為監(jiān)控目標，驗證放大準則及參數(shù)。在確定的試驗放大準則和放大參數(shù)及相應(yīng)的通氧量下，進行連續(xù)煅燒工藝條件試驗，以尋求最優(yōu)工藝條件。結(jié)果與分析2.1確定放大參數(shù)根據(jù)吸波物質(zhì)對微波能量的吸收原則（式1），可知對于確定的微波煅燒系統(tǒng)（3，E,,—定），微波與物質(zhì)的作用僅與物質(zhì)體積（V）及微波煅燒時間（t）有關(guān)。（1）式（1）中，Q-物質(zhì)吸收的微波能；3-微波場的角頻率，E彳微波強度，-高鈦渣自由空間介電常數(shù)，-物質(zhì)有效損耗，V-物質(zhì)體積，t-微波煅燒時間。探索實驗時發(fā)現(xiàn)，100g高鈦渣在800W的微波功率下煅燒20分鐘，就可以完全氧化，其所需微波能耗能為0.26kW?h,則連續(xù)實驗以每小時制備120kg人造金紅石為生產(chǎn)目標時，高鈦渣在微波高溫連續(xù)煅燒裝置內(nèi)（控制微波功率為80kW）的停留煅燒時間應(yīng)為4h。2.2驗證放大參數(shù)驗證實驗在微波連續(xù)煅燒裝置腔體溫度為950C,通氣量為20.4m3/h，不同煅燒時間的條件下進行實驗，結(jié)果見表2由此可見，每次實驗都有較高的信噪比，表明操作具有較好的穩(wěn)定性。在最優(yōu)條件下，進行了4次重復(fù)實驗，其氧化率依次是90.62%、91.12%、91.38%、90.94%，平均氧化率為91.02%。由此可見，在最優(yōu)條件下，其氧化率重現(xiàn)性好，說明此反應(yīng)條件穩(wěn)定、可操作性好、裝置連續(xù)性良好。結(jié)語(1)微波煅燒高鈦渣制備人造金紅石工藝可行，微波高溫裝置連續(xù)運行可靠。(2)微波高溫連續(xù)煅燒高鈦渣以煅燒時間為放大參數(shù)是正確的。(3)控制微波功率為為80kW,高鈦渣粒度為55目，煅燒溫度為950C,煅燒時間為4h,通氣量為1.67m3/h?kg時，高鈦渣氧化率可達到90%以上，人造金紅石產(chǎn)率為120kg/h參考文獻：孫康.鈦提取冶金物理化學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001：24-30，54.莫畏，鄧國珠，羅方承.鈦冶金[M].第二版.北京：冶金工業(yè)出版社，1998：182-185.彭金輝，劉秉國?微波煅燒技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2013：1-2.楊卜，彭金輝，范興祥，等?微波輻射鍛燒堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)活性氧化鎂J].無機鹽工業(yè)