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微波技术用于褐铁矿干燥脱水的研究

时间:2008-09-03 02:21:15  浏览:        

 微波作为一种新型高效无污染能源已在工业、农业、医学以及家庭等领域内获得广泛应用。而微波技术与矿业工程相结合,解决产品脱水、干燥等问题,尚处于研究阶段,但其清洁、高效、无污染的特点,将可能使微波技术在矿业产品脱水领域中获得广泛应用。普通的干燥脱水仅能去除颗粒表面吸附的水分,不能脱除其结晶水,而采用微波干燥脱水却能脱除其分子中所含的结晶水。
    据不完全统计,江西省的褐铁矿占总铁矿资源的30%以上,这些褐铁矿资源大都还没有开发
利用,原因是褐铁矿含结晶水(Fe2O3nH2O),使分选回收的褐铁矿含铁最高约55%,而钢铁厂要求铁精矿含铁要达到62%以上。所以,目前褐铁矿分选将无法得到合格的铁精矿产品,致使褐铁矿资源无法开发利用。个别钢铁厂为了开发利用褐铁矿,采用焙烧脱水工艺,由于该工艺大都使用燃煤作燃料,导致工作环境差,污染环境,我国已明确禁止使用焙烧工艺干燥脱水。可见,目前一方面是大量褐铁矿资源悬置无法利用,另一方面是钢铁厂原料不够,靠大量进口外购。因此,研究褐铁矿干燥脱水技术,对我国铁矿资源的开发,缓解钢铁厂原料紧张问题具有非常重要的意义。
1 试验研究
1.1 试验矿样分析
    本试验矿样来自某矿山,矿样呈黄褐色,平均粒度小于4mm,矿样通过分析测定其化学成分如表1所示。

1.2 试验仪器
    试验采用WHLO7S-11 型小型试验用微波炉,其微波频率为2450±MHz,功率为700W;高温电炉。
1.3 试验方法
1.3.1 微波脱水
    称取20g样品于坩埚中,然后置于微波炉内载物支架上,在最大功率700W下辐射一定时间,停止辐射,并通过微波炉数显面板,读取物料温度数值,冷却后称重,计算样品的失重率R。
1.3.2常规脱水
    称取20g样品于坩埚中,然后置于高温电炉中,在250℃恒温下加热干燥烘烤一定时间,停止烘烤后拿出冷却、称重,计算样品的失重率R。
2 试验结果与讨论
2.1 褐铁矿微波脱水研究
2.1.1 微波辐射时间对失重率的影响
    取试验矿样20g,在微波辐射最大功率700W条件下,改变辐射时间,研究辐射时间与矿样失重率的关系,并与常规方法干燥的结果进行比较,结果如表2 所示。
                 
    由表2可知,微波加热干燥脱水只须10min,其失重率已达5.0%,而此时250℃常规加热干燥脱水率只有1.2% ,250℃常规加热干燥60min时脱水率才达到微波加热干燥10min的脱水效果,由此可见微波加热脱水的动力学速率明显快于常规加热法。
2.1.2 微波辐射时间与温度关系
    取试验样品20g,微波辐射功率为最大功率700W,改变辐射时间,研究微波辐射时间与物料温度的关系,结果见表3。
                   
    从表3可知,随着微波辐射时间的增加,温度也在增加,而前6min物料温度上升较快,其后温度增加速度变缓,微波辐射时间10min后温度增加不明显,此时样品失重率达5.0%以上,由此可见,微波脱水过程不仅速率明显快于常规加热,而且提高生产效率,节约能源的作用也非常显著。
2.1.3 微波脱水与常规脱水方法比较
    取试验样品20g,微波辐射功率为最大功率700W,微波辐射时间为10min,对试验后的褐铁矿进行化学分析,分析结果表明,经微波加热干燥10min后,失重率达到5.0%以上,不仅脱去了游离水,而且样品中结晶水也脱去,褐铁矿中总铁量达到60%。因而利用微波加热干燥可制得低含水量褐铁矿。
    本工艺与常规干燥方法进行比较表明,微波干燥工艺节约能源,改善工作环境及提高生产效率的作用十分显著。
2.2 褐铁矿微波脱水原理研究
    为考察褐铁矿在微波加热过程中的脱水动力学原理,我们研究了微波辐射时间内物料的升温现象。通过上面的辐射时间试验以及表3的数据我们可以看出,微波辐射过程最初几分钟,升温较快,随后,升温逐渐减慢,根据微波加热性能我们知道,物质对微波能的吸收与其介电损耗因子有关,对于多种组元组成的样品,其介电损耗因子可表示为:

    其中Vi和ε"分别表示组元i 的体积分数和介电损耗因子。对于我们研究的褐铁矿体系,H2O具有较快的升温速率,即具有较大的ε"而对于其他的组分只能吸收少量的微波能,所以升温速率较低,也即ε"较小。因而随着水分子的不断脱去,较大组元H2O 减少,其升温速率会逐渐降低。
3 结论
    对褐铁矿进行微波辐射脱水试验表明,在700W辐射功率下,与常规250℃加热干燥方法相比,微波技术脱水速率远远大于常规脱水速率,微波脱水不仅脱除了游离水,而且能脱除结合水,从而使总铁含量提高至60%。采用微波加热,温度均匀,表里一致,热能利用率高,在节约能源、提高生产效率方面有重大意义。

  
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