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微波輻射干燥氟化鋁的工藝研究

&nb帶式給料機sp; 童孟良
&錘破nbsp; (湖南化工職業(yè)技術學院化工系,湖南株洲412004)

    &n煤粉輸送bsp;
            摘　要:介紹了微波干燥的原理和主要特點,研究了利用微波輻射干燥氟化鋁工藝,探討了微波功率、微波輻射時間、物料質(zhì)量、物立式復合破碎機料厚度對氟化鋁脫水率的影響。實驗的最佳條件為微波功率2. 0 kW、干燥時間80 s、物料質(zhì)量400 g、物料厚度2. 0 cm。實驗結(jié)果表明,利用微波輻射干燥,氟化鋁含水質(zhì)量分數(shù)小于1% ,且干燥時間短、能耗低,實驗為工業(yè)化提供了必要的參考數(shù)據(jù)。

        &nbs震動給料器p;   關鍵詞:氟化鋁;微波輻射;脫水率
&nbs沖擊式破碎機p;
            氟化鋁沖擊式石頭制砂機工業(yè)生產(chǎn)的濕化學方法大體分為兩類:一是以硫酸分解螢石生成氫氟酸,再與氫氧化鋁反應制得氟化鋁濕料;另一類是以磷肥工業(yè)副產(chǎn)氟硅酸與氫氧化鋁反應制得氟化鋁濕料。氟化鋁濕料含水質(zhì)量分數(shù)約50% (結(jié)晶水39% ) ,為了脫出50%的水分,通常采用氣流干燥和回轉(zhuǎn)煅燒處理含水的氟化鋁[ 1 ] 。傳統(tǒng)干燥和煅燒方法不僅使干燥的氟化鋁質(zhì)量低,含水質(zhì)量分數(shù)達7% ( 550 ℃, 1 h) ,甚至更高,而且所需時間較長,能耗高,致使氟化鋁成本升高。而國外鋁廠的氟化鋁含水質(zhì)量分數(shù)多在0. 5%以下。高含水的氟化鋁加入鋁電解槽后,其水分在電解槽中產(chǎn)生水解反應,消耗氟化鋁,排出氟化氫,既增加消耗又污染環(huán)境[ 2 ] 。

    DY型移動式輸送機;    本實驗采用微波干燥氟化鋁,改革傳統(tǒng)方法,縮短生產(chǎn)時間,降低能耗,尋求新的干燥工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
         FS系列方形振動篩   1　實驗
      &nbsDSJ可伸縮帶式輸送機p;     1. 1　實驗原料、設備和儀器
        螺旋輸送設備;        原料采用的氟化鋁取自湖南某鋁業(yè)有限責任公司,其含水50% (質(zhì)量分數(shù),下同) 。干燥設備采用株洲時代集團公司功率0 ～ 6 kW 可調(diào)、頻率2 450MHz的工業(yè)多膜微波爐。
     &輸送機鏈條nbsp;      1. 2　實驗原理和方法
     &輸送機nbsp;      1. 2. 1　實驗原理
                微波具有波長短( 0.001 ～ 1 m ) 、頻率高(0. 3～300 GHz) 、量子特性明顯等特征。微波加熱是依靠吸波物質(zhì)吸收微波能將其轉(zhuǎn)換成熱能, 物料內(nèi)外部同時加熱、同時升溫,加熱速度快且均勻。傳統(tǒng)加熱干燥方式是根據(jù)熱傳導、對流和輻射原理使熱量從外部傳至物料內(nèi)部,熱量總是由表及里地傳遞進行干燥物料,物料中不可避免地存在溫度梯度,影響干燥的物倉壁振打器料質(zhì)量,且加熱速度慢,能耗高。微波加熱干燥技術與傳統(tǒng)加熱干燥方式不同,它是通過被加熱體內(nèi)部偶極分子高頻往復運動,產(chǎn)生“內(nèi)摩擦熱”而使被加熱物料中水的溫度升高而汽化,特別是當物料內(nèi)部水溫升高時,將產(chǎn)生一定的壓力,迫使水分向物料表面遷移擴散,只要物料表面通風排濕良好,物料就能很快達到整體干燥的效果。在微波電場中,介質(zhì)吸收微波功率的大小P正比于頻率( f ) 、電場強度( E )的平方、介電常數(shù)(εr )和介質(zhì)損耗正切值( tgδ) 。即: P = 2πfE2εrVtgδ。式中V為物料介質(zhì)吸收微波的有效體積。
輸送皮帶;
        采用微波干燥具有干燥速度快、熱量損失小、操作方便等特點,既可以縮短工藝時間,提高生產(chǎn)率,降低成本,又可以提高產(chǎn)品質(zhì)量[ 3 - 6 ] 。

            1. 2. 2　實驗方法
            準確稱量氟化鋁試樣,并測定初始含水量W ,記錄物料質(zhì)量G1。使用多模微波爐干燥,記錄微波功率、干燥時間和物料厚度,取出冷卻后稱其質(zhì)量,記錄數(shù)據(jù)G2。分析成品氟化鋁水分含量,根據(jù)式(1)就可計算氟化鋁脫水率A。
                A = (G1 - G2 ) / (G1wH2O ) ×100 %            (1)

            2　實驗結(jié)果與討論
            2. 1　微波輻射時間對脫水率的影響
                試驗在微波功率2. 0 kW、氟化鋁物料400 g、物料厚度2 cm條件下,脫水率隨干燥時間變化的曲線如圖1所示。

                　氟化鋁濕料的含水質(zhì)量分數(shù)50% ,可以計算出100 g物料的理論質(zhì)量損失為50. 0g。在本實驗條件下,氟化鋁的最大質(zhì)量分數(shù)為49. 5% ,質(zhì)量損失為49. 5 g,相對應的脫水率為99% ,即產(chǎn)品含水質(zhì)量分數(shù)約1%。
                 圖1還表明,在功率1. 5 kW的微波輻射下,氟化鋁的脫水主要集中在第0～80s,而在脫水末期,脫水率變化不大。即用微波輻射氟化鋁80 s可以得到合格的氟化鋁產(chǎn)品。
            2. 2　物料質(zhì)量對脫水率的影響
                試驗在微波功率2. 0 kW、輻射時間2 min、物料厚度2. 0 cm條件下,稱取氟化鋁物料200, 400, 600,800, 1 000 g進行試驗,其結(jié)果如圖2所示。

                從圖2可以看出,物料的脫水率隨著物料質(zhì)量的增加而降低,當物料質(zhì)量小于400 g時,物料的脫水率達99% ,當物料質(zhì)量為1 000 g,脫水率降低為91. 5% ,即產(chǎn)品含水質(zhì)量分數(shù)7. 8%?？梢?在微波功率1. 5 kW、輻射時間2 min、物料厚度2. 0cm的條件下,當物料質(zhì)量減少到400 g以下,脫水率高,但干燥效率不高,干燥成本會增高,經(jīng)濟效益不理想。

            2. 4　物料厚度對脫水率的影響
                試驗在微波輻射80 s、物料質(zhì)量為400 g、微波功率為2. 0 kW 條件下,物料厚度分別為1. 0, 1. 5,2. 0, 2. 5, 3. 0, 3. 5 cm 進行試驗,其結(jié)果如圖4 所示。
            從圖4可以看出,在微波輻射下,物料厚度對脫水率有一定的影響,但當物料厚度超過2. 0cm后,物料脫水率明顯的降低。主要由于微波受波長和介質(zhì)的特性影響,其穿透能力有一定的范圍,當物料厚度過厚,微波在物料內(nèi)部傳播時,由于能量不斷被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能,它所攜帶的能量就隨著深入物料表面的距離以指數(shù)衰減。此外,由于物料厚度過大,底部物料還含有少量的水分,而表面物料水分已經(jīng)完全脫出,導致產(chǎn)品質(zhì)量不均勻,底部的水分未蒸發(fā)完全主要是與物料的厚度和水蒸氣的蒸發(fā)速度有關。所以物料厚度過厚,會影響氟化鋁的干燥質(zhì)量,選擇合適的物料厚度也十分重要的。

            3　結(jié)論
            　　1)利用微波輻射干燥氟化鋁可大大縮短干燥時間、簡化操作手續(xù)并減少粉塵污染,而且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。實驗為工業(yè)化提供了必要的參考數(shù)據(jù)。
            　2)微波干燥氟化鋁的脫水率與輻射時間、微波功率、物料質(zhì)量和物料厚度有關。最佳工藝條件為微波功率2. 0 kW、干燥時間80
            s、物料質(zhì)量400 g、物料厚度2. 0 cm。
            　　3)實驗結(jié)果表明,利用微波輻射干燥可以獲得含水質(zhì)量分數(shù)小于1%的氟化鋁。

            參考文獻:
            [ 1 ] 　鮑聯(lián)芳,王邵東. 國外用氟硅酸生產(chǎn)氟化鋁的四種流程[ J ]. 硫磷設計, 1996 (4) : 38 - 391
            [ 2 ] 　胡忠1中國氟化鹽工業(yè)存在的主要問題與對策[ J ]. 有色金屬工業(yè), 1995 (5) : 40 - 411
            [ 3 ] 　夏湘,陳祖興. 微波能在工業(yè)上的應用前景[ J ]. 海南礦冶,2001 (2) : 47 - 48.
            [ 4 ] 　彭金輝,楊顯萬. 微波能技術應用[M ]. 昆明: 科技出版社,1997: 81 - 113.
            [ 5 ] 　王金成,熊力. 微波在環(huán)境化學中的應用[ J ]. 氣象水文海洋儀器, 2001 (2) : 44 - 46.
            [ 6 ] 　祝圣遠,王國恒. 微波干燥原理及應用[ J ]. 工業(yè)爐, 2003 ( 8) :42 - 451

（源自：中華干燥網(wǎng)）

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