微波高溫連續(xù)煅燒制備人造金紅石試驗(yàn)研究【摘要】自行研發(fā)了93kW微波高溫煅燒連續(xù)試驗(yàn)裝置，并開(kāi)展了微波高溫煅燒制備人造金紅石續(xù)試驗(yàn)?？疾炝遂褵郎囟?、原料粒度、通氣量等工藝條件與微波裝置的操作穩(wěn)定性。試驗(yàn)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(yùn)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(shí)間為4h,通氣量為1.67m3/h?kg時(shí)，高鈦渣氧化率可達(dá)到90%以上，人造金紅石產(chǎn)率為120kg/h?！娟P(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(duì)于某些專(zhuān)用電焊條來(lái)講更是必不可少的焊劑組成。但是，隨著我國(guó)鈦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，天然可開(kāi)采金紅石的品位日益降低。因此，尋求經(jīng)濟(jì)合理的處理方法，將我國(guó)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(guó)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(lái)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(diǎn)，具有煅燒時(shí)間短、熱效率高、內(nèi)部加熱、整體加熱、加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)，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(yàn)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(jìn)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(jìn)行了人造金紅石連續(xù)產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)與裝置實(shí)驗(yàn)原料微波高溫連續(xù)煅燒試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jià)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(jià)鈦TiO2含量為27.4%，低價(jià)鈦Ti2O3的含量為56.9%。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所用裝置為實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的微波連續(xù)煅燒設(shè)備,其主要由動(dòng)力傳動(dòng)、循環(huán)冷卻水、雙向螺旋、微波腔體、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)、供排汽管道、微波發(fā)生器、溫度測(cè)控等部分組成,如圖2所示。圖2微波高溫連續(xù)煅燒實(shí)驗(yàn)設(shè)備其中，動(dòng)力傳動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)、鏈條傳動(dòng)、雙向螺旋與轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成，用以往復(fù)運(yùn)送物料；循環(huán)冷卻水部分由進(jìn)水、出水、匯水器、分水器等組成，可對(duì)微波磁控管等發(fā)熱器件進(jìn)行降溫冷卻；微波腔體由長(zhǎng)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(lì)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(jìn)出料機(jī)構(gòu)由星形給料器、進(jìn)料斗、出料箱構(gòu)成，以保障進(jìn)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(shí)產(chǎn)生的氣體；溫度測(cè)控由熱電偶、測(cè)溫儀與控制系統(tǒng)組成，并以溫度測(cè)量信號(hào)作為主要控制參數(shù)，用于對(duì)微波功率與全裝置進(jìn)行PLC自動(dòng)控制。此設(shè)備共由62個(gè)1.5kW磁控管組成，以縱橫間隔式交錯(cuò)排列于五面腔體的頂端與兩個(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)方法連續(xù)實(shí)驗(yàn)方法為：先進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)，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(yàn)獲得的工藝條件，以微波煅燒時(shí)間、微波功率、煅燒產(chǎn)量為試驗(yàn)工藝參數(shù)，將測(cè)試產(chǎn)品的氧化率為監(jiān)控目標(biāo)，驗(yàn)證放大準(zhǔn)則及參數(shù)。在確定的試驗(yàn)放大準(zhǔn)則和放大參數(shù)及相應(yīng)的通氧量下，進(jìn)行連續(xù)煅燒工藝條件試驗(yàn)，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(duì)微波能量的吸收原則（式1），可知對(duì)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(shí)間（t）有關(guān)。（1）式（1）中，Q-物質(zhì)吸收的微波能；3-微波場(chǎng)的角頻率，E彳微波強(qiáng)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(shí)間。探索實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)以每小時(shí)制備120kg人造金紅石為生產(chǎn)目標(biāo)時(shí)，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(shí)間應(yīng)為4h。2.2驗(yàn)證放大參數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(shí)間的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2由此可見(jiàn)，每次實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了4次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，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(jiàn)，在最優(yōu)條件下，其氧化率重現(xiàn)性好，說(shuō)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(yǔ)(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(yùn)行可靠。(2)微波高溫連續(xù)煅燒高鈦渣以煅燒時(shí)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(shí)間為4h,通氣量為1.67m3/h?kg時(shí)，高鈦渣氧化率可達(dá)到90%以上，人造金紅石產(chǎn)率為120kg/h參考文獻(xiàn)：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(guó)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(guó)?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(wú)機(jī)鹽工業(yè)