林國(guó)，胡途，彭金輝，尹少華，張利波，李志強(qiáng)

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濕法煉鋅泥的微波干燥實(shí)驗(yàn)

林國(guó)1，2，3，4，胡途1，2，3，4，彭金輝1，2，3，4，尹少華1，2，3，4，張利波1，2，3，4，李志強(qiáng)1，2，3，4

（1昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，云南昆明 650093；2云南省特種冶金重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650093；3微波能工程應(yīng)用及裝備技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650093；4非常規(guī)冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650093）

目前回轉(zhuǎn)窯干燥物料的方法主要存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重、效率低等缺點(diǎn)，為了解決這一問題，開展了微波干燥濕法煉鋅泥的實(shí)驗(yàn)研究，采用實(shí)驗(yàn)室自制的微波干燥設(shè)備，考察微波功率、干燥時(shí)間以及物料質(zhì)量對(duì)樣品脫水率的影響。研究結(jié)果表明：在一定條件下，脫水率隨干燥時(shí)間延長(zhǎng)而增加，隨著微波功率的增加而提高，隨物料質(zhì)量增加而降低。實(shí)驗(yàn)在微波功率600W、物料質(zhì)量40g、微波加熱時(shí)間3min時(shí)，濕法煉鋅泥的脫水率達(dá)到99.57%；FT-IR分析可知，干燥后波數(shù)1625cm-1和3300cm-1附近水分子的伸縮振動(dòng)峰基本消失，說明微波干燥后物料基本不含水分；與常規(guī)干燥進(jìn)行比較，微波干燥濕法煉鋅泥具有干燥時(shí)間短、脫水效率高、清潔無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，是一種高效節(jié)能的新型干燥方法。

濕法煉鋅泥；微波；輻射；干燥；脫水

濕法煉鋅泥是煉鋅企業(yè)常見的中間產(chǎn)物，因其含有大量的鉛、錫、猛、鋅等，具有較高的回收價(jià)值[1]。然而濕法煉鋅泥屬于黏稠性物料，水分含量較高，約30%，因此，加以利用之前必須進(jìn)行干燥處理。目前，冶煉企業(yè)常采用回轉(zhuǎn)窯或自然干燥的方式進(jìn)行干燥，存在占地面積大、干燥時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境污染嚴(yán)重、效率低等缺點(diǎn)[2]。

微波作為一種新型的加熱方式，在冶金和醫(yī)藥方面得到廣泛應(yīng)用[3-8]，尤其對(duì)于冶金物料的干燥，具有耗時(shí)短、加熱速度快、能耗低、選擇性加熱及加熱均勻的優(yōu)點(diǎn)[9-14]。茹賽紅等[15]研究了微波干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)金萱茶葉品質(zhì)的影響，實(shí)驗(yàn)得出，微波干燥比熱風(fēng)干燥時(shí)間縮短45%，而且干燥后的茶葉有很好的復(fù)水性。微波加熱技術(shù)應(yīng)用于黏稠物料的干燥，解決物料脫水、干燥等問題，尚處于研究階段，但其清潔、高效、節(jié)能以及易自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，將使微波加熱技術(shù)在黏稠物料干燥領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。

本研究提出了濕法煉鋅泥微波干燥新方法，系統(tǒng)研究了微波功率、加熱時(shí)間和物料質(zhì)量對(duì)脫水率的影響，為濕法煉鋅泥的干燥提供新思路和理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用濕法煉鋅泥來自云南某煉鋅廠，在常規(guī)干燥箱中120℃條件下烘24h，同時(shí)做3組平行實(shí)驗(yàn)取平均值，測(cè)得其含水量為28.12%。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備有DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司），6kW微波高溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備（昆明理工大學(xué)非常規(guī)冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制，微波功率為2450MHz，功率為0～6kW連續(xù)可調(diào)），IRAffinity-1型傅里葉變換紅外光譜儀（日本島津公司）。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，稱取一定質(zhì)量的待干燥物料放入坩堝中，置于微波反應(yīng)器中進(jìn)行干燥。待其干燥一定時(shí)間后取出，冷卻后進(jìn)行稱重，并記錄其質(zhì)量。脫水率計(jì)算公式如（1）所示，微波功率密度計(jì)算公式如（2）所示[16]。

（2）

式中，m為物料初始質(zhì)量，g；m為干燥一定時(shí)間后物料的質(zhì)量，g；為微波功率密度，W/g；為微波功率，W。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波加熱時(shí)間對(duì)脫水率的影響

稱取40g濕法煉鋅泥，研究微波加熱和常規(guī)加熱對(duì)濕法煉鋅泥脫水率的影響，結(jié)果如圖1所示。其中圖1(a)是在微波功率600W條件下微波加熱時(shí)間對(duì)脫水率的影響，圖1(b)是溫度為105℃±5℃條件下常規(guī)加熱時(shí)間對(duì)濕法泥脫水率的影響。從圖1中可知，微波干燥3min的脫水效果達(dá)到烘箱170min的脫水效果。從圖1(a)可知，微波干燥主要分為兩個(gè)階段：快速脫水階段和緩慢脫水階段。1.0～3.0min為快速脫水階段，隨著時(shí)間的增加，脫水率增加較快；而3.0min之后為緩慢脫水期，脫水率隨著時(shí)間的增加基本保持不變。這主要是因?yàn)槲⒉ǜ稍锸腔谒慕殡姵?shù)高，常溫下達(dá)到78.54[17]，屬于強(qiáng)吸波物質(zhì)，單位質(zhì)量物料含水量越高，其吸收微波的效果越好，微波能利用率也越高，隨著物料含水量的降低，微波能轉(zhuǎn)化成熱能的效率降低[18]。當(dāng)脫水階段完成后，微波能繼續(xù)被其他極性分子吸收，物料溫度繼續(xù)升高，導(dǎo)致熱解或其他反應(yīng)發(fā)生。因此為了保證干燥效果最佳，同時(shí)節(jié)約能源，微波干燥時(shí)間定為3min最為合適。

2.2 微波功率對(duì)脫水率的影響

圖2為在濕法煉鋅泥質(zhì)量40g、微波加熱3min時(shí)微波功率與濕法煉鋅泥脫水率的關(guān)系。從圖2中可知，濕法煉鋅泥脫水率隨微波功率增加而逐漸提高，可以達(dá)到99.57%。這主要是由于微波加熱濕法煉鋅泥脫水、干燥過程的本質(zhì)是水吸收熱量后蒸發(fā)的過程，微波輸入功率越大，微波腔體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)隨之增大，單位質(zhì)量物料吸收的微波能越多，單位時(shí)間、單位體積微波能轉(zhuǎn)化成熱能越多，濕法煉鋅泥中水分達(dá)到氣化點(diǎn)所需要的時(shí)間就越短；同時(shí)微波功率越大，越能夠加速內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面的速率，促進(jìn)濕法煉鋅泥表面氣化速度[19-20]。同時(shí)，當(dāng)微波功率超過600W時(shí)，隨著功率的進(jìn)一步增加，脫水率變化緩慢，說明脫水基本完成。因此實(shí)驗(yàn)確定微波功率為600W。

2.3 物料質(zhì)量對(duì)脫水率的影響

在微波功率600W條件下，分別稱取不同質(zhì)量的物料，研究物料質(zhì)量對(duì)脫水率的影響，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可看出，干燥時(shí)間相同時(shí)，物料脫水率隨著物料質(zhì)量的增加而降低。不同質(zhì)量的物料，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，脫水率增加。這主要是因?yàn)樵谖⒉üβ室欢〞r(shí)，隨著物料質(zhì)量增加，作用于單位物料上的微波功率密度降低，物料所吸收的微波能減小。從圖3中的物料質(zhì)量與微波功率密度的表格中同樣可以看出，在物料質(zhì)量為40g時(shí)，微波功率密度最大，同一時(shí)間下脫水效率最高。在微波功率和加熱時(shí)間相同的條件下，物料的質(zhì)量越大，其脫水率就越低。

2.4 紅外光譜分析

為了驗(yàn)證微波干燥濕法煉鋅泥的效果，圖4給出了濕法煉鋅泥微波干燥前后的紅外光譜圖，其中1625cm?1和3300cm?1附近分別是水分子的彎曲和伸縮振動(dòng)頻率，其中濕法煉鋅泥原樣在3300cm?1附近有一寬而散的峰，說明分子中氫鍵作用較強(qiáng)。從紅外圖譜（圖4中曲線a）發(fā)現(xiàn)，波數(shù)1625cm?1和3300cm?1附近水分子的伸縮振動(dòng)峰基本消失，說明微波干燥后的物料基本不含水分，進(jìn)一步驗(yàn)證了微波干燥濕法煉鋅泥的可行性。

a—微波干燥后；b—微波干燥前

3 結(jié) 論

微波干燥濕法煉鋅泥的實(shí)驗(yàn)表明：微波干燥濕法煉鋅泥是可行的；在一定條件下，脫水率隨干燥時(shí)間延長(zhǎng)而增加，隨著微波功率的增加而提高，隨物料質(zhì)量增加而降低，在實(shí)驗(yàn)條件下，微波加熱時(shí)間3min、微波功率600W、物料質(zhì)量40g時(shí)，脫水率可達(dá)99.57%。紅外光譜圖進(jìn)一步驗(yàn)證了微波干燥的可行性，干燥后物料中的水峰基本消失，物料干燥完成。

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Experimental study on the microwave drying of hydrometallurgy mud

LIN Guo1，2，3，4，HU Tu1，2，3，4，PENG Jinhui1，2，3，4，YIN Shaohua1，2，3，4，ZHANG Libo1，2，3，4，LI Zhiqiang1，2，3，4

（1Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，Yunnan，China；2Yunnan Provincial Key Laboratory of Intensification Metallurgy，Kunming 650093，Yunnan，China；3National Local Joint Laboratory of Engineering Application of Microwave Energy and Equipment Technology，Kunming 650093，Yunnan，China；4Key Laboratory of Unconventional Metallurgy，Ministry of Education，Kunming 650093，Yunnan，China）

Conventional drying process uses rotary kiln to dry hydrometallurgy mud. This process has disadvantages like longer heating time，environmental pollution，and low efficiency. This research developed a technology of microwave drying hydrometallurgy mud in order to improve the drying efficiency. Effects of microwave power，drying time and materials weight on the dehydration rate of hydrometallurgy mud were investigated using a laboratory-made microwave reactor furnace. The results showed that dehydrationrate decreased with the increase of the material weight，and improved with the increase of the microwave power and drying time. The experimental conditions were as the following，600W microwave power，40g mass of sample，and 3min heating time. Under the conditions，the dehydration rate was 99.57%. FT-IR analysis demonstrated that the stretching vibration peak of water molecules at 1625cm-1and 3300cm-1disappeared，indicating that the hydrometallurgy mud was completely dried after the microwave drying treatment. A comparative study was also performed on microwave drying and conventional electrical drying process. The experimental results showed that the microwave heating had some advantages with respect to shorter drying time，higher dehydration efficiency and less pollutions.

hydrometallurgy mud；microwave；radiation；drying；dehydration

TF 813

A

1000–6613（2015）09–3472–04

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.09.042

2015-03-18；修改稿日期：2015-04-14。

國(guó)家自然科學(xué)基金（U1302271）及云南省中青年學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才資助項(xiàng)目（2012HB008）。

林國(guó)（1989—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橐苯鹦录夹g(shù)。E-mail glin08@126.com。聯(lián)系人：張利波，教授，博士。E-mail libozhang77@163.com。