濕法煉鋅泥的微波干燥實驗

林國，胡途，彭金輝，尹少華，張利波，李志強

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濕法煉鋅泥的微波干燥實驗

林國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1，2，3，4

（1昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南昆明 650093；2云南省特種冶金重點實驗室，云南昆明 650093；3微波能工程應用及裝備技術國家地方聯合工程實驗室，云南昆明 650093；4非常規冶金教育部重點實驗室，云南昆明 650093）

目前回轉窯干燥物料的方法主要存在干燥時間長、環境污染嚴重、效率低等缺點，為了解決這一問題，開展了微波干燥濕法煉鋅泥的實驗研究，采用實驗室自制的微波干燥設備，考察微波功率、干燥時間以及物料質量對樣品脫水率的影響。研究結果表明：在一定條件下，脫水率隨干燥時間延長而增加，隨著微波功率的增加而提高，隨物料質量增加而降低。實驗在微波功率600W、物料質量40g、微波加熱時間3min時，濕法煉鋅泥的脫水率達到99.57%；FT-IR分析可知，干燥后波數1625cm-1和3300cm-1附近水分子的伸縮振動峰基本消失，說明微波干燥后物料基本不含水分；與常規干燥進行比較，微波干燥濕法煉鋅泥具有干燥時間短、脫水效率高、清潔無污染的優點，是一種高效節能的新型干燥方法。

濕法煉鋅泥；微波；輻射；干燥；脫水

濕法煉鋅泥是煉鋅企業常見的中間產物，因其含有大量的鉛、錫、猛、鋅等，具有較高的回收價值[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行干燥處理。目前，冶煉企業常采用回轉窯或自然干燥的方式進行干燥，存在占地面積大、干燥時間長、環境污染嚴重、效率低等缺點[2]。

微波作為一種新型的加熱方式，在冶金和醫藥方面得到廣泛應用[3-8]，尤其對于冶金物料的干燥，具有耗時短、加熱速度快、能耗低、選擇性加熱及加熱均勻的優點[9-14]。茹賽紅等[15]研究了微波干燥和熱風干燥對金萱茶葉品質的影響，實驗得出，微波干燥比熱風干燥時間縮短45%，而且干燥后的茶葉有很好的復水性。微波加熱技術應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、節能以及易自動控制等優點，將使微波加熱技術在黏稠物料干燥領域中獲得廣泛的應用。

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

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗所用濕法煉鋅泥來自云南某煉鋅廠，在常規干燥箱中120℃條件下烘24h，同時做3組平行實驗取平均值，測得其含水量為28.12%。

1.2 實驗設備與方法

實驗采用的設備有DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科技有限公司），6kW微波高溫實驗設備（昆明理工大學非常規冶金教育部重點實驗室研制，微波功率為2450MHz，功率為0～6kW連續可調），IRAffinity-1型傅里葉變換紅外光譜儀（日本島津公司）。

實驗時，稱取一定質量的待干燥物料放入坩堝中，置于微波反應器中進行干燥。待其干燥一定時間后取出，冷卻后進行稱重，并記錄其質量。脫水率計算公式如（1）所示，微波功率密度計算公式如（2）所示[16]。

（2）

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

2 結果與討論

2.1 微波加熱時間對脫水率的影響

稱取40g濕法煉鋅泥，研究微波加熱和常規加熱對濕法煉鋅泥脫水率的影響，結果如圖1所示。其中圖1(a)是在微波功率600W條件下微波加熱時間對脫水率的影響，圖1(b)是溫度為105℃±5℃條件下常規加熱時間對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，脫水率隨著時間的增加基本保持不變。這主要是因為微波干燥是基于水的介電常數高，常溫下達到78.54[17]，屬于強吸波物質，單位質量物料含水量越高，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，微波能轉化成熱能的效率降低[18]。當脫水階段完成后，微波能繼續被其他極性分子吸收，物料溫度繼續升高，導致熱解或其他反應發生。因此為了保證干燥效果最佳，同時節約能源，微波干燥時間定為3min最為合適。

2.2 微波功率對脫水率的影響

圖2為在濕法煉鋅泥質量40g、微波加熱3min時微波功率與濕法煉鋅泥脫水率的關系。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、干燥過程的本質是水吸收熱量后蒸發的過程，微波輸入功率越大，微波腔體內場強隨之增大，單位質量物料吸收的微波能越多，單位時間、單位體積微波能轉化成熱能越多，濕法煉鋅泥中水分達到氣化點所需要的時間就越短；同時微波功率越大，越能夠加速內部水分擴散到表面的速率，促進濕法煉鋅泥表面氣化速度[19-20]。同時，當微波功率超過600W時，隨著功率的進一步增加，脫水率變化緩慢，說明脫水基本完成。因此實驗確定微波功率為600W。

2.3 物料質量對脫水率的影響

在微波功率600W條件下，分別稱取不同質量的物料，研究物料質量對脫水率的影響，結果如圖3所示。

從圖3可看出，干燥時間相同時，物料脫水率隨著物料質量的增加而降低。不同質量的物料，隨著干燥時間的延長，脫水率增加。這主要是因為在微波功率一定時，隨著物料質量增加，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中的物料質量與微波功率密度的表格中同樣可以看出，在物料質量為40g時，微波功率密度最大，同一時間下脫水效率最高。在微波功率和加熱時間相同的條件下，物料的質量越大，其脫水率就越低。

2.4 紅外光譜分析

為了驗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。從紅外圖譜（圖4中曲線a）發現，波數1625cm?1和3300cm?1附近水分子的伸縮振動峰基本消失，說明微波干燥后的物料基本不含水分，進一步驗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 論

微波干燥濕法煉鋅泥的實驗表明：微波干燥濕法煉鋅泥是可行的；在一定條件下，脫水率隨干燥時間延長而增加，隨著微波功率的增加而提高，隨物料質量增加而降低，在實驗條件下，微波加熱時間3min、微波功率600W、物料質量40g時，脫水率可達99.57%。紅外光譜圖進一步驗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。

國家自然科學基金（U1302271）及云南省中青年學術技術帶頭人后備人才資助項目（2012HB008）。

林國（1989—），男，碩士研究生，研究方向為冶金新技術。E-mail glin08@126.com。聯系人：張利波，教授，博士。E-mail libozhang77@163.com。