微波干燥APV技术研究.doc

微波干燥apv技术研究2011年第1期总第216期铁合金ferr0.alloys2011no.1t0t.216微波干燥apv技术研究王小江(昆明理工大学昆明中国650093)摘要对微波干燥不同水分含量的apv(多钒酸铵)工艺条件及相关参数进行了研究,得到了满足干燥后水分含量的apv物料.试验表明:微波干燥apv工艺在技术上是完全可行的,对于不同含水量的apv,经过微波干燥,其水分含量均可降至3%以下,满足钒生产工艺对apv水分含量的要求;在微波加热干燥过程中,无粉尘产生,对环境无影响且钒的回收率高,属绿色环保技术;微波干燥设备的操作性好,微波功率,温度,时间等参数易于控制.关键词微波apv(多钒酸铵)干燥中图分类号tf646文献标识码b文章编号10011943(2011j0l一001705researchonmicrowavedryingapvwangxiaojiang(kunminguniversityofscience&technology,kunming650093,china)abstracttheprocessconditionsandparametersofmicrowavedryingapv(ammoniumpolyvanadate)withdifferentmoisturecontentswerestudiedandqualifiedapvwhichsatisfiedtherequirementforwatercontentwasobtained.theexperimentalresultsshowedthatprocessofmicrowavedryingapvwasfeasibletechnically,anddifferentmoisturecontentofapvsubjectedtomicrowavedrying,themoisturecontentwaslessthan3%,whichcouldmeettheneedofvanadiumoxideproductionprocessforthemoisturecontentofapv.therewasnodustexistingindehydrationprocesswithnoharmtoenvironmentandhighrecoveryrateofv,belongingtogreentechnologyofenvironmentalprotection.microwavedryingequipmentwaseasytooperateaswellastheparametersofmicrowavepower,temperatureandtimewereeasytocontro1.keywordsmicrowave,apv(ammoniumpolyvanadate),drying前言世界上对微波的研究已有四十多年历史,该技术以其特有的选择性加热,高效节能,工艺先进,环保,操作易实现自动控制等优点,得到了美国,13本等发达国家的广泛重视1.随着对微波研究的深入及相关技术的进步,目前,微波作为一种新型高效的加热源,已在物料干燥和材料高温烧结方面得到成功应用.apv(多钒酸铵)是五氧化二钒,三氧化二钒等钒产品生产的原料,但apv的生产工艺决定了其含有一定的水分,含水最高可达60%;而使用apv进行粉体五氧化二钒,三氧化二钒生产,工艺要求必须将apv中的水分进行干燥,否则,会给生产带来很多不利影响.此外,目前我国熔化多钒酸铵制片钒均采用一步法,熔化周期长,热利用率低,能耗高,较好的办法是采用国外先进的三段熔化方法【2j,而采用三段熔化方法其中重要的一步就是将apv进行干燥.目前对apv干燥是将经压滤过的apv(含水20%45%)输送到气流干燥装置,干燥后的apv含水一般<5%,经过旋风收尘装置进行物料收集后,再进行后续三氧化二钒或五氧化二钒等钒产品的生产.但此种干燥方式存在以下问题:(1)热风干燥的各项参数一旦确定,干燥的效果也就确定了,因此可调节性差;(2)由于采用外加热方式,需要风力输送,能耗较大,热效率较低;(3)干燥设备定型后,对含水分较高的apv进行干燥时,只能通过提高干燥温度保证干燥的质量,温度控制过高时会出现脱氨现象;(4)干燥过程中温度分布极不均匀,在高温区往往会出现vzos的熔化结块,给组织生产带来不便;(5)收尘装置易被烧透,故障率高,不仅降低了钒收率,还作者简介王小江男,1974年8月出生,1996年毕业于昆明理工大学,高级工程师,长期从事钒领域的技术研发工作.收稿日期20101025?l8?铁合金污染了环境.传统的热风干燥是利用热传导的原理,将热量从被加热物外部传人内部,逐步使物体中心温度升高,但要使中心部位达到所需的温度需要一定的时间,所以,传统的干燥方法具有时间长,耗电量大,加热不均匀,粉尘回收困难等缺陷.微波加热技术改变了传统的物料由外向内加热的模式,它能穿透物体内部,内外同时加热.微波加热与传统加热的方式相比,其明显的优点是:(1)加热速度快.(2)能够实现选择性加热,水分子对微波吸收好,所以含水量高的部分吸收微波功率多于含水量低的部分,可以做到均匀加热和均匀干燥.(3)反应灵敏,能够做到快速控制,有利于自动化.(4)占地面积小,热效率高1i.(5)加热过程中,物料处于静止状态,不产生粉尘,因此收率高,不污染环境.与常规方法比较,微波设备操作灵活简单,方便,维修,维护方便,没有热惯性;微波功率可根据干燥情况进行适时调节;物料传输速度可调;在微波加热干燥过程中,没有”三废”产生,能极大限度地减轻apv干燥过程中对环境的污染,对于环保具有十分重要的意义.1试验原理,条件及方法1.1试验原理1.1.1微波加热和干燥的基本原理微波加热的基本原理是利用微波使物料粒子受迫振动而实现能量转换,以达到加热物料的目的,其加热方式属于内部加热;微波干燥则是通过对物料中的水分子加热并脱除以达到干燥物料的目的.微波加热具有明显的选择性,对微波吸收越好的物料,其加热效果也越好;同样,微波功率越大加热效果也越好.微波干燥apv就是利用微波加热和干燥原理,使其中的水分子受热脱除.在湿apv物料中,水分子对微波的吸收优于其它成分,由于微波具有选择性加热特点,可实现对apv的均匀加热;并且,通过对微波功率的调节可实现对温度和干燥速度的控制.1.1.2apv的基本成分和性质酸性铵盐沉钒产生的apv的主要成分是多钒酸铵和水,并夹杂少量钾,钠的硫酸盐杂质.其水分含量与固液分离方式有极大的关系,用带式过滤机分离后的apv中的含水量较高,在45%左右;而用板框压滤机分离后的apv中的含水量则比较低,在25%左右.apv在加热过程中主要发生以下反应:当t<200时(nh4)zv6016?nh2o(nh4)2v60i6+nh20(1)当t>200时(n1-i4)2v6016=3v205+2nh3+h2o(2)3v205+2nh3=3v204+3h20+n2(3)从反应(1),(2),(3)可以看出,apv在受热过程中首先脱水,分解脱氨,其次apv分解的氨气将部分五氧化二钒还原为低价钒氧化物.实际上,apv在常温下便开始脱水,在100左右大量脱水;在160左右明显脱氨,直到400左右脱氨基本完成;在670oc左右开始熔化.在加热过程中,氨的脱除与分解,将会对apv产生还原,这是进行脱水时必须避免的,为实现对apv的脱水干燥并避免氨的分解,应将干燥温度控制在160oc以内.1.2试验条件1.2.1试验原料试验所用的apv原料分为两种:一种是经带式过滤机过滤的apv(以下简称dapv),水分含量为43%一45%;另一种是经板框压滤后的apv(以下简称bapv),水分含量为24%26%.1.2.2主要设备(1)nj21型箱式微波炉主要技术参数如下:输入电源电压380v10%:50hz微波频率2455mhz微波输出功率2kw(2)料盘(外型及尺寸见图1)材质:石英规格:qd178221r咖l76il图1料盘fig.1chargingtray(3)冷却装置生活用自来水接人,对微波源进行冷却,防止微波源过热而损坏.(4)架盘天平第1期王小江微波干燥apv技术研究jyt一5电子秤hf一20001.3产品执行标准apv含水量3%.1.4试验方法将一定含水量的apv原料放入石英料盘,开启微波炉,开启换气装置,设定加热时间,调节微波输出功率,启动料盘转动装置,使料盘转动,启动微波输出,开始加热.当到设定时间后,微波加热自动停止,此时,停止料盘转动,开启微波炉门,取出料盘,对干燥的apv进行含水分析.2试验结果及讨论从微波加热原理和apv组分可知,微波可以对apv进行加热干燥脱水,但需要对微波加热过程进行条件控制,否则,不仅达不到干燥效果,更有可能造成apv还原,得不到干燥的apv,也得不到通过实验获取微波干燥apv的实际操作参数.分别对经过带式过滤机过滤的dapv,水分含量为43%45%和经过板框压滤后的bapv,水分含量为24%26%的两种apv物料进行试验.2.1微波功率对干燥效果的影响为了探索并获得较好的微波加热功率条件,对bapv(含水25.8%)以及dapv(含水43.5%)进行了微波输出功率与对apv干燥效果影响的试验.料量:200g,干燥时间:6rain,设定温度:140150),试验结果见图2.o.60.8】.01.2】4微波输出功率,kvadap,一一bapv图2apv干燥效果与微波输出功率的关系图fig.2therelationchartofdryingeffectofapvandoutputpower0fmicrowave般干燥脱水规律相符,即当水分比较低时,脱水更难.根据试验情况分析,达到比较合适的干燥效果应采用1.2kw的微波干燥功率,可完全满足干燥效果要求.2.2干燥时间与干燥效果条件试验为获得较好的微波加热干燥时间条件,对dapv(含水25.8%)以及bapv(含水43.5%)进行了干燥时间条件试验.料量:200g;微波功率:1.2kw;设定温度:140150.试验结果见图3._f燥时f/min?一dapv一一bapv图3apv干燥效果与干燥时间的关系图fig.3therelationchartofdryingeffectanddryingtimeofapv从干燥时间与干燥试验结果可见,含水比较高的bapv在6rain以前脱水速度高于dapv,之后,二者相当且脱水效果减慢.根据试验情况分析,干燥时间采用6min比较合适,可完全满足干燥效果要求.2.3apv料量与干燥效果条件试验为获得较好的微波加热脱水的料量要求,对dapv(含水25.8%)以及bapv(含水43.5%)进行了料量与干燥效果试验.微波功率:1.2kw;设定温度:140150;干燥时间:6min,试验结果见图4.从试验结果可看出,在其它干燥条件控制相同从干燥功率与干燥效果试验可以发现,含水较一一dapavpv料apv高的bapv脱水比较快,但到了后期,与含水较低的图4apv干燥效果与apv料量的关系图dapv干燥效果比较接近,且脱水效果减慢,这与一fig.4therelationchart.fdryingeffectandcha唱eweightofapv铁合金的情况下,apv的干燥效果与每批次的apv料量有着明显的关系,即料量越少,干燥后的apv含水量越低.总的来看,将料量控制在200g左右比较合适,可完全满足干燥效果要求.2.4稳定试验根据对微波干燥apv的微波输出功率,干燥时间,干燥料量等条件的试验结果,综合分析微波干燥apv较合适的工艺条件,在nj21微波炉上进行了apv微波干燥的稳定试验.试验条件:apv入炉料量(bapv或dapv)/g200干燥后水分要求3%微波加热功率/kw1.2加热干燥时间/min6设定干燥最高温度/c140150dapv稳定试验结果见表1,bapv稳定试验结果见表2.由表1,表2可见,微波加热干燥apv稳定试验结果中只有编号为wl04的水分略微超标,其它各试验结果均达到要求,即干燥后apv中水分3%,说明在微波加热功率1.2kw,加热干燥时间6min,设定干燥最高温度140150时,对于水分含量为25.8%的dapv和水分含量为43.5%的老线apv,干燥后含水量均可以稳定在3%以下.从稳定试验结果分析知,dapv(含水25.8%)与bapv(含水43.5%)在干燥条件相同的情况下,均可达到要求的干燥效果,只是bapv干燥速度比dapv略好.造成此种现象的原因主要在于微波加热干燥的特点,由于物料中的极性分子水分子对于微波吸收较好,因此首先被加热蒸发,所以,在加热apv干燥过程中,尽管bapv含水量高,但由于其对微波的吸收很好,水分很快被加热而被干燥;相反,bapv水分子也是首先吸收微波被加热蒸发,但接下来的加热相对慢一些,因此,从总体加热干燥效果看,含水量较多的bapv与含水量较少的dapv在加热条件相同的情况下,微波加热于燥效果均较好,只是干燥前期bapv脱水量比dapv大.2.5干燥过程中apv收率分析在整个干燥试验过程中,apv均是盛装在料盘里面,料盘机械转动,而apv相对于料盘静止不动,没有粉尘产生,试验结束后,设备也比较干净,说明微波干燥apv没有粉尘飞扬,属于环保,清洁干燥工艺;此外,利用该设备,在试验过程中可将apv物料加热干燥至衡重,也说明在其加热干燥过程中表1dapv稳定试验结果tab.1thestabilizationtestresultsofdapv表2bapv稳定试验结果tab.2thestabilizationtestresultsofbapvapv基本无损失.3结语3.1微波干燥apv工艺在技术上是完全可行的,无论是用带式过滤机分离后的含水量较高的apv,还是用板框压滤机分离后的含水量较低的apv,其水分含量均可干燥至3%以下.3.2微波干燥apv的较佳工艺参数为:干燥温度140150,含水25.8%的apv干燥量为1.67kg/kwh,含水43.5%的apv干燥量为1.67kg/kwh.3.3在加热干燥过程中,基本没有粉尘产生,对环境没有影响且钒的回收率较高,属绿色环保技术.3.4微波干燥设备的操作性较好,微波功率,温度,时间等参数易于控制.第1期王小江微波干燥apv技术研究?2j?参考文献f1】张帆,王英.浅析微波技术在钒生产领域的应用.攀钢技术,2006(4):192】黄道鑫.提钒炼钢.北京:冶金工业出版社,2000【3】刘全军,陈景河.微波助磨与微波助浸技术,北京:冶金工业出版社,2005稀土环保令将出台改造总投入或超10亿元近日,稀土工业污染物排放标准通过环保部审核,预计最早将于2011年2月份出台.新标准对稀土开采的废水排放及稀土企业的能耗总量都做了细致而严格的规定.有消息指出,全国90%的冶炼分离企业都达不到新标准,环保部要求企业在标准公布后23年内完成环保设施的增设,改造,预计总投入超过10亿元.排放标准大幅提高据悉,这是国际上第一部针对稀土行业的排放标准.一名参与起草文件的专家称,该文件的要求非常”严格”,对每吨废水中的污染物含量作了限定.根据新标准,在水污染物特别排放限值中,每升污水中氨氮含量不得超过15mg.而放射性元素和含磷排放物的限值也将减少.相比此前公布的稀土工业污染物排放标准(征求意见稿),即将公布的稀土环保新规更加严格.征求意见稿中要求现有企业氨氮排放量不得高于50mg/l,水环境容量较小的特殊地区氨氮排放量则不得高于15mg/l;而即将公布的新规,这两项指标有可能进一步收窄,最终确定的现有企业氨氮排放量将不得高于15mg/l,水环境容量较小的特殊地区(如太湖区域),氨氮排放量则不得高于5mg/l.此外,该标准对稀土企业的能耗总量也做出了细致规定.厦门大学中国能源经济研究中心主任林伯强接受采访时表示,即将出台的针对稀土开采的新标准比老标准有较大幅度提高,但跟国际上其它国家对稀土等资源开采的限制标准相比,预计至多只是接轨.锰矿外盘市场盘点自2010年以来,锰矿市场需求始终保持低位,供应过剩,外盘价格俨然成为锰矿现货市场的最有力支撑.而bhp3月,4月锰矿外盘报价再作下调,令不少业内忧心此举或将带动锰矿外盘价格的整体回落.不过,目前锰矿外盘市场总体表现平稳,受bhp3月,4月报价下调影响不大.一是澳洲锰矿澳洲锰矿外盘价格走低无疑,但bhp表明,优先在韩国和印度销售,并且此价格主要面向中钢,五矿等中国主要客户,且数量不多.暂不论bhp此次调价举措意在何处,业内人士普遍认为,至4月,低价位锰矿大批量涌人中国现货市场的可能性不大.二是南非锰矿bhp在大幅下调澳洲锰矿外盘价格的同时维持南非锰矿原报价,mn38%fe5%南非半碳酸矿报价5.8美元/吨度(cif);而纵观其他外界因素看,南非锰矿外盘继续走稳可能性大.其一因兰特升值,南非当地通货膨胀明显;其二则因南非当地尚处雨季,矿山开工以及矿石运输均受影响,供应货偏紧.因此,南非锰矿外盘市场预计短期内不会出现价格的大幅跌落.三是巴西锰矿巴西锰矿大多执行长期订单,目前维持mn45%报价6.3美元/吨度(长协价格,cif),不少供应商坦言,因已签定长期合作协议,供需平衡,且矿山开工成本高企,因此短期内仍将维持目前报价,受bhp报价影响而下调的可能性不大.四是赞比亚等非洲锰矿赞比亚等非洲国家目前正处雨季,矿山的开采以及矿石的发运均受到严重影响,且供应稍显不足,因此,价格自然保持平稳之势,mn>50