高钛渣微波深度干燥特性及热质迁移机理

The raw materials of chloride process produce titanium dioxide products has more moisture content, which reacting with chlorine gas to form chlorine hydride, and resulting corrosion resistant equipment. It is difficult to lower the moisture content from 1.0-3.0% to 0.3-0.5% of the raw materials of metallurgy and chemical industry using traditional drying methods, because of consume large amounts of energy, long drying time and increases drying cost. Therefore, to explore new drying method with low energy consumption and less environment pollution is necessary. In the present study, the moisture of high titanium slag were prepared titanium dioxide using chloride process, and were chosen as the research objects. Try to take advantage of the specific inductive capacity of water, and play an extraordinary role of microwave heating, which unique characteristics of selective heating and energy transmission. The characteristics and the mechanism of heat and mass transfer of microwave drying high titanium slag were investigated. The moisture content changes and temperature changes of high titanium slag, and heat and mass transfer behavior were systematically investigated. The effects of microwave heating on the interaction heat and mass transfer mechanism of high titanium slag were characterized using theory analysis, experimental research and characterization, and the internal heat and mass transfer model of high titanium slag in microwave drying process were obtained. The demonstration of microwave drying techniques can be applied effectively and efficiently to the treatment processing of drying of the raw materials of metallurgy and chemical industry with the theoretical and scientific basis.

常规干燥方法要将冶金、化工原料中的含水率从1.0-3.0%降低到0.3-0.5%，需要消耗大量能源，并且干燥周期长，从而使得干燥成本骤增，因此探索一种能源消耗低和环境友好的深度干燥方法显得尤为重要。本项目以生产氯化法钛白的主要原料高钛渣中的水分为研究对象，充分发挥微波加热具有独特的能量传输方式和选择性加热的特性，利用水分子介电常数较大的特点，开展高钛渣微波深度干燥特性及热质迁移机理的研究。通过研究高钛渣在微波场中的含水率变化行为、温变行为、热质迁移行为和水分迁移行为，揭示高钛渣微波深度干燥过程中的基本规律，探明高钛渣内部的传热、传质机理，获得高钛渣微波深度干燥过程中的热质迁移模型。通过试验研究和理论探讨，为微波深度干燥冶金、化工原料的工业化应用和推广提供试验依据和理论基础。

本项目以生产氯化法钛白的主要原料高钛渣中的水分为研究对象，拟将原料中的含水率从1.0%-3.0%降低到0.3%-0.5%，充分发挥微波加热具有独特的能量传输方式和选择性加热的特性，完成了高钛渣微波深度干燥特性及热质迁移机理的研究。进行了不同含水量高钛渣的介电特性参数的性能测试，在含水率5%的情况下，测试物料的介电常数和介电损耗系数达到最大值分别为77.89和19.03，渗透深度保持在10 mm；通过研究影响干燥实验的主要因素，如：微波功率、高钛渣初始含水量、样品质量等对干燥过程中的含水率和干燥速率随时间变化趋势，获得了高钛渣在微波干燥过程中有效扩散系数等动力学参数的变化规律，进一步掌握了高钛渣在微波干燥过程中的动力学特性。当微波功率为250W，微波干燥时间为70s时，最大干燥速率为0.01711s-1，有效扩散系数为1.39989×10-8m2/s，除去单位水的消耗的热量为26.25kJ/g；采用核磁对微波干燥前后高钛渣内部H质子（水分子）空间分布，并与常规干燥方法进行比较可得，微波加热条件下颗粒中的自由水整体迁移趋势是从样品四周同时扩散，同时经过SEM分析可以得到高钛渣经过微波干燥以后，物料表面出现裂纹，由于内部水分吸收微波发生剧烈气化，这种内外压力差导致矿石破裂，进而物料内部液态/气态水由裂缝迁移至物料表面，阐释了高钛渣的微波干燥过程中的微观效应，从而获得水分的迁移规律，相关研究为微波干燥工业化推广和应用提供理论基础和实验依据。相关研究成果获得第九届、第十届国际发明展览会“发明创业奖·项目奖”金奖银奖各1项、第二十二届全国发明展览会“发明创业奖·项目奖”金奖1项、中国专利优秀奖1项、中国循环经济协会专利奖一等奖1项等奖励；发表论文12篇，其中SCI收录论文7篇；授权发明专利4项，其中国际PCT发明专利2项（美国、韩国），中国发明专利2项；出版《微波加热设备的研制与应用》专著1部；参与国内外学术会议8次，分会场特邀报告1次；培养博士2名及硕士2名。完成了任务书中规定的所有研究内容和技术指标。