收藏本站
《昆明理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

弱吸波物料的微波煅烧新工艺及理论研究

刘秉国  
【摘要】:煅烧是冶金过程关键工序之一。煅烧工艺的好坏不仅直接影响产品的优劣,而且也决定企业的经济效益。目前常规煅烧方法均存在生产周期长、能耗高等问题;微波煅烧尽管具有加热均匀,效率高,煅烧时间短等优点,但多集中于强吸波物料的煅烧,而目前在冶金工业和核能工业中存在大量的难处理弱吸波物料,将微波应用于弱吸波物料的煅烧则研究甚少。因此,探寻煅烧的新工艺和新技术,扩大微波冶金的应用领域,对促进节能降耗、加快我国冶金和铀核燃料生产能力和技术水平的提高,实现冶金和核能工业的可持续发展具有重要的意义。 本论文针对我国冶金和核能工业中急需煅烧的弱吸波物料碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物的煅烧现状,提出了配加强导电相物质实现弱吸波物料的微波煅烧新途径;探索了异质材料在微波场中的吸波特性变化规律;通过将响应曲面设计优化方法引入煅烧工艺,获得了弱吸波物料碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物的微波煅烧新工艺和关键控制参数。 1.颗粒物料的热分解机理研究 利用TG/DTG分析技术研究了碱式碳酸钴和偏钒酸铵颗粒物料的热分解过程,分析了物料的热分解特性;针对碱式碳酸钴和偏钒酸铵的热分解属于多步分解反应,若采用模型法来计算该种复杂反应体系的动力学,则难以揭示中间过程的反应机理;本论文采用非模型法详细研究了碱式碳酸钴和偏钒酸铵的热分解反应动力学,获得了随转化率变化的反应活化能,揭示了反应机理。结果表明,在493-625K范围内,碱式碳酸钴无水盐分解过程的平均活化能为109.63kJ/mol,在0.1≤α≤0.3范围内,活化能随转化率变化显著,而在0.4≤α≤0.9范围内,活化能变化很小。偏钒酸铵热分解过程为三步分解,在0.1≤α≤0.9范围内,第二分解阶段反应活化能随转化率变化较小,而第三、四分解阶段活化能均变化显著,各分解阶段对应的反应活化能平均值分别为E1=96.39kJ/mol, E2=139.24kJ/mol,E3=121.04kJ/mol. 2.弱吸波物料的微波煅烧关键技术研究 针对弱吸波物料的微波煅烧难题,基于异质材料等效媒介理论,利用微波谐振腔法探讨了异质材料在微波场中的吸波特性变化规律,提出了配加强导电相物质实现弱吸波物料的微波煅烧,开辟了弱吸波物料的微波煅烧新途径。研究表明,碱式碳酸钴、偏钒酸铵、三碳酸铀酰铵和重铀酸铵对微波的吸收性能都很差,属于弱吸波物质,而四氧化三钴、五氧化二钒和八氧化三铀对微波的吸收性能较强;碱式碳酸钴异质材料和偏钒酸铵异质材料随配加材料四氧化三钴和五氧化二钒配比的增大微波吸收峰出现明显的蓝移,通过配加少量四氧化三钴和五氧化二钒以及八氧化三铀强导电相微波煅烧碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物是可行的;物料在微波场中的升温速率与微波输出功率成正比例增大,而与物料量成反比关系。 3.颗粒物料常规煅烧工艺参数优化研究 采用基于中心组合设计的响应曲面法,建立了具有多个交叉项的超空间响应曲面方程,系统考察了煅烧温度、煅烧时间和物料量各影响因子及其交互作用对碱式碳酸钴和偏钒酸铵煅烧分解率以及对铀化学浓缩物煅烧产物八氧化三铀中总铀和U4+含量的影响规律。获得了常规煅烧碱式碳酸钴、偏钒酸铵、三碳酸铀酰铵和重铀酸铵的优化工艺参数。研究表明,响应曲面法建立的碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物常规煅烧回归数学模型高度显著,拟合度良好;煅烧温度、煅烧时间以及物料量对碱式碳酸钴和偏钒酸铵的分解率影响显著;煅烧温度和煅烧时间以及二者的交互作用对铀化学浓缩物煅烧产物八氧化三铀中总铀和U4+含量影响显著。响应曲面法优化得到的碱式碳酸钻和偏钒酸铵常规煅烧最佳工艺条件分别为煅烧温度666.00K和669.71K,煅烧时间32.00min和35.09min,物料量3.32g和4.25 g。在此条件下,碱式碳酸钴和偏钒酸铵的分解率分别为99.99%和99.71%,与实测值接近。响应曲面法优化得到的三碳酸铀酰铵和重铀酸铵常规煅烧最佳工艺条件分别为煅烧温度962K和932K,煅烧时间28min和24min,物料量37.86g和43.9g。在此条件下,三碳酸铀酰铵和重铀酸铵煅烧产物中总铀和U4+含量分别为84.17%,29.06%和84.46%,28.36%,与实测值接近。 4.弱吸波物料微波煅烧工艺参数优化研究 针对常规煅烧存在煅烧时间长、生产成本高等弊端,论文基于中心组合设计的响应曲面法,在可控温度条件下选取分别配加20%四氧化三钴的碱式碳酸钴、,配加15%的五氧化二钒的偏钒酸铵和配加20%八氧化三铀的铀化学浓缩异质材料开展微波煅烧研究。探讨了各影响因子及其交互作用对响应值的影响规律,在方差分析、多元回归和模型拟合的基础上,优化得到碱式碳酸钴、,偏钒酸铵和铀化学浓缩物异质材料的微波煅烧工艺参数。结果表明,响应曲面法建立的碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物异质材料微波煅烧回归数学模型高度显著,拟合度良好,煅烧温度和煅烧时间对碱式碳酸钴和偏钒酸铵分解率以及对铀化学浓缩物煅烧产物中总铀和U4+含量有显著影响;响应曲面法优化得到的碱式碳酸钴和偏钒酸铵异质材料微波煅烧最佳工艺条件分别为煅烧温度643.00K和645K,煅烧时间9.00min和9.5min,物料量4.34g和4.3g。在此条件下,碱式碳酸钴和偏钒酸铵的分解率分别为99.62%和99.33%;响应曲面法优化得到的三碳酸铀酰铵和重铀酸铵异质材料微波煅烧最佳工艺条件分别为煅烧温度942.75K和911.020K,煅烧时间9min和8min,物料量44g和39g。在此条件下,三碳酸铀酰铵和重铀酸铵异质材料煅烧产物中总铀和U4+含量分别为82.07%,31.33%和84.42%,32.74%,与实测值接近 与常规煅烧方法相比,在产品满足质量要求的前提下,微波煅烧碱式碳酸钴、偏钒酸铵和铀化学浓缩物的优化工艺参数中煅烧温度降低约20K,煅烧时间缩短约2/3。 综上,论文依据TG/DTG分析技术,采用非模型法探讨了颗粒物料的热分解特性,通过研究随转化率变化的活化能变化,揭示了其热分解机理;基于异质材料等效媒介理论,依据异质材料在微波场中的吸波特性变化规律,提出通过在弱吸波物料中添加强导电相物质解决了弱吸波物料的微波煅烧这一难题;在可控温度条件下,采用响应曲面优化设计系统研究了各影响因素及其交互作用对响应值的影响规律,获得了弱吸波物料微波煅烧新工艺和关键工艺参数。本论文研究成果为弱吸波物料的微波煅烧开辟了新途径,对促进我国紧缺战略资源钴、钒的提取和铀核燃料生产及技术水平的提高具有较高的实际应用价值和重要的现实意义。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 肖劲;陈燕彬;周峰;彭忠东;李劼;刘业翔;;煅烧方式和添加剂对碳热还原法制备氮化铝粉末的影响[J];粉末冶金技术;2008年05期
2 靳先静;常爱民;张惠敏;张东炎;;Mn_(0.43)Ni_(0.9)CuFe_(0.67)O_4 NTC热敏材料的Pechini法制备及微波烧结特性研究[J];无机材料学报;2009年05期
3 施燕飞,石金莲;钒催化剂生产过程中微波煅烧实验与性能研究[J];化学工业与工程技术;2001年04期
4 段碧林;曾令可;刘平安;税安泽;王慧;张海文;;微波辅助加热技术的应用及现状[J];陶瓷;2005年12期
5 刘飚,胡佳山,王琦,张宁,曹伟,李仕群;磷酸盐单矿的微波合成[J];江西科学;2001年04期
6 郭胜惠,彭金辉,范兴祥,张利波,唐剑云,罗军;微波煅烧仲钨酸铵制取三氧化钨[J];稀有金属;2002年04期
7 郭胜惠,彭金辉,范兴祥,张利波;微波煅烧碱式碳酸锌制取氧化锌[J];有色金属;2002年04期
8 秦文峰,彭金辉,樊希安,向守义,杨晓青,袁茂强;微波煅烧钼酸铵制取高纯三氧化钼新工艺[J];新技术新工艺;2004年04期
9 张文彪,张德秀;利用微波连续煅烧生产高纯超细活性氧化锌[J];矿业研究与开发;2003年S1期
10 黄婉霞,陈家钊,毛健,涂铭旌;纳米级Fe_3O_4对电磁波的吸收效能研究[J];功能材料;1999年01期
11 曹俊,周继承,吴建懿;微波煅烧制备纳米氧化锌[J];无机盐工业;2004年05期
12 黄向东,李建保,谢志鹏,黄勇;微波与无机非金属介质的相互作用[J];无机材料学报;1998年03期
13 江家京,王春芳,孟海乐,王新民;电感手性吸波材料的机理研究[J];科技情报开发与经济;2004年12期
14 董健苗,龙世宗;微波强化烧成铝酸盐水泥熟料的探讨[J];广西工学院学报;2005年02期
15 逄剑峰;李淑华;;自然气象条件下某型吸波涂料静态吸波能力变化模型建立[J];合成材料老化与应用;2010年02期
16 钟声亮,张迈生,苏锵;微波热法煅烧高岭土的机理研究[J];中山大学学报(自然科学版);2005年03期
17 陈丽娟,李文军;螺旋碳纤维——雷达隐身的关键吸波材料[J];高科技与产业化;2005年09期
18 董健苗;龙世宗;;影响微波强化烧成水泥熟料的主要因素[J];广西大学学报(自然科学版);2006年02期
19 陈小兵;李丽;王昭;江华;毕先钧;;微波催化技术的应用研究进展[J];辽宁石油化工大学学报;2006年04期
20 朱立群;古璟;;薄型多层雷达吸波材料结构设计与发展[J];表面技术;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈小兵;江华;毕先钧;;微波辅助煅烧制备钒催化剂及其催化性能[A];第五届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2007年
2 左光汉;夏兰舫;陈树榆;胡克良;於定华;;多功能伪装材料伪装性能初步考察[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
3 肖伶俐;周继承;孙若力;;微波高温煅烧制备纳米α-Al_2O_3的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
4 江家京;王春芳;孟海乐;王新民;;电感手性吸波材料的机理研究[A];山西省科学技术情报学会学术年会论文集[C];2004年
5 杨啸林;葛世慧;阮成礼;;磁性纳米颗粒膜的微波吸收机理研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
6 涂铭旌;黄婉霞;陈家钊;毛健;吴行;;电磁波屏蔽功能复合材料研究进展[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
7 陈广玲;杨杰;肖炜;李光宪;;聚苯硫醚结构功能一体化纳米复合材料的研制[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
8 熊国宣;陈阳如;李坚利;;吸波剂在水泥基材料中的应用研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑(Ⅲ)[C];2006年
9 张拴勤;连长春;;纳米包覆改性吸收剂的设计与制备[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
10 黄铭;彭金辉;张世敏;郭勝惠;杨晶晶;;沥青石墨粉混合物的吸波特性及应用[A];第十二届全国微波能应用学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前5条
1 本报记者 张九红;推动纳米材料的产业化进程[N];中国高新技术产业导报;2002年
2 吴玉程 张立德 李广海 姜治 蔡伟平;纳米涂层材料的发展[N];科技日报;2000年
3 毛卫民;新型宽频纳米复合吸波材料的研究[N];中国高新技术产业导报;2002年
4 吕文奇;新概念高射炮异军突起[N];解放军报;2003年
5 本报记者 马守贵 整理;隐形飞机的涂料秘密[N];中国化工报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘秉国;弱吸波物料的微波煅烧新工艺及理论研究[D];昆明理工大学;2010年
2 高敬伟;多形态聚吡咯的制备与吸波性能研究[D];东华大学;2010年
3 杜玙璠;红外微波兼容材料的制备及性能研究[D];北京交通大学;2010年
4 张彬;微波场中氢氧化铝煅烧工艺及氧化铝晶型转变研究[D];昆明理工大学;2012年
5 凌钦才;LLDPE/POE基光催化及微波吸收复合材料[D];浙江大学;2009年
6 李英伟;基于增量改进BP神经网络微波深度干燥模型及应用研究[D];昆明理工大学;2011年
7 曹晓非;低频锂锌铁氧体吸波材料及其在聚合物中分散技术的研究[D];山东大学;2009年
8 赵英娜;ZTM陶瓷/纤维编织体微波连接及其弹性行为研究[D];天津大学;2012年
9 徐铭;电磁屏蔽用吸收反射一体化复合材料的研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2011年
10 李顺;氧化铝陶瓷的微波连接及其界面研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁进好;新型碳磁复合吸波剂的制备及其石蜡复合物电磁性能研究[D];浙江师范大学;2012年
2 程文武;钡铁氧体的晶格掺杂与微波烧结研究[D];重庆大学;2009年
3 崔荣振;羰基铁微粉复合物微波吸收性能的优化[D];兰州大学;2011年
4 黄善富;微波干燥硫酸铜和微波煅烧碱式碳酸锌新技术[D];昆明理工大学;2002年
5 常笑蕾;纳米磁性材料在T-ZnOw表面复合及其吸波性能研究[D];西南交通大学;2009年
6 蔡阳;稀土掺杂ZTA复合陶瓷的制备与性能研究[D];郑州大学;2012年
7 刘俊丰;溶胶—凝胶法吸波材料钡铁氧体BaFe_(12)O_(19)的制备[D];成都理工大学;2008年
8 马震;酞菁铜/聚芳醚腈/四氧化三铁纳米杂化材料的制备、表征及其非线性微波电磁性能研究[D];电子科技大学;2012年
9 谷树超;Fe基吸收剂的机械合金化制备及电磁性能研究[D];大连理工大学;2013年
10 秦文峰;微波能在钼化学品中的应用研究[D];昆明理工大学;2004年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978