苏 晓 杜金佳 普 婧 阮榕生 段利平 陈 菓, 2, 3

(1.云南民族大学 云南省高校绿色化学材料重点实验室，昆明 650500；2.昆明理工大学 非常规冶金教育部重点实验室，昆明 650093；3.中南大学 锰资源高效清洁利用湖南省重点实验室，长沙 410083)

锰及其化合物广泛用于国民经济的各个领域，其中钢铁工业消耗量最大，占90%～95%。锰是炼铁或炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂，也可以用来制造合金[1-2]。软锰矿的主要成分为二氧化锰，是一种常见的含锰矿物，但软锰矿水含量高，采用高温焙烧工艺提取锰时需经过干燥预处理[3]。传统的干燥方法通常采用外部加热，物料温度分布呈现外高内低，热量需经过物料表面吸收后才能通过热传导、热对流等传热方式逐渐传递至物料内部，从而使物料内部温度不断升高，然后物料内部的水分从物料内部转移到表面，实现干燥。整个过程中热量传递的方向与水分蒸发的方向相反，干燥速率较低[4]。微波干燥技术无需任何热传导过程，热量可从物料内部产生，且物料内部和外部的水分同时被加热，干燥过程中表里温度较为均匀，物料温度呈外低内高分布，水分受热汽化后产生巨大的压差，形成的推动力可使水分快速地由物料内部转移至空气中，温度梯度及传热方向与水蒸汽转移方向相同，所受阻力小，干燥速率快、效率高[5-7]。如李新冬等[8]采用微波干燥褐铁矿，发现与传统加热干燥相比，微波加热褐铁矿的脱水速率远远大于常规加热方式干燥的速率。PICKLES C A[9]利用微波干燥含褐铁矿型红土矿时发现温度在44～228 ℃内，微波干燥的速率比常规干燥的高出2～3倍。LI L Z等[10]利用微波加热辅助干燥褐煤研究时发现微波加热可以有效提高褐煤的脱水速率，在微波功率231 W条件下干燥6 min，煤的热值提高8.1%，硫含量降低68.6%。本研究基于微波可加热的特性，采用微波技术干燥软锰矿，重点研究了软锰矿的初始含水率、样品质量及微波功率等对软锰矿干燥效果的影响。

1 试验

1.1 试验原料

原料取自广西大新县软锰矿，干燥前用行星式球磨机进行破碎，筛取粒径为80～250 μm部分进行试验和分析。原料主要化学成分见表1。

表1 软锰矿的化学成分

由表1可知，软锰矿中的锰含量为53.64%，除锰以外，硅的含量为21.23%，同时铁的含量较高，达到15.62%。

1.2 试验方法

称取一定质量的软锰矿放入微波炉进行微波干燥，每隔20 s用电子天平称量一次加热后软锰矿的质量直至样品质量读数变化很小甚至不变，记录试验数据，探究软锰矿质量随时间的变化规律。每次进行3组平行试验，取平均值作为试验值。含水率按式(1)进行计算，干燥速率按式(2)进行计算。最后分析相关影响因素对软锰矿微波干燥过程的影响规律。

1）经核查无线侧有450个左右enodeb只对接了SGSN3，已经协调无线厂家人员（中兴约为200个基站，华为约为150个，贝尔约为100个）配全到所有SGSN的S1链路。

(1)

“蘑菇，你听过那些关于我的传闻？”当手术结束，年仅10岁的男孩被推出手术室时，我脱下橡胶手套，反复清洗双手用力甩干问身旁的实习医生蘑菇，通常实习医生是医学院的在校学生。我为男孩刮除那颗在他颈椎上蓬勃生长的骨样骨瘤，这颗超过2cm的肿瘤使他进行性加重疼痛，侧弯畸形，侵犯他的脊柱。清理缝合伤口，术前的深夜里，我在荧光灯下静静端详男孩的CT片，他的骨骼和他的生命同样稚嫩纯真，还沾着清晨的朝露，而由硬化的骨质围成的巢盘踞着，肿瘤肆无忌惮地蔓延至椎弓根，周边出现软组织肿块。

从图2(a)可以看出，样品质量不同时，软锰矿在微波干燥过程中依然经过平缓期预热，加速期脱水和稳定期干燥完全3个阶段。在同样的微波功率下，软锰矿完全干燥所用时间随样品质量的增加反而缩短，30 g样品完全脱水需要时间为280 s。从图2(b)可以看出，干燥速率曲线仍由升速段和降速段组成，干燥速率先增后减。软锰矿的最大干燥速率随样品质量的增加而增大，且在干燥速率曲线的升速段，样品质量越大，干燥速率增加的速度越快，达到最大干燥速率的时间越短。10、20、30 g样品的最大干燥速率分别为0.067 82 、0.076 44、0.090 60 %/s，样品质量越大，含有的水分总量越多，所吸收的微波能量也越多，大量的微波能量转化为热能，加速物料内部水分的扩散，因此干燥速率增大。此结果表明，微波加热干燥技术更适用于样品较多、质量较大物料的干燥，这与常规加热干燥技术有所不同。常规加热干燥往往是样品越少，水分扩散得越快，干燥效果更显著[11]。在实际工业生产中，微波干燥技术因其独特的加热机制，对大规模的物料干燥表现出更大的优势。

(2)

固定试验条件：软锰矿质量为20 g、微波输出功率400 W，研究初始含水率分别为8%、12%、16%时物料含水率和干燥速率随时间变化，结果如图1所示。

2 试验结果与讨论

2.1 物料初始含水率的影响

式中，R—干燥速率，%/s；Mt—干燥过程中t时刻软锰矿含水率，%；M(t+Δt)—干燥过程中(t+Δt)时刻软锰矿含水率，%。

从图1(a)可以看出，随微波加热时间的延长，软锰矿含水率的变化大致可以分为3个阶段：平缓期(Ⅰ)、加速期(Ⅱ)和稳定期(Ⅲ)。在平缓区，物料从室温开始接受微波能量，物料开始预热，此时样品吸收的微波能量还不足以使物料中的大量水分蒸发，所以样品含水率呈缓慢下降趋势。物料经过平缓期的预热后，吸收了足够多的微波能量，内部温度已经远远超过了水的沸点，大量水分加速蒸发，样品含水率呈急剧下降趋势。随着物料内水分的大量蒸发，剩余水分不多，物料的质量变化开始变小并趋于平衡到达稳定区。从图1(b)可以看出，干燥速率在平缓期(Ⅰ)升高较为明显，在加速期(Ⅱ)先逐渐增大到最大值，后又快速减小，在稳定期(Ⅲ)缓慢减小到0。软锰矿的干燥速率变化大致由升速段和降速段组成，整个干燥速率曲线呈先增后减趋势。这是因为随着干燥时间的延长，物料中的含水率不断下降，当下降到一定程度时，样品吸收的微波能量减少，故水分蒸发速度减缓，干燥速率减小。软锰矿的最大干燥速率随初始含水率的增加而增大，16%初始含水率的软锰矿最大,干燥速率为0.089 64 %/s。这是因为高含水率的软锰矿吸收的微波能量多，温度升高快，内部水分的汽化速度快，物料内部和表面形成的压差大，可使水分快速地由内向外扩散。

通过地面直达波或者反射波模型获取土壤介质的平均介电常数ε，即可以利用CRIM模型可以计算表层土壤的平均体积含水量：

图1 物料初始含水率不同时的含水率-时间曲线和干燥速率-时间曲线Fig.1 Curves of moisture content and time (a), drying rate-time (b) with different initial moisture content

2.2 物料初始质量的影响

固定试验条件：软锰矿质量为20 g、初始含水率为12%，研究微波输出功率分别为400、550、700 W时，物料含水率和干燥速率随时间变化，结果如图3所示。

图2 物料初始质量不同时的含水率-时间和干燥速率-时间曲线Fig.2 Curves of moisture content and time (a), drying rate and time (b) with different initial mass of materials

这是一种含有校园内部的体育信息和校园外的实时体育资讯的应用程序。校园外的包含数据、实时观赛表格、精彩赛事和视频等。教师、学生可以在这个版块讨论、聊天。校园内部的包含赛事活动、健康讲座等，可以让学生及时掌握校园内部的赛事情况和自身的身体健康。

式中，Mt—t时刻软锰矿的含水率，%；M0—软锰矿初始含水率，%；m0—软锰矿初始质量(含水分)，g；mt—t时刻软锰矿的质量，g。

2.3 微波输出功率的影响

固定试验条件：软锰矿初始含水率为12%、微波输出功率400 W，研究物料初始质量分别为10、20、30 g时，物料含水率和干燥速率随时间的变化，结果如图2所示。

图3 微波输出功率不同时的含水率-时间曲线和干燥速率-时间曲线Fig.3 Curves of moisture content and time (a), drying rate and time (b) with different microwave output power

从图3(a)可以看出，微波功率不同时，软锰矿干燥所需时间随微波功率的增大而缩短，在微波功率400 W和550 W的条件下，20 g样品完全干燥所需时间相应为280 s、200 s，而在微波功率700 W时，同质量样品完全干燥所需时间仅为160 s。在相同的干燥时间内(100 s)，微波功率700 W时，样品含水率从12%下降到2.11%，而微波功率400 W，样品含水率从12%仅下降到6.08%。这是因为微波功率越大，在相同时间内释放的微波能量越多，所以物料吸收的微波能量就越多，水分脱除的速度越快。从图3(b)可以看出，软锰矿的最大干燥速率随微波功率的增大而增大，且在干燥速率曲线的升速段，微波功率越大，干燥速率增加的速度越快。微波功率400 W时，最大干燥速率为0.086 87 %/s，所需时间为80 s，而微波功率700 W时只需要25 s即可达到微波功率400 W条件下的最大干燥速率。以上结果说明，可通过加大微波功率来提高物料干燥速度，但这并不代表微波功率越高，对物料干燥越有利。试验过程中发现，过高的微波功率会引起软锰矿的烧结，因此需要根据实际样品量和含水率等指标，选择合适的微波加热功率，从而既能满足快速干燥的要求，又能保证干燥后软锰矿的质量。

3 结论

1)微波干燥脱水过程可分为平缓期预热，加速期脱水、稳定期干燥完全3个阶段，干燥速率曲线由升速段和降速段组成。干燥速率在平缓期增大，在加速期先增至最大值后逐渐减小，在稳定期缓慢减小。

2)软锰矿微波干燥所需时间随样品初始含水率的增加而增加，随样品质量、微波功率的增大而缩短，而软锰矿的最大干燥速率随样品初始含水率、样品质量、微波功率的增大而增大。软锰矿初始含水率为12%，样品质量分别为10、20、30 g，微波功率为400 W时，样品的最大干燥速率分别为0.067 82、0.076 44、0.090 60 %/s。

3)微波干燥效率高、能耗少、干燥速率快、干燥效果显著，但实际应用中为避免烧结现象发生，应根据样品初始质量、含水率指标选择合适的微波加热功率。