旋转闪蒸干燥机在超细镍钻合金粉生产中的应用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 3 3 旋转闪蒸干燥机在超细镍钴合金粉生产中的应用 张有新，赵中伟，陈爱良，霍广生 中南大学冶金学院，长沙4 1 0 0 8 3 摘要介绍了旋转闪蒸干燥机的基本原理及干燥特点，通过在超细镍钴合金粉生产中的成功应用，代替 目前传统干燥方法，对改善超细镍钴合金粉的分散性、提高金属直收率、提高粉末的成粉率、提高生产效 率、节约能源、降低生产成本、降低劳动强度、改善作业环境都有显著的作用。 关键词旋转闪蒸干燥；超细镍钴合金粉；应用 中图分类号T F l 2 3 ．7文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 9 0 1 一0 0 3 3 一0 4 A p p l i c a t i o no fS p i nF l a s hD r y e ro nN i c k e l - C o b a l t C o m p o s i t eP o w d e rP r o d u c t i o n Z H A N GY o u x i n ，Z H A OZ h o n g w e i ，C H E NA i l i a n g ，H U OG u a n g - s h e n g S c h o o lo fm e t a l l u r g i c a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n go fC e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y 。C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t S p i nf l a s hd r y e rt h e o r ya n dm e t h o dw e r ei n t r o d u c e d ．C o m p a r e di tw i t ht h et r a d i t i o n a ld r y i n g m e t h o di nt h ea p p l i c a t i o no fn i c k e l c o b a l tc o m p o s i t ep o w d e r ，t h ep r o d u c tq u a l i t yw i t hs p i nf l a s hd r y e rc a n b ei m p r o v e da n dt h ef r u g a le n e r g ya n di t sp r o d u c t i o nc o s tw e r er e d u c e d ，t h ew o r k i n gc o n d i t i o n sw e r ei m p r o v e d ． K e y w o r d s S p i nf l a s hd r y e r ；N i c k e l c o b a l tc o m p o s i t ep o w d e r ；A p p l i c a t i o n 在超细粉体生产中，经过滤、洗涤工序的物料， 需进入干燥工序。在工业生产过程中，干燥通常是 最重要的工艺环节之一。正确的选择和设计干燥设 备，不仅能保证完成干燥作业，而且能提高产品质 量，如产品的粒度及分散性能等。目前，干燥工序应 用的干燥设备有强化沸腾干燥器、旋转闪蒸干燥器、 盘式干燥器、耙式干燥器和微波干燥器等。而旋转 闪蒸干燥机是一种流态化干燥和气流干燥相结合的 干燥设备，它可将滤饼状、泥浆状、高粘性膏糊状物 料直接干燥为成品，属动态干燥工艺，在超细镍钴合 金粉生产中的成功应甩，获得了较好的干燥效果，提 高了产品质量，同时为企业带来了良好的经济效益 和社会效益。该装置在国内超细镍钴合金粉干燥中 尚属首次使用，现在已充分显示出了其优越性能设 备小、产量大、耗能低、环境无污染、产品的含水率和 粒度可调整等特点，而被广泛地应用。 作者简介张有新 1 9 7 2 - - ，男，甘肃人，博士研究生 1 闪蒸干燥机的基本原理及特点 旋转闪蒸干燥机对粉体物料干燥过程的机 理[ 1 - 2 ] 含水粉体物料进入干燥机后，热气流首先将 热量传递给细颗粒表面，水分立即蒸发并向外界扩 散。表面水分的蒸发，引起颗粒表面和内部的水分 差，水分将从颗粒内部不断地扩散到颗粒表面，再由 表面向外界蒸发，此过程循环往复最后达到整个颗 粒少水、甚至于无水，以达到干燥的目的。 物料的干燥可分以下四个阶段 1 升速干燥阶段即物料在较短的时间内被加 热到干燥介质湿球温度，水分蒸发较快。该阶段时 间较短，颗粒吸收的热量与蒸发水分新耗去的热量 相等，达到平衡； 2 等速干燥阶段在此阶段，颗粒内部的水分 将源源不断地补充到颗粒表面，此时的干燥速度及 万方数据 3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 颗粒表面湿度亦保持不变，增大干燥气体的流速亦 可加快干燥速度； 3 降速干燥阶段在此阶段，颗粒水分被干燥 到一定程度后，由于总水分的不断减少干燥速度逐 渐降低； 4 平衡阶段此阶段颗粒表面水蒸发吸湿达到 平衡，干燥速度为零，干燥过程结束。 上述干燥过程在旋转闪蒸干燥机里短时间内连 续完成，与普通干燥相比，旋转闪蒸干燥具有以下特 点‘3 4 | 1 干燥强度高由于物料受离心、剪切、碰撞、 摩擦而被微粒化，呈高分散状态，气固两相间的相对 速度较大，强化了传质、传热； 2 工艺简化与其它类型的干燥技术相比，用 闪蒸干燥工艺干燥滤饼等物料可以一次干燥成均匀 的粉状产品，省去了粉碎、筛分等工序； 3 有效控制了水分和粒度进料量及热风温度 的一致将对终水分和成品粒度能够充分控制，从而 保证了产品的水分含量及粒度均匀一致； 4 系统微负压工作，消除环境污染； 5 减轻劳动强度，减少作业人员； 6 热空气与物料流态化接触，热交换充分、均 匀、热效率高，节能效果好。 2 在超细镍钴合金粉生产中的成功应 用 超细镍钴合金粉的制备利用沉淀法生产出前 驱体，将前驱体干燥后煅烧生成氧化物，氧化物还原 后成为最终产品超细镍钴合金粉。 下面讨论采用闪蒸干燥工艺 称闪蒸干燥 和 不采用闪蒸干燥工艺 简称传统干燥 对产品物理 性能的影响，包括产品的粒度、分散性、微观形貌、粉 末的一次成粉率。 2 ．1 对粒度的影响 在制备超细镍钴合金粉过程中，首先进行前驱 体滤饼的干燥、经煅烧得到氧化物、经氢还原得到超 细镍钴合金粉，现将同一批物料分别经闪蒸干燥工 艺和传统干燥工艺进行干燥试验，再将得到的前驱 体粉末、氧化物粉末、超细镍钴合金粉进行S E M 分 析，其结果分别如图1 ～3 所示。 图1 不同干燥方法所得前驱体的S E M 形貌 F i g ．1 T h eS E Mm o r p h o l o g yo fp r e c u r s o rb yd i f f e r e n td r y i n gm e t h o d 图2 不同干燥方法所得氧化物的S E M 形貌 F i g ．2 T h eS E M m o r p h o l o g yo fo x i d eb yd i f f e r e n td r y i n gm e t h o d 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年l 期3 5 图3 不同干燥方法所得镍钴合金粉的S E M 形貌 F i g ．3 T h eS E Mm o r p h o l o g yo fN i C oa l l o yp o w d e r b yd i f f e r e n td r y i n gm e t h o d 从图1 可知，不论采用哪种干燥方式，对前驱体 大家所担心的在干燥过程中对粒度的破坏，可以得 粉末的粒度几乎不产生影响。出同一批物料不管采用动态干燥，还是传统静态干 从图2 ～3 可以看出，不论经闪蒸干燥工艺，还燥，对粉末的粒度几乎不产生影响。 是经传统静态干燥工艺，从前驱体煅烧成氧化物，再2 ．2 对分散性的影响 将氧化物还原成镍钴合金粉粉后，不考虑烧结现象， 为了更好地对比闪蒸干燥和传统静态干燥工艺 就粉末的粒度而言，粉末变得更加致密，粉末表面形 对超细镍钴合金粉分散性的影响，我们对两种工艺 成带有孔隙的蠕虫状结构，粉末粒度没发生大的变得到的超细镍钴合金粉进行了S E M 对比分析，其 化，只是对前驱体粒度的继承或遗传。更进一步证结果如图4 所示。 明闪蒸干燥工艺，只是完成对粉末的干燥，并未出现 图4 镍钴合金粉的S E M 形貌 F i g ．4 T h eS E Mm o r p h o l o g yo fN i - C oa l l o yp o w d e r 从图4 可以看出闪干样品的分散性明显好于传闪蒸干燥后还原的镍钴合金粉和传统静态干燥 统静态干燥的样品。后还原的镍钴合金粉的分散性之所以存在很大的差 从图1 ～4 可以看出闪蒸干燥后的前驱体和经别，就在于前驱体的干燥方式不同。闪蒸干燥是利 煅烧后的氧化物的分散性都很好，颗粒问界限明显，用热气流将下落过程中的粉末颗粒表面的溶液快速 几乎没有团聚现象，只有当还原成镍钴合金粉后有蒸发，颗粒间基本不形成粘连和团聚 如图5 所示 ， 较轻的烧结现象。采用传统静态干燥后的前驱体和是一动态的干燥过程。而烘干由于是一种传统静态 经煅烧后的氧化物样品存在大量的粘连、团聚结块的干燥方式，从而造成样品中的粘连和团聚现象。 现象，当还原成镍钴合金粉后，由于粘连、团聚现象再经还原工艺后，闪干镍钴合金粉颗粒烧结现象较 的存在，导致样品中存在大范围的烧结体，使样品分轻，分散性好 如图6 所示 ，传统静态干燥后还原的 散性变差。镍钴合金粉则烧结现象严重，颗粒间架桥严重，孔隙 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年1 期 较多。 图5 氧化物的S E M 形貌 F i g ．5 T h eS E Mm o r p h o l o g yo fo x i d e 图6 镍钴合金粉的S E M 形貌 F i g ．6 T h eS E Mm o r p h o l o g yo fN i C oa l l o yp o w d e r 2 ．3 对产品的一次成粉率的影响 采用闪蒸干燥后，产品的分散性变好，粉末的一 次成粉率由原来传统静态干燥的7 0 ％提高到9 8 ％ 以上。 3结论 采用闪蒸干燥技术后，对改善产品的分散性、提 高金属直收率、提高生产效率、提高粉末的一次成粉 率、降低劳动强度、改善作业环境都具有十分重要的 意义。 参考文献 [ 1 ] 潘永康，王喜忠．现代干燥技术E M 3 ．北京化学出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 张继宇，王文昌．闪蒸干燥气流干燥技术手册E M ] ．东北 大学出版社，2 0 0 5 ． [ 3 ] 陈晓辉，杨柳，于向真，等．旋转闪蒸干燥技术在分子筛 制备中的应用与改进[ J ] ．工业催化，2 0 0 6 ，1 4 8 6 3 6 6 ． [ 4 ] 高炎武，李艳红．旋转闪蒸干燥装置设计、制造及应用 [ J ] ．染料工业，1 9 9 5 ，3 2 2 4 3 4 9 ． 万方数据