DOC《doi:10》

国家自然科学基金委员会-云南联合基金重点项目(U1402274);

云南省应用基础研究重点项目(2016FA023) 作者简介:蒋永林(1991-),男,贵州人,硕士研究生;

通信作者:刘秉国(1969-),男,甘肃人,博士,教授. 1.2 试验方法 试验设备采用自制多功能微波高温处理系统,功率0~6 kW连续可调,频率2.45 GHz,刚玉―莫来石陶瓷坩埚为盛料容器,采用带屏蔽套的K型热电偶测温.称取一定量的辉钼矿放在坩埚中,放置于微波反应器腔体中央,将一定功率的微波馈入反应腔体,系统每1 min自动记录一次温度数据,达到所设温度后进入保温状态.焙烧结束后将样品取出,自然冷却到室温,分离表层白色结晶物. 晶体产品质量占初始物料量的百分比定义为试样经微波焙烧所得到的产品得率.

2 结果与讨论 2.1 辉钼矿在微波场中的升温特性 为避免钼酸铅等低熔点挥发物对产品三氧化钼的污染,升华法生产纯三氧化钼的操作温度一般控制在1

000 ℃以下[14].本次试验考察了辉钼矿在微波场中的升温行为.试验条件:微波功率1 kW,物料量70 g,厚度4 cm,不同微波加热时间时辉钼矿的升温行为见图1.由图1可知,物料的升温幅度呈先增后减的趋势[15].微波加热25 min后,温度即可升至1

000 ℃.辉钼矿在微波场的升温过程中,在400~650 ℃内辉钼矿将进行大量的氧化反应[16].另外,此阶段物质晶粒间的软化、无定形相等导致物料的介电损耗系数增大,从而微波能得以最大限度地被吸收和转化.通常,物质在微波场中的升温过程可分为两个阶段,图1所示的升温曲线与文献[17]描述的函数基本吻合. 图1 辉钼矿在微波场中的升温特性 Fig.1 Temperature rising behavior of molybdenite in microwave field 2.2 辉钼矿的微波氧化焙烧 2.2.1 物料厚度对产品得率的影响 在微波功率1

000 W、物料量50 g、由室温加热至800 ℃、然后保温6 min的条件下,产品得率与物料厚度的关系如图2所示.由图2可知,随着物料厚度的增加,焙烧产物中晶体含量呈现先增后减的趋势,在厚度为3 cm时具有最大值,当厚度大于4 cm后陡然下降.这是由于物料厚度过低时,物料完全反应后少量晶体发生烧结(焙烧过程中产生的一些钼酸盐和MoO3会生成低熔点共熔物)或熔融后挥发;

当物料厚度较高时,反射损耗和微波能递减导致物料整体加热效率降低,内层物料可能未被充分氧化.最终导致三氧化钼晶体的含量减少. 图2 物料厚度对三氧化钼晶体得率的影响 Fig.2 Effect of material thickness on yield of molybdenum trioxide crystal 在传输线理论[18]中,关于反射损耗具有如下表达式: 式中,为真空特征阻抗;

为输入阻抗;

和分别是对应频率下的复磁导率和复介电常数;

c为真空光速;

d为物料厚度;

,为虚数单位;

RL为反射损耗值(dB). 不同厚度下反射损耗峰值越小,则样品对微波的吸收能力越强,进而影响产品得率.本试验中3 cm为最佳厚度. 2.2.2 物料量对产品得率的影响 在微波功率1

000 W、物料厚度3 cm、从室温加热到800 ℃后保温6 min时,物料量对产品得率的影响如图3所示.由图3可知,随着物料量的增加,三氧化钼晶体得率呈现持续增长的趋势.这是由于,当物料厚度不变时,物料量越大则受微波直接辐射的表面积也越大,物料整体吸收了更多的微波能,内部微粒与微波的相互作用也更加剧烈,表现为微波能利用率更高,所以三氧化钼晶体的产率增高. 图3 物料量对三氧化钼晶体得率的影响 Fig.3 Effect of material mass on yield of molybdenum trioxide crystal 单位时间内微波在施加了有效电场的物料中耗损的能量[19]可表示为 从上式可知,电场强度E对微波吸收功率的P的影响更大,增加物料量则增强了微粒的极化能力,由此增大了有效电场,物料对微波能的吸收更为显著.本试验中物料量选取60 g. 2.2.3 温度对产品得率的影响 在微波功率1