脱硫石膏是燃煤电厂烟气脱硫的副产物,由于每年的排放量巨大,脱硫石膏逐渐成为一种环境污染严重的固体废弃物,其大量堆放不仅占用大量土地资源,污染空气、水源及土壤,同时造成了大量硫资源的浪费。因此,加强对脱硫石膏的资源化研究,拓宽其应用领域,有力的促进了我国建设循环型经济的要求。将微波加热应用于脱硫石膏还原分解反应和半水石膏的生产,成为脱硫石膏综合利用的有效途径。本文首先研究了脱硫石膏粉、无烟煤粉、磁铁矿粉和它们的混合物料的微波升温特性确定脱硫石膏中配加无烟煤和磁铁矿粉的适宜配比;然后重点研究了配加10wt%磁铁矿和8wt%无烟煤的混合物料中脱硫石膏水含量对物料升温效果的影响,得出升温规律,探究最佳的升温效果。其次研究了脱硫石膏的微波脱水生产半水石膏的能力,通过对比不同条件下物料的含水量随加热时间的变化规律,得出微波促进加热脱硫石膏脱水的机理。主要结论如下:(1)无烟煤和磁铁矿具有良好的吸波性能,配加磁铁矿和无烟煤可以辅助脱硫石膏的微波加热,提高物料的升温速率,使温度持续上升。在微波场中将质量比为10%的磁铁矿和质量比为8%的无烟煤分别与脱硫石膏混合后加热到90min时,温度分别为580℃和368℃,平均升温速率分别为6.4℃·min-1和4.1℃·min-1。(2)随着含水量降低,脱硫石膏在微波加热下的最终温度也随之降低。升温曲线可分为两个阶段:1.快速升温阶段;2.温度平衡阶段。这是因为水的相对介电常数和损耗因子较高,具有较好的吸波性,使物料最初阶段快速升温;随着温度升高,水的相对介电损耗因子降低,而且物料的传导系数也会下降,导致物料在微波加热的后期升温缓慢。(3)通过对比不同含水量的脱硫石膏混合物料(配加10%磁铁矿和8%无烟煤)的微波升温特性发现,在微波加热50min后不同含水量的脱硫石膏混合物料的升温速率差异明显,含水量越高,加热后期的升温速率越快,最终温度也越高。高升温速率下,水蒸气会出现延迟扩散效应,且水蒸气存在条件下,物料的微波加热速率会得到增强。物料中含的水可能影响混合料中无烟煤的微波选择性加热和热点的产生,物料中的含水量越少,无烟煤越早燃烧。当脱硫石膏的含水量为20wt%时,发现无烟煤和热点不同时的升温会导致升温速率突然变化的可能性降低,防止了热失控的产生,从而产生更好的升温效果。(4)对脱硫石膏进行热重差热分析可知,脱硫石膏的脱水转变温度在100~190℃之间,脱水过程失重20.03%,为吸热过程,共有两个明显的吸热峰;差热曲线上的峰谷变化反映了试样的各个反应阶段:二水石膏(caso4·2h2o)→半水石膏(caso4·1/2h2o)→无水石膏(caso4)。(5)对比微波加热下脱硫石膏湿料和风干料的含水量发现,脱水过程可分为三个阶段:加热前期,两种脱硫石膏物料的含水量下降速度都很快,脱硫石膏湿料含水量下降的比风干料的更迅速,这论证了微波脱水脱硫石膏湿料效果更好;加热中期,两种物料的含水量均缓慢降低;加热末期,两种物料的含水量趋于不变。说明自由水含量不同的脱硫石膏料均可应用于微波加热脱水制取半水石膏。(6)脱水率与微波功率成正相关关系。在微波加热的起初阶段,脱水率增长缓慢,随着微波加热时间的延长,脱水率快速增加。然而当微波功率高于1.2kW时,最终脱水率增长缓慢。因此,脱硫石膏脱水的最佳微波加热功率为1.2kW。(7)通过对比常规加热和微波加热下脱硫石膏表面和内部的含水量发现,常规加热后的物料外部的含水量明显比内部的含水量低,而微波加热后的物料内部的含水量明显低于外部的含水量。在微波加热下,物料产生逆温度梯度,内部水蒸汽向外扩散,水蒸气的蒸汽压方向与逆的温度梯度相同,水蒸气的扩散过程被强化,使脱水速度加快,同时避免了常规加热条件下冷中心的产生。