微波技术在冶金工程中的应用探析

微波技术在冶金工程中的应用探析

李铁

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摘要：如今，当今，我国经济发展十分迅速，在科学技术飞速发展的大环境下，很多高新技术和设备被广泛应用到冶金工程中，微波技术就是其中之一。和传统冶金工程中应用的加热技术相比，微波技术具有非常显著的特点，其加热方式是通过传导进行加热的，利用外部热源将热量从物品表面传递到物品的内部，可保证物品受热的均匀性和一致性，可有效解决传统冶金加热中存在的“冷中心”问题，无论何种材质、种类、形状的冶金材料都能均匀加热，从而提升生产效率。基于此，开展微波技术在冶金工程中的运用探析就显得尤为必要。

关键词：微波技术；冶金工程；应用

引言

早在上世纪六十年代就曾有在微波炉中辐射木炭、金属氧化物以及硫化物提取金属的相关报道，部分化合物在微波作用下不到1min即可达到数百摄氏度高温。上世纪八十年代，Frahm与Kruesi的研究证明，微波加热可以促进氧化钴、氧化锰以及氧化镍浸出前的预还原，降低了浸出处理的难度。至1986年，Worner证明微波加热可应用于火法冶金，自此开启了微波技术在冶金工业中的应用。迄今为止，微波技术在冶金工业中经过数十年发展，已经广泛应用于萃取、浸出、干燥以及碳热还原等多个环节，实用价值极高。

1微波技术概述

微波技术就是由特殊的电磁波段——微波，产生作用的一种技术。微波的波长为1mm-1m，相应的频率在300GHz-300MHz。虽然微波在红外辐射与无线电波之间，但是微波的产生途径、传播方法和应用都与他们不同。微波技术进行加热的原理如下：磁场环境下，有些物质的分子能够出现极化，这种现象使得分子在微波长的方向上出现变化，在分子运动的过程中，会适当地调整自身的速度，从而出现旋转现象，而这种旋转会受到原子弹性散射的阻挡，最终使分子的能量消散，电磁能就因此转变为热能，达到加热的目的。微波加热具有十分显著地特点，和以往的加热方式存在着较大的差异。以往的加热方式是通过传导进行加热，通过外部热源将热量从物品表面传递到物品内部。与传导式加热方式相比，微波加热能够让物品在加热的时候均匀受热，有效解决了传导式加热方式的“冷中心”问题，而且无论什么形状的物品，都能均匀受热。

2微波技术在冶金工程中的应用要点

2.1在辅助磨矿中的应用

辅助磨矿是冶金工程的核心步骤，在传统冶金工程中，磨矿耗能非常大，占矿物加工总能耗的59%~70%之间，但能效缺乏非常低，只有约1%左右。矿石种类不同，其组分也不相同，比如石英石、方解石几乎无法被微波加热。在短时间内，选择性地加热矿石中的某些组分，可促使矿石中的不同组分间碰撞系数的不同，而在晶格间产生应力，致使颗粒边界发生断裂，解析出有用的矿物，提升矿石的可磨性。微波辐射可大幅度提升矿石中组分颗粒的断裂效果，甚至可能促使一些矿石的功指数快速下降到90%以上。在微波辅助磨矿中，矿石的粒径较大，分散度比较差时，有利于形成更大的应力，强化断裂并形成更大的加热速率。因此，在运用微波技术辅助磨矿中，需要适当提升矿石的粒径，降低分散度，以提升应用效果。

2.2微波浸出

微波技术可以应用到黄铜的冶炼过程中，将黄铜矿加入一定量的FeCl2中，采用微波辐射6min。待冷却后，将黄铜浸出，即能够得到一定量的黄铜。与传统的加热技术相比，采用微波技术浸出，黄铜的浸出率可提升至少19%。可见，将微波技术应用到冶金的浸出过程中，对金属金属率的提高，具有重要价值。锌主要来源于硅酸锌矿，传统的冶炼方法，以湿法冶炼为主。该方法的原理在于通过减少铁与硅的含量，使锌得以回收。同时，采用快速浸出的方法，完成金属的浸出过程。该方法具有回收率低的缺陷，目前已基本被淘汰。将微波技术应用到浸出过程中，能够使上述问题得以解决。实践研究发现，无微波加热的情况下，硅酸锌矿浸出的产物，主要为ZnSO4·nH2O。该浸出物中，n一般为6或7。采用微波技术加温，浸出15min后，浸出物ZnSO4·H2O的提取率达到了98．3%。通过对两种浸出方法的对比可以发现，采用微波技术浸出，效果更佳。

2.3碳热还原

由于碳在微波条件下可快速升温，因此，碳在冶金中充当着还原剂的角色，是有效吸收微波的重要物质。微波碳热还原技术，主要作用就是利用碳吸收微波的能力作为还原氧化物，将其用于冶金的金属和化合物中。根据N.Standish等人的试验显示，微波加热还原反应的速率要明显高于传统加热还原的方式。试验中将石灰粉、焦粉及赤铁矿粉按照一定比例混合，并置于坩埚中压实，然后分别采用微波加热与传统加热的方式进行试验。传统加热采用的是马弗炉，加热温度1273K，微波加热的频率为2.45GHz，功率1.3kW，采用热重法测定加热还原过程中物质的失重量。

2.4微波烧结在冶金工程中的应用

微波烧结主要是应用微波技术来加热冶金材料，将冶金材料的温度提高到烧结温度，以此来提高冶金材料的致密化程度。在使用冶金工程中应用微波烧结的时候，冶金材料升温的速度非常快，但是材料内部的温度能够持续维持均匀的状态，同时会限制材料的晶粒，从而提高冶金材料的质量。相关研究学者对微波烧结进行了实验探究，将微波烧结和以往的真空烧结进行了对比分析，分析的结果显示，微波烧结能够将冶金材料的相对密度提升到96%，从而加大了冶金材料的抗拉强度以及硬度。

2.5干燥处理的有效进行

在微波技术的处理阶段，因为微波技术本身存在许多特殊性质，在干燥处理过程中成为不可缺失的一项重要阶段。微波技术能够被水吸收，在干燥处理时常会触及到辐射等各个领域。根据微波技术自身情况开说，干燥水平不仅能够促进速率升高，在此期间也能够确保物品的完整性。在硼酸干燥的试验阶段，当微波技术的功率达到一定的范围时，实验对象在温度的变化中也会发生改变，虽说能够达到初始的目标，但是在下降中不能够实现水与实验对象的离析。在实验中硼酸的外表情况并未发生变化，就说明实验得到成功，同时意在表明在微波技术的干燥处理中，是非常成功的。

结语

在冶金工程中应用微波技术具有非常积极的作用，未来的发展空间也很大。在磨矿、冶金产品微量和痕量分析、冶金尘泥回收利用等环节，科学合理地应用微波技术，可大幅度缩短生产周期。优化改良材料的性能，是一种绿色、清洁的能源和技术，对促进我国冶金行业健康发展有非常重要的意义，值得大范围推广和应用。

参考文献

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