試析微波技術(shù)在冶金工程中的運(yùn)用

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)發(fā)展，和社會(huì)對(duì)于金屬資源的需要。冶金行業(yè)在經(jīng)濟(jì)中的地位得到不斷提升，社會(huì)對(duì)冶金行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的要求也在提高。另外，微波技術(shù)在工業(yè)和人們生活中得到了普及，微波是一種清潔干凈的能源，將微波技術(shù)應(yīng)用到冶金工程中可以提升金屬的浸出、萃取效率，并節(jié)約更多資源，必定能夠使冶金技術(shù)得到提升。該文將對(duì)微波技術(shù)的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述，并分析當(dāng)下微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用，最后將會(huì)對(duì)微波技術(shù)在冶金工程中未來的發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù) 冶金工程 技術(shù)發(fā)展 浸出 萃取

中圖分類號(hào)：TF1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（a）-0094-02

在科技的支持下，冶金行業(yè)得到發(fā)展，同時(shí)冶金企業(yè)也在不斷提升技術(shù)用以增加產(chǎn)量降低生產(chǎn)成本。微波技術(shù)出現(xiàn)后，得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今微波技術(shù)在冶金領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在萃取、浸出等工序中有著良好的效果。

1 微波技術(shù)的工作原理

微波是一個(gè)十分特殊的電磁波段，微波波長(zhǎng)在1mm至1m之間，微波相應(yīng)頻率在300GHz至300MHz之間，其中民用的微波頻率只有915MHz和2450MHz兩個(gè)頻率，微波雖然存在于無線電波和紅外輻射之間，但是在產(chǎn)生方式、傳播途徑以及應(yīng)用上都與二者有所不同。微波加熱的工作原理如下，在磁場(chǎng)環(huán)境中，一些物質(zhì)的分子會(huì)發(fā)生極化，分子將會(huì)隨著微波場(chǎng)方向發(fā)生改變，在運(yùn)動(dòng)過程中極性分子會(huì)試圖對(duì)自身速率進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而引起極性分子旋轉(zhuǎn)。原子彈性散射會(huì)阻礙極性分子旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致能量耗散，將電磁能直接轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)加熱升溫的目的[1]。

微波加熱有其明顯的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)加熱方式有很大不同。傳統(tǒng)加熱方式是傳導(dǎo)式的加熱，是一種通過外部熱源由表面到內(nèi)部的加熱方式。微波加熱是從對(duì)象材料內(nèi)部進(jìn)行，通過對(duì)象內(nèi)部耗散來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行加熱，微波加熱方式與傳統(tǒng)方式相比也有其明顯的優(yōu)勢(shì)。微波加熱的方法是使受熱目標(biāo)本身成為發(fā)熱體，這樣能夠使受熱目標(biāo)在加熱的過程中做到受熱均勻，避免了傳統(tǒng)加熱方式中存在的冷中心問題，無論受熱物體的形狀如何，都可以做到均勻受熱。由于受熱目標(biāo)直接成為發(fā)熱體，所有在微波加熱的過程中，不需要經(jīng)歷熱傳導(dǎo)的過程，而且可以減少能耗提升受熱速度。在微波的作用下，物質(zhì)的原子和分子會(huì)發(fā)生高速振動(dòng)，從而為化學(xué)反應(yīng)建立更為有利的環(huán)境，進(jìn)而降低能耗。微波加熱可以在較低溫度下完成殺菌保鮮的任務(wù)，微波加熱快，對(duì)食物內(nèi)維生素等物質(zhì)活性能夠做到最大程度的保留，而且微波本身不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢氣等有害物質(zhì)，更利于環(huán)境保護(hù)。

2 微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用

微波技術(shù)在當(dāng)今的冶金中應(yīng)用廣泛，主要包含微波輔助萃取、微波強(qiáng)化浸出、微波干燥、微波碳熱還原和微波燒結(jié)等應(yīng)用。

2.1 微波作為萃取輔助

微波技術(shù)在實(shí)際工作中應(yīng)用有很多，微波能夠穿過萃取介質(zhì)，對(duì)加熱物直接進(jìn)行加熱。因此在萃取的過程中，運(yùn)用微波技術(shù)可以對(duì)萃取工作中的傳質(zhì)加熱，繼而減少萃取工作的時(shí)間，可以有效的提高萃取效率[2]。微波技術(shù)在對(duì)萃取進(jìn)行輔助時(shí)，極性溶劑吸收微波的能力要更強(qiáng)，而且在微波條件下更容易提升溶劑活性，所以在萃取中，使用極性溶劑要優(yōu)于非極性溶劑，使用極性溶劑能夠和被萃取物產(chǎn)生更好的效果。在鉑（Ⅱ）和鈀（Ⅱ）絡(luò)陰離子的萃取及分配行為中，可以發(fā)現(xiàn)在微波輻射下，分配比和飽和吸附容量得到了增大，萃取率有效提升，使用微波技術(shù)輔助萃取能夠使萃取速率增大。

2.2 浸出應(yīng)用微波技術(shù)

隨著資源的不斷開采，一些低質(zhì)量的冶金原料也被當(dāng)作冶金原料使用，對(duì)于低質(zhì)量原料的處理工作難度越來越大，使用傳統(tǒng)的濕法冶金工藝手段能夠有效對(duì)這些低質(zhì)量礦石進(jìn)行處理，但是浸出率低，處理時(shí)間長(zhǎng)，影響工作效率[3]。一些學(xué)者嘗試將微波技術(shù)應(yīng)用于這一工作中，并取得了良好的進(jìn)展。納庫(kù)馬爾等人在對(duì)低質(zhì)量且難浸的金礦進(jìn)行了微波預(yù)處理，在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析后發(fā)現(xiàn)，礦石中的總碳量降低的值接近70%，而礦物中的致密硫化物被氧化成為了結(jié)構(gòu)更為稀松的氧化物。將接受微波處理后的金礦放入氰化物中浸出，金回收率在95%以上，可發(fā)現(xiàn)利用微波處理后的浸出效果明顯。另外，丁偉安在硫化銅精礦三氯化鐵浸出反應(yīng)的研究中，對(duì)微波的運(yùn)用也進(jìn)行了探討。在硫化銅精礦三氯化鐵浸出反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，在使用微波加熱后，浸出的速率有明顯的提高，而且物質(zhì)間出現(xiàn)反應(yīng)的時(shí)間也在縮短，表面微波技術(shù)應(yīng)用于浸出中的有效性。

2.3 微波應(yīng)用于干燥處理

干燥處理是微波技術(shù)的最基本應(yīng)用，水在微波的作用下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，水是有效吸收微波的物質(zhì)。與傳統(tǒng)通過輻射達(dá)到干燥的手段相比，微波干燥具有更多的優(yōu)勢(shì)，使用微波技術(shù)速度更快，更加有效的對(duì)物品起到更好的保護(hù)[4]。

庫(kù)薩卡等學(xué)者在硼酸干燥實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用了微波技術(shù)，微波功率設(shè)定在100～700W間。在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的溫度在微波加熱下迅速接近100℃，隨后溫度迅速下降，這說明水分已經(jīng)快速脫離了實(shí)驗(yàn)對(duì)象。實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)樣品在物理形態(tài)上并沒有發(fā)生變化，而且硼酸中的結(jié)晶水沒有在微波加熱下發(fā)生分解，微波干燥用時(shí)短應(yīng)用微波技術(shù)進(jìn)行干燥不但速度快，而且安全性高，能夠很好的保護(hù)加熱對(duì)象。

2.4 微波碳熱還原

碳在冶金中有著重要的作用，充當(dāng)著冶金中的還原劑，可以有效的吸收微波，在微波條件下，碳可以快速升溫，當(dāng)碳迅速升溫后其還原力得到增強(qiáng)。微波碳熱還原技術(shù)的目的就是利用碳吸收微波的能力來還原氧化物，還原后將得到用于冶金的金屬和化合物。

斯坦迪斯等人在對(duì)鐵礦石微波碳熱還原進(jìn)行研究的過程中發(fā)現(xiàn)，通過微波加熱的方法，能夠有效解決在傳統(tǒng)加熱方法中一直存在的“冷中心”技術(shù)瓶頸。在微波加熱的條件下，碳熱還原率迅速提升。加拿大學(xué)者也曾經(jīng)進(jìn)行過此類實(shí)驗(yàn)，通過微波技術(shù)來處理含鐵廢渣，在微波加熱廢渣的同時(shí)，加入磁鐵礦和碳，加熱速度得到提升的同時(shí)，還回收了廢渣中的鐵礦，實(shí)現(xiàn)了資源的再回收[5]。

2.5 微波燒結(jié)

微波燒結(jié)是利用微波技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行加熱，并提升至燒結(jié)溫度實(shí)現(xiàn)材料的致密化。在進(jìn)行微波燒結(jié)的過程中，升溫速度快，但是在材料內(nèi)部溫度始終保持均勻，材料晶粒會(huì)受到抑制，材料質(zhì)量會(huì)提升。

羅春峰等人對(duì)微波燒結(jié)進(jìn)行研究，以粉末冶金鐵基材料的燒結(jié)工藝與性能為研究主體，并和傳統(tǒng)的真空燒結(jié)工藝進(jìn)行對(duì)比。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后得出的結(jié)果表明，通過微波燒結(jié)，使粉末冶金鐵基材料在1280℃的溫度下保溫10min，能夠使材料達(dá)到95.8%的相對(duì)密度，進(jìn)而增強(qiáng)了材料的硬度和抗拉強(qiáng)度。

3 微波技術(shù)在冶金工程中未來的發(fā)展

微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)越來越多，使用微波技術(shù)能夠提升金屬的回收率、降低冶金技術(shù)的能耗、減少工作時(shí)間等，微波技術(shù)在冶金行業(yè)中有著廣闊的發(fā)展前景。微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用愈加成熟，但是隨著生產(chǎn)需要，微波協(xié)調(diào)其他外場(chǎng)技術(shù)在冶金中的應(yīng)用必須得到發(fā)展。如超聲波技術(shù)能夠通過空化反應(yīng)將懸浮在溶液上的團(tuán)聚顆粒進(jìn)行粉碎，使水溶液吸收微波性能提升。但是類似于這種外場(chǎng)技術(shù)的聯(lián)合工作技術(shù)尚不成熟，仍然需要進(jìn)行完善和增加。外場(chǎng)技術(shù)的聯(lián)用符合冶金行業(yè)發(fā)展需要，是冶金行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此，廣大冶金行業(yè)研究者和工作者，應(yīng)在實(shí)踐中刻苦攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)語

微波技術(shù)在冶金工程中得到良好的發(fā)展，對(duì)冶金技術(shù)有著巨大的幫助。但是相關(guān)研究者和從業(yè)人員也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，為了適應(yīng)為了發(fā)展需要，必須要加強(qiáng)微波技術(shù)與其他外場(chǎng)技術(shù)的結(jié)合，提升技術(shù)聯(lián)合能力，共同為冶金工程發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉書禎，白燕，程艷明，等.微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用[J].濕法冶金，2011（2）：91-94.

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[4]馬彥鋒，陳向陽，陳永明.微波輔助浸釩工藝實(shí)驗(yàn)研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013（3）：452-456.

[5]陳建.微波加熱預(yù)處理鉻鐵礦工藝研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2013.