微波技術(shù)在冶金工程中的運用與實踐探索

劉澈 華建社

摘要：近年來，經(jīng)濟的發(fā)展擴大了社會各界對金屬資源的需求，諸如發(fā)展航天事業(yè)需要使用金屬制造精密儀器，發(fā)展汽車制造業(yè)需要使用金屬制造包括發(fā)動機、外殼在內(nèi)的各種零部件等，這些行業(yè)的發(fā)展需求都迫切要求冶金行業(yè)提高冶金效率。而微波技術(shù)作為一種新的技術(shù)，雖然在冶金行業(yè)中得到了大規(guī)模的使用，但是仍然處于探索階段，該技術(shù)在冶金工程中的更多使用前景有待被開發(fā)。本文主要立足于冶金工程，對微波技術(shù)在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用與實踐進行簡要探討。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；冶金工程；運用與實踐

當下，微波技術(shù)已經(jīng)深入到了大眾生活的方方面面，如加熱或烹調(diào)食物、網(wǎng)絡(luò)通信、穩(wěn)定照明等等。微波技術(shù)之所以能夠得到大規(guī)模的使用，是因為該技術(shù)具有無污染的特點。除此之外，對于冶金行業(yè)來講，微波技術(shù)的使用能夠降低能耗、減少資源的浪費。因此，為了使冶金行業(yè)能夠滿足社會各界對于金屬產(chǎn)量的需求，對微波技術(shù)在冶金工程中的運用與實踐進行探索就顯得意義非凡。

一、簡要介紹微波技術(shù)

二十世紀初期，微波技術(shù)就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，并逐漸深入到各個領(lǐng)域中，對這些領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了深遠影響。微波其實是一種電磁，波長跨度極其微小，有人把微波比作成無線電波或紅外輻射，但是實際上介于無線電波與紅外輻射之間的才是微波。從來源上講，上述三者之間存在著明顯的差異，應(yīng)用上也有所不同。微波主要是應(yīng)用于加熱方面。在使用微波進行加熱時，能夠產(chǎn)生磁場，改變物質(zhì)分子的運動狀態(tài)，其中的一些極性分子會在磁場的作用下產(chǎn)生自身旋轉(zhuǎn)，一旦這些極性分子的旋轉(zhuǎn)過程被阻礙，就會產(chǎn)生能量之間的轉(zhuǎn)化，這些能量最終會轉(zhuǎn)化成熱能，進而使物體的溫度升高?！?】從本質(zhì)上來講，傳統(tǒng)的加熱方式是使用可燃物等從外界直接對物體進行加熱，而微波技術(shù)則是直接改變物質(zhì)分子的運動狀態(tài)，從內(nèi)部對物體進行加熱。后者的加熱效率更高，在冶金行業(yè)也更受青睞。但是微波技術(shù)在物體加熱方面也不是萬能的，凡是不吸收微波的物質(zhì)等不能利用這種方式來實現(xiàn)使這些物質(zhì)升溫的目的。但是微波的這種缺點，也成為了其在冶金行業(yè)中可進行選擇性加熱的優(yōu)勢。在冶金工程中使用微波技術(shù)進行加熱，可以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，這種新型的加熱方式可以實現(xiàn)被加熱物體整體穩(wěn)定升溫。物質(zhì)與物質(zhì)之間進行化學反應(yīng)也是冶金行業(yè)經(jīng)常會出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。微波技術(shù)可以加速分子的運動，分子與分子之間的碰撞頻率變高就促進了反應(yīng)的快速進行【2】。微波技術(shù)的這種特點，可以使一些需要高溫甚至超高溫加熱才能進行的化學反應(yīng)在常溫狀態(tài)下就能進行。在大力提倡環(huán)保的時代，微波技術(shù)在各行各業(yè)中的使用都不會產(chǎn)生某些對大氣有危害的氣體，因此，該技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景。

二、微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用與實踐

2.1微波技術(shù)在冶金工程萃取中的使用

在冶金行業(yè)中，從混合物中提取某種物質(zhì)經(jīng)常發(fā)生。此時微波技術(shù)的作用就能夠顯現(xiàn)出來。微波與光類似，都具有較強的穿透性。因此微波能夠在加快萃取的過程中，穿透反應(yīng)原料并實現(xiàn)原料的升溫，加快萃取進程。眾所周知，萃取的溶劑分為兩種，實驗證明，微波更容易被極性溶劑吸收，其活性明顯被提高，這就縮短了萃取時間，并且該種有待萃取的物質(zhì)的獲得率更高。

2.2微波技術(shù)在冶金工程浸出中的使用

濕法冶金是處理低品位礦和難處理礦的常用方法，但是這種方法花費的時間較長，效果也不太理想。眾所周知，增加物體的表面積是大眾在日常生活中制作腌菜的常用方法，這種方法在冶金領(lǐng)域中也同樣適用。礦石在使用微波技術(shù)照射之后，這些礦石就會出現(xiàn)微小的縫隙，這種方法尤其適用于黃鐵礦的處理【3】。這是因為黃鐵礦中的物質(zhì)在使用微波技術(shù)的處理過程中，不同的物質(zhì)升溫的快慢會有所差異，當這些差異較大時，在氣體的作用下這些礦石的表面就會產(chǎn)生裂縫。實踐證明，氰化物在使用傳統(tǒng)方法浸出時，需要花費長達三十個小時的時間，且在此過程中需要進行將近六百攝氏度的高溫處理。而使用微波技術(shù)浸出氰化物時，短短的四分鐘就能達到和傳統(tǒng)方法同樣的浸出效果。這是因為微波技術(shù)在各大礦藏中浸出氰化物的過程中能夠起到催化作用，達到縮短時間、提高產(chǎn)量的目的。

2.3微波技術(shù)在冶金工程干燥中的使用

在冶金行業(yè)中，采用適當?shù)姆绞綄Ψ磻?yīng)物與生成物進行干燥在提取物質(zhì)方面具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的干燥方式在干燥物質(zhì)時，往往需要花費較長的時間，且干燥效果不太理想，經(jīng)常出現(xiàn)外干內(nèi)濕的情況。某些物質(zhì)會在加熱的過程中，導(dǎo)致產(chǎn)量與質(zhì)量的降低。而微波技術(shù)在金屬干燥的過程中會有效規(guī)避這些缺點。研究人員在使用微波與普通的干燥方式處理同等質(zhì)量的硼酸樣品。前者能夠使樣品在短時間內(nèi)快速均勻升溫，使其中蘊含的水分脫離。后者干燥時間相對較長，且不同位置的樣品的溫度高低不等。使用前者干燥得到的硼酸晶體純度較高，這是后者所達不到的。

2.4微波技術(shù)在冶金工程脫硫中的使用

含有硫的物質(zhì)在燃燒后會產(chǎn)生一氧化硫、二氧化硫等有毒氣體，這些氣體會對大氣造成一定的破壞，酸雨的形成就會因為含硫氣體的存在。因此對物質(zhì)進行脫硫處理勢在必行。眾所周知，煤炭中含硫量較高，當下各個企業(yè)都在采用各種方法對煤炭進行脫硫處理，但是花費的成本較高，效果也不太理想。在堿性環(huán)境中，煤炭中的有機硫能夠轉(zhuǎn)化成為鹽類物質(zhì)；而要想除去無機硫，則需要經(jīng)過包括氧化在內(nèi)的多個步驟才能實現(xiàn)。研究人員在同等狀況下分別使用傳統(tǒng)的脫硫方法和微波技術(shù)對同等質(zhì)量的煤炭進行處理發(fā)現(xiàn)，后者在一分鐘的時間內(nèi)就能將百分之五十五的硫轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)，這是傳統(tǒng)方法在相同時間內(nèi)所達不到的。最終利用微波的電磁原理對硫進行分離。

2.5微波技術(shù)在冶金工程碳熱還原中的使用

在冶金工程中，一些有色金屬往往需要通過氧化還原才能夠從原材料中提取出來。在這類反應(yīng)中，碳是最常用的且使用范圍最廣還原劑。在冶金工程中，金屬單質(zhì)往往從其氧化物中還原而來。大部分金屬氧化物對微波磁場的反應(yīng)十分敏感，碳也是如此。在碳熱還原中使用微波技術(shù)能夠增加分子的運動速度，加快反應(yīng)的進行。碳作為輔助物質(zhì)，能夠在微波的作用下實現(xiàn)內(nèi)外溫度同步變化，使還原劑碳能夠最大限度地發(fā)揮作用。與此同時，微波技術(shù)對于所有參與反應(yīng)的原材料都具有升溫的作用，使這類反應(yīng)避免了冷中心問題的出現(xiàn)。實踐證明，微波技術(shù)能夠在十分鐘內(nèi)完成以碳和石灰粉作為還原劑的化學反應(yīng)，而在相同的時間內(nèi)，沒有施以微波技術(shù)的化學反應(yīng)在進行了一個小時時，才被還原百分之六十。從中可以看到，在冶金工程中使用微波技術(shù)的優(yōu)勢【2】。

結(jié)束語

通過閱讀以上行文，我們可以了解到微波技術(shù)因微波具有環(huán)保的特點而在各行各業(yè)中得到大力推廣，因此，微波技術(shù)在冶金工程中應(yīng)用廣泛。但是微波技術(shù)的能力轉(zhuǎn)化效率不高，如何利用現(xiàn)有技術(shù)提高微波能量的轉(zhuǎn)化率，是當下微波技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模廣泛使用的難點，也是未來科研事業(yè)需要攻克的重點。

參考文獻

[1]馬彥鋒，陳向陽，陳永明.微波輔助浸釩工藝試驗研究[J].西安建筑科技大學學報：自然科學版，2015（3）.

[2]劉能生，彭金輝，張利波等.微波技術(shù)在稀貴金屬冶金中的研究應(yīng)用進展[J].化工設(shè)計通訊，2016（10）.

[3]柏義壯.試析微波技術(shù)在冶金工程中的運用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015（10）.

作者簡介：劉澈（1988.04.10）男，漢族，遼寧本溪人，本科學歷，現(xiàn)就讀于西安建筑科技大學冶金工程學院。

（作者單位：西安建筑科技大學冶金工程學院）