微波技術(shù)在冶金工程中的運(yùn)用

劉春森

【摘 ?要】隨著社會的不斷發(fā)展與進(jìn)步，各行業(yè)對金屬資源量的需求越來越大。傳統(tǒng)的冶金方法，已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。微波技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了上述問題，不僅提高了冶金的效率，同時(shí)也為金屬質(zhì)量的提升奠定了基礎(chǔ)。將該技術(shù)拓展應(yīng)用到冶金行業(yè)中，對行業(yè)整體成本的降低，及經(jīng)濟(jì)效益的提高，具有重要價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】微波技術(shù);冶金工程;運(yùn)用

微波是介于無線電波、紅外輻射之間的電磁波，其波長為1mm～1m、頻率為300MHz～300GHz，常用的微波加熱頻率為915MHz和2450MHz。相比于紅外輻射的物質(zhì)加熱操作，微波加熱技術(shù)受磁場環(huán)境影響較大，微波加熱過程是將微波能轉(zhuǎn)換為物質(zhì)內(nèi)能的過程。在外加電磁場的作用下，加熱的物質(zhì)分子會由雜亂無章狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榕帕杏行虻南噜徟挪?，同時(shí)極化分子會隨著微波場域內(nèi)磁向的變化，而產(chǎn)生運(yùn)動速率調(diào)整和旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這一旋轉(zhuǎn)狀態(tài)在受到其他原子的彈性散射，會將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到為某一物質(zhì)加熱的目標(biāo)。也就是說，受熱目標(biāo)本身即為發(fā)熱體，物質(zhì)原子、分子在發(fā)熱體內(nèi)部進(jìn)行熱量交換，來為一系列化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造有利環(huán)境。例如：硫鐵化合物、硫化銅、氧化鎳和氧化錳等物質(zhì)，就能夠大量吸收微波能，且在微波輻射下可以升溫至300～1000度，這就有利于物質(zhì)內(nèi)部的金屬提取、化學(xué)反應(yīng)。

1冶金中使用微波加熱的原理

微波技術(shù)加入冶金行業(yè)中的主要原因就是利用微波自身的熱量，對物質(zhì)進(jìn)行加熱，最終體現(xiàn)其良好的性能。微波指的就是一種電磁波，在磁場中，很多的物質(zhì)會出現(xiàn)極化的現(xiàn)象，同時(shí)微波場的方向正在以每秒幾億次的情況在發(fā)生著變化，因此極性分子總是在用相同的的速度和頻率在調(diào)整其取向，這樣也能夠引起極性分子的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)這種旋轉(zhuǎn)的行為受到微波中的院子彈性散射，以及熱振動的阻礙的時(shí)候，就會引發(fā)能量的耗散，同時(shí)電磁也在逐漸轉(zhuǎn)化成熱能，最終引發(fā)物質(zhì)溫度的升高。

2微波加熱在冶金技術(shù)中的優(yōu)點(diǎn)

微波加入熱在冶金技術(shù)中的優(yōu)點(diǎn)就是微波加熱能夠?qū)崿F(xiàn)最終選擇性的加熱，因此速度還比較快，因此還需要大量的吸收微波，但是有些位置不能夠大量的吸收微波，不能僅僅留在被照射下的高溫區(qū)域。同時(shí)微波加熱的熱量一般情況下比較均勻，還具有加熱效率非常高的特點(diǎn)。微波能夠被加熱的物質(zhì)由內(nèi)而外的一同加熱，這一點(diǎn)也避免了傳統(tǒng)加熱過程中，出現(xiàn)冷中心的現(xiàn)象，因此微波的熱損耗比較小，熱能的利用率相對就非常高。還有一點(diǎn)就是微波比較干凈環(huán)保，因?yàn)槲⒉ū旧頉]有有害的氣體，所以還需要具有原有的氧化反應(yīng)產(chǎn)生氣體，這樣對于環(huán)保也非常有效。

3微波技術(shù)在冶金中的運(yùn)用

3.1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。

3.2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，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。納庫馬爾等人在對低質(zhì)量且難浸的金礦進(jìn)行了微波預(yù)處理，在對試驗(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。

3.3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，使用微波技術(shù)速度更快，更加有效的對物品起到更好的保護(hù)。庫薩卡等學(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)對象。實(shí)驗(yàn)后對實(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)加熱對象。

3.4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。

4結(jié)束語

微波技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了冶金行業(yè)中，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，在提高冶金效率、提高單位時(shí)間冶金量方面，體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。但需注意的是，影響微波技術(shù)的干燥、浸出及萃取效果的因素較多。時(shí)間的長短、礦產(chǎn)資源的總量以及微波的功率等，均屬于重要的因素。未來，冶金行業(yè)應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)，尋找各變量的最優(yōu)解，以最大程度的提高冶金行業(yè)對微波技術(shù)的應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉彬，沈仙雨，陳浩.微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016（42）.

[2]李曉曉.微波技術(shù)在冶金工程中的運(yùn)用與實(shí)踐探索[J].化工管理，2016，14（21）.