微波技術在冶金工程中的運用初探

摘要：微波技術在冶金工程中得到良好的發(fā)展，對冶金技術有著巨大的幫助。但是相關研究者和從業(yè)人員也應該認識到，為了適應為了發(fā)展需要，必須要加強微波技術與其他外場技術的結合，提升技術聯(lián)合能力，共同為冶金工程發(fā)展做出貢獻。

關鍵詞：微波技術;冶金工程;運用分析

微波技術，作為一門上世紀初發(fā)展起來的新技術，在眾多行業(yè)領域中都得到了認可。在冶金工程中，更是少不了微波技術的應用，由于微波技術具有選擇性加熱、均勻加熱、內部加熱、快速加熱等特性，對于礦物浸出、微波煅燒、微波燒結、微波干燥等有非常顯著的作用，因而受到冶金工程的重視。

一、微波技術的工作原理

微波是一個十分特殊的電磁波段，微波波長在1mm至1m之間，微波相應頻率在300GHz至300MHz之間，其中民用的微波頻率只有915MHz和2450MHz兩個頻率，微波雖然存在于無線電波和紅外輻射之間，但是在產生方式、傳播途徑以及應用上都與二者有所不同。微波加熱的工作原理如下，在磁場環(huán)境中，一些物質的分子會發(fā)生極化，分子將會隨著微波場方向發(fā)生改變，在運動過程中極性分子會試圖對自身速率進行調整，進而引起極性分子旋轉。原子彈性散射會阻礙極性分子旋轉，并導致能量耗散，將電磁能直接轉化為熱能，實現(xiàn)對物質加熱升溫的目的。

微波加熱有其明顯的特點，與傳統(tǒng)加熱方式有很大不同。傳統(tǒng)加熱方式是傳導式的加熱，是一種通過外部熱源由表面到內部的加熱方式。微波加熱是從對象材料內部進行，通過對象內部耗散來對目標進行加熱，微波加熱方式與傳統(tǒng)方式相比也有其明顯的優(yōu)勢。微波加熱的方法是使受熱目標本身成為發(fā)熱體，這樣能夠使受熱目標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。由于受熱目標直接成為發(fā)熱體，所有在微波加熱的過程中，不需要經歷熱傳導的過程，而且可以減少能耗提升受熱速度。在微波的作用下，物質的原子和分子會發(fā)生高速振動，從而為化學反應建立更為有利的環(huán)境，進而降低能耗。微波加熱可以在較低溫度下完成殺菌保鮮的任務，微波加熱快，對食物內維生素等物質活性能夠做到最大程度的保留，而且微波本身不會產生廢渣、廢氣等有害物質，更利于環(huán)境保護。

二、微波技術在冶金中的應用

微波技術在當今的冶金中應用廣泛，主要包含微波輔助萃取、微波強化浸出、微波干燥、微波碳熱還原和微波燒結等應用。

2.1 微波萃取

萃取為微波技術在冶金工程中應用方式的一種。微波場中，離子可以定向的方式流動，產生離子電流，進而釋放熱量。在此過程中，分子極性的大小，是決定熱能釋放量的主要因素，兩者呈正相關。強化該過程，是增強熱量，縮短萃取時間，提高萃取效率的主要手段。傳統(tǒng)的冶金萃取過程中，能量向萃取劑傳遞的過程，具有無規(guī)則性，相對散亂，因此萃取效果較差。將微波技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術應用到萃取過程中，能夠通過里外同時加熱的途徑，實現(xiàn)選擇性的加熱。將熱量集中至某一區(qū)域，增強熱量，以達到萃取的目的。萃取劑、萃取溫度及時間，是影響微波萃取應用效果的主要指標：（1）萃取劑：部分溶液無極性，采用微波無法實現(xiàn)內部加熱。因此所選擇的萃取劑，必須具有極性。部分溶劑萃取殘留過多，容易對后續(xù)的分析產生干擾。對該問題加以控制通常較為關鍵。（2）萃取溫度與時間：將萃取的溫度控制在萃取劑的沸點以下，將萃取時間控制在10--15min之內，能夠有效提高萃取率。冶金行業(yè)應根據該特點，采用微波技術完成萃取的過程。

2.2微波技術在冶金工程中的浸出

由于冶金原料的質量有高有低，所以相應的冶金原料處理方式會存在差異。對于低質量的冶金原料，通常采用濕法冶金工藝手段進行處理。雖然可達到處理的目的，但是這種方式處理的浸出率不盡如人意。加之處理所用的時間過長，因此難以保證工作效率。將微波技術應用于處理低質量的冶金原料中，礦石中的總碳量降低的值能夠達到預期目標，且礦物中的致密硫化物被氧化可成為氧化物（結構更為稀松）。金礦（接受微波處理后）在氰化物中浸出，金回收率非常高，至少可達到9 5%。由此可見，微波技術應用于此，效果顯著。

2.3 微波干燥

微波技術最基本的應用作用就是干燥，因為在微波的作用下，水能夠發(fā)生強烈的反應，將微波吸收。傳統(tǒng)的干燥方法就是應用輻射，干燥的速度比較慢。微波技術的應用使干燥的速率有了顯著地提升，還能夠保持被干燥物品的完整性。

比如，相關研究學者進行的硼酸干燥實驗，該實驗應用了微波技術進行干燥，將微波的功率設定在一定的范圍內，在進行實驗的時候，實驗物品會在微波的作用下溫度迅速上升，然后再迅速下降，這就表明水分成功脫離;在實驗結束之后，觀察實驗物品發(fā)現(xiàn)，從物理形態(tài)角度而言，實驗物品沒有出現(xiàn)變化，與此同時，硼酸中存在的結晶水也沒有在微波的作用下發(fā)生分解。由此可以看出，微波技術在冶金工程干燥中的應用，能夠有效提高干燥的效率，保護干燥物品，還具有較高的安全性。

2.4微波技術在冶金工程中的碳熱還原

由于碳在微波條件下可快速升溫，因此，碳在冶金中充當著冶金中的還原劑，是效吸收微波的重要物質。微波碳熱還原技術，主要的作用就是還原氧化物（利用碳吸收微波的能力），將其用于冶金的金屬和化合物中。一直以來，所應用的傳統(tǒng)加熱方法中一直存在“冷中心”技術問題，而微波加熱可避免這方面的問題。除此之外，將微波技術應用于含鐵廢渣的處理方面，若將磁鐵礦和碳加入其中，不僅會提升加熱速度，而且還能夠回收廢渣中的鐵礦。

結語

通過閱讀以上行文，我們可以了解到微波技術因微波具有環(huán)保的特點而在各行各業(yè)中得到大力推廣，因此，微波技術在冶金工程中應用廣泛。但是微波技術的能力轉化效率不高，如何利用現(xiàn)有技術提高微波能量的轉化率，是當下微波技術實現(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]劉彬，沈仙雨，陳浩.微波技術在冶金工程中的應用與實踐[J].化工設計通訊，2016，42（10）：29+34.

[2]李曉曉.微波技術在冶金工程中的運用與實踐探索[J].化工管理，2016，14（21）：78-79.

[3] 石鑫越.微波碳熱還原轉爐渣脫磷動力學研究[D].石家莊：河北聯(lián)合大學，2013.

[4]馬彥鋒，陳向陽，陳永明.微波輔助浸釩工藝實驗研究[J].西安建筑科技大學學報：自然科學版，2013（3）：452-456.

作者簡介：張凱旋（1997.9.28-），漢族，籍貫：山西省大同市靈丘縣史莊鄉(xiāng)韓坪村，冶金工程