微波技術在冶金工程中的應用與實踐

楊學強

【摘 要】由于國家對制造業的重視，使得國內的工業技術得到了長足的發展，市場上對于金屬資源的需求也呈現大幅增長的趨勢。冶金行業逐漸走出冷門，在經濟總量中的占比逐年增加，當然，由于市場的要求，冶金行業生產技術也變得越來越先進。與此同時，人們日常生活的方方面面都可以看見微波技術的身影，首先，不可否認，微波相比于傳統能源，顯得更加潔凈，在冶金行業運用微波技術能夠明顯提高金屬的浸出、萃取效率，同時也省去了較多能耗，有力的推動了冶金技術的進步。文章重點介紹了微波技術的工作原理，而且對微波技術在冶金行業中的運用進行了分析，最后展望了微波技術在冶金工程中的發展前景。

【關鍵詞】微波技術；冶金工程；技術發展；浸出；萃取

近年來科學技術迅猛發展，冶金行業在此大背景下也進步了很多，從事冶金工作的公司均在思考，如何以技術的優勢降低成本、提高效率。微波技術自誕生之初，便受到了極大地關注。發展至今，微波技術基本已經滲透到了冶金行業的方方面面，特別是對于萃取、浸出等工序，成效斐然。

一、微波技術的工作原理

微波嚴格意義上屬于電磁波段，其波長跨度一般在一毫米到一米之間。在理論上，微波接近于無線電波和紅外輻射，然而不管是在生產形式，還是傳播途徑與應用上，微波都與前兩者不同。和一般的加熱方式不同，微波加熱有著其獨特之處。眾所周知，傳統加熱是借助傳導的形式實現的，它是一種高溫向低溫的熱傳遞，外部熱源由表面逐步向內部過渡。微波加熱的處理區域是目標材料的內部空間，通過材料內部分子間的碰撞來實現加熱目標，這使得微波加熱有著獨特的優勢。由微波加熱的原理決定，受熱目標自身就成了產生熱量的發熱體，這樣一來的好處就是，受熱目標能夠受熱均勻，這就巧妙的避開了傳統加熱模式中的諸多固有問題，微波加熱可以做到，無視單位體積形狀，而均使目標物體均勻受熱。微波加熱使得目標直接變成發熱體，這顯然就省去了熱傳導的過程，與此同時，還有著節能環保、受熱更快的優點。在微觀方面，由于微波的作用，材料內的原子和分子將處于極度活躍的狀態，這將更加有利于化學反應的進行，由此消耗的能源將會更低。在低溫環境下，由于微波的作用可以實現殺菌保鮮的功能，因為微波加熱用時更短，食物中的維生素等營養物質將會得到最大的保留。當然，在環保方面，微波自身根本不會產生有害物質，這對于環境而言是十分有益的。

二、微波技術在冶金中的應用

在冶金行業中，微波技術的身影無處不在，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。

（一）微波作為萃取輔助

微波技術無論在工業還是在生活中都應用的十分廣泛，其能夠直接透過萃取介質，實現對目標物質的加熱處理。故而，在進行萃取時，其能以加熱傳質的方式減少萃取時間，進而提升萃取效率。

（二）浸出應用微波技術

由于資源的總量畢竟是有限的，過度開采之后就會造成一種資源緊缺的狀況，這時部分供貨商就會濫竽充數，將一些不符合標準的冶金原料提供到市場上，這樣一來就會加大對低質量原料進行處理的困難程度，如果利用傳統的濕法冶金工藝進行處理，固然能夠達到一定的效果，然而浸出率實在過于低下，期間處理時間也過長，這都將嚴重降低工作效率。在微波技術興起之后，研究人員就計劃利用該技術進行相關嘗試，實驗效果十分良好。在研究中，納庫馬爾等人在實驗之前，對低質量且難浸潤的金礦采取了微波預處理，結果出來之后，對其分析可以發現，礦物中的含碳量降低了百分之七十，其中的致密硫化物發生氧化作用，變成了相對稀疏的氧化物。將被微波處理的礦物質置于氰化物中浸出，金的回收率超過了百分之九十五，顯然，可以發現微波處理過的礦物質浸出效果十分顯著。

（三）微波應用于干燥處理

微波技術運用最多的就是進行干燥處理，由于水的特殊結構使得其在微波作用下，能夠出現劇烈的反應，中水含有能夠吸收微波的物質。我們知道，傳統的干燥手段是通過輻射實現的，相比之下，微波干燥有著更加明顯的優勢，微波干燥用時更短，對物品保護作用更加明顯等等。

在進行硼酸干燥的研究時，庫薩卡等學者優先采用了微波技術，據介紹，其使用的微波功率在一百到七百瓦之間。在實驗過程中，目標物體在微波作用下能很快達到一百攝氏度，再過段時間，物體溫度會急劇降低，其原因在于，其中的水分在短時間內脫離出了物體。實驗完成之后，觀察物體發現，在物理形態上與實驗前完全一致，并且硼酸內的結晶水即使在微波作用下也沒有分解。

（四）微波碳熱還原

了解冶金行業的人都知道，碳在冶金中有著不可替代的作用，它是冶金中的還原劑，對微波有著良好的吸收作用，在微波的作用下，碳的溫度能在短時間內達到很高，高溫狀態下的碳有著極強的還原力。微波碳熱還原技術的原理就是，通過碳吸收微波的功能來對氧化物進行還原，它的產物就是之后進行冶金所需要的原料。在進行鐵礦石微波碳熱還原的實驗時，斯坦迪斯等學者發現，利用微波加熱能解決傳統加熱中的一些固有問題，最典型的就是“冷中心”技術難題。微波加熱得到了高溫碳，高溫碳實現了高的還原率。

（五）微波燒結

微波燒結通俗的來講就是，通過使用微波技術來對目標物質進行加熱，一直到能夠實現燒結的溫度，以此來促成材料的致密化。微波燒結時的溫升很快，然而，材料內部卻一直保持著均勻的溫度，微觀上來看，由于材料晶粒受到了抑制，使得材料質量得到了提升。

羅春峰等學者一直從事著微波燒結的技術研究，他們將粉末冶金鐵基材料的燒結工藝與性能作為實驗對象，參照常用的真空燒結工藝，進行對比研究。實驗表明，在微波燒結工藝中，材料在1280℃的溫度下，做十分鐘的保溫處理，能讓材料達到近百分之九十六的致密度，這對于提升材料的性能來說是至關重要的。

三、微波技術在冶金工程中未來的發展

現如今，微波技術已被廣泛的使用在了冶金工程中，它的優點在于能夠提升金屬的回收率、節約能源降低成本、縮短工作用時等，故而，微波技術在冶金行業中將會得到越來越多的應用，其技術也將發展的愈加成熟。由于生產實際的需求，微波協調其他外場技術在行業中的運用急需得到發展。但現實情況下這種外場技術的協調工作技術沒有成熟的經驗借鑒，依舊需要不斷的優化。外場技術的聯用是冶金工程的一個重點發展方向，故而，該領域的從業者應該理論與實踐并行，刻苦攻關艱苦奮斗，推動冶金行業的向前發展。

四、結語

微波技術在冶金工程的運用，實現了冶金技術的飛躍性發展。在我們為取得的成就欣慰時，也必須意識到，要想滿足市場的需求和技術的需要，必須要加強微波技術與其他外場技術的結合，提升技術聯合能力，共同為冶金工程發展做出貢獻。

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