微波技術在冶金工程中的運用與實踐探索

劉澈 華建社

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

關鍵詞：微波技術；冶金工程；運用與實踐

當下，微波技術已經深入到了大眾生活的方方面面，如加熱或烹調食物、網絡通信、穩定照明等等。微波技術之所以能夠得到大規模的使用，是因為該技術具有無污染的特點。除此之外，對于冶金行業來講，微波技術的使用能夠降低能耗、減少資源的浪費。因此，為了使冶金行業能夠滿足社會各界對于金屬產量的需求，對微波技術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

二十世紀初期，微波技術就已經被發現，并逐漸深入到各個領域中，對這些領域的發展產生了深遠影響。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，應用上也有所不同。微波主要是應用于加熱方面。在使用微波進行加熱時，能夠產生磁場，改變物質分子的運動狀態，其中的一些極性分子會在磁場的作用下產生自身旋轉，一旦這些極性分子的旋轉過程被阻礙，就會產生能量之間的轉化，這些能量最終會轉化成熱能，進而使物體的溫度升高。【1】從本質上來講，傳統的加熱方式是使用可燃物等從外界直接對物體進行加熱，而微波技術則是直接改變物質分子的運動狀態，從內部對物體進行加熱。后者的加熱效率更高，在冶金行業也更受青睞。但是微波技術在物體加熱方面也不是萬能的，凡是不吸收微波的物質等不能利用這種方式來實現使這些物質升溫的目的。但是微波的這種缺點，也成為了其在冶金行業中可進行選擇性加熱的優勢。在冶金工程中使用微波技術進行加熱，可以實現節能降耗的目的，這種新型的加熱方式可以實現被加熱物體整體穩定升溫。物質與物質之間進行化學反應也是冶金行業經常會出現的一種現象。微波技術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的快速進行【2】。微波技術的這種特點，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在常溫狀態下就能進行。在大力提倡環保的時代，微波技術在各行各業中的使用都不會產生某些對大氣有危害的氣體，因此，該技術擁有廣闊的發展前景。

二、微波技術在冶金工程中的應用與實踐

2.1微波技術在冶金工程萃取中的使用

在冶金行業中，從混合物中提取某種物質經常發生。此時微波技術的作用就能夠顯現出來。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，穿透反應原料并實現原料的升溫，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的獲得率更高。

2.2微波技術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，這種方法在冶金領域中也同樣適用。礦石在使用微波技術照射之后，這些礦石就會出現微小的縫隙，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在使用微波技術的處理過程中，不同的物質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生裂縫。實踐證明，氰化物在使用傳統方法浸出時，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。而使用微波技術浸出氰化物時，短短的四分鐘就能達到和傳統方法同樣的浸出效果。這是因為微波技術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、提高產量的目的。

2.3微波技術在冶金工程干燥中的使用

在冶金行業中，采用適當的方式對反應物與生成物進行干燥在提取物質方面具有十分重要的意義。傳統的干燥方式在干燥物質時，往往需要花費較長的時間，且干燥效果不太理想，經常出現外干內濕的情況。某些物質會在加熱的過程中，導致產量與質量的降低。而微波技術在金屬干燥的過程中會有效規避這些缺點。研究人員在使用微波與普通的干燥方式處理同等質量的硼酸樣品。前者能夠使樣品在短時間內快速均勻升溫，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微波技術在冶金工程脫硫中的使用

含有硫的物質在燃燒后會產生一氧化硫、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。在堿性環境中，煤炭中的有機硫能夠轉化成為鹽類物質；而要想除去無機硫，則需要經過包括氧化在內的多個步驟才能實現。研究人員在同等狀況下分別使用傳統的脫硫方法和微波技術對同等質量的煤炭進行處理發現，后者在一分鐘的時間內就能將百分之五十五的硫轉化成其他物質，這是傳統方法在相同時間內所達不到的。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十分敏感，碳也是如此。在碳熱還原中使用微波技術能夠增加分子的運動速度，加快反應的進行。碳作為輔助物質，能夠在微波的作用下實現內外溫度同步變化，使還原劑碳能夠最大限度地發揮作用。與此同時，微波技術對于所有參與反應的原材料都具有升溫的作用，使這類反應避免了冷中心問題的出現。實踐證明，微波技術能夠在十分鐘內完成以碳和石灰粉作為還原劑的化學反應，而在相同的時間內，沒有施以微波技術的化學反應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的優勢【2】。

結束語

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保的特點而在各行各業中得到大力推廣，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，如何利用現有技術提高微波能量的轉化率，是當下微波技術實現大規模廣泛使用的難點，也是未來科研事業需要攻克的重點。

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.微波技術在稀貴金屬冶金中的研究應用進展[J].化工設計通訊，2016（10）.

[3]柏義壯.試析微波技術在冶金工程中的運用[J].科技創新導報，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）