微波技術在冶金工程中的運用

劉春森

【摘 ?要】隨著社會的不斷發展與進步，各行業對金屬資源量的需求越來越大。傳統的冶金方法，已經難以滿足人們日益增長的需求。微波技術的出現有效解決了上述問題，不僅提高了冶金的效率，同時也為金屬質量的提升奠定了基礎。將該技術拓展應用到冶金行業中，對行業整體成本的降低，及經濟效益的提高，具有重要價值。

【關鍵詞】微波技術;冶金工程;運用

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加熱操作，微波加熱技術受磁場環境影響較大，微波加熱過程是將微波能轉換為物質內能的過程。在外加電磁場的作用下，加熱的物質分子會由雜亂無章狀態，轉變為排列有序的相鄰排布，同時極化分子會隨著微波場域內磁向的變化，而產生運動速率調整和旋轉現象。這一旋轉狀態在受到其他原子的彈性散射，會將電磁能轉化為熱能，從而達到為某一物質加熱的目標。也就是說，受熱目標本身即為發熱體，物質原子、分子在發熱體內部進行熱量交換，來為一系列化學反應創造有利環境。例如：硫鐵化合物、硫化銅、氧化鎳和氧化錳等物質，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，這就有利于物質內部的金屬提取、化學反應。

1冶金中使用微波加熱的原理

微波技術加入冶金行業中的主要原因就是利用微波自身的熱量，對物質進行加熱，最終體現其良好的性能。微波指的就是一種電磁波，在磁場中，很多的物質會出現極化的現象，同時微波場的方向正在以每秒幾億次的情況在發生著變化，因此極性分子總是在用相同的的速度和頻率在調整其取向，這樣也能夠引起極性分子的旋轉。當這種旋轉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候，就會引發能量的耗散，同時電磁也在逐漸轉化成熱能，最終引發物質溫度的升高。

2微波加熱在冶金技術中的優點

微波加入熱在冶金技術中的優點就是微波加熱能夠實現最終選擇性的加熱，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域。同時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。微波能夠被加熱的物質由內而外的一同加熱，這一點也避免了傳統加熱過程中，出現冷中心的現象，因此微波的熱損耗比較小，熱能的利用率相對就非常高。還有一點就是微波比較干凈環保，因為微波本身沒有有害的氣體，所以還需要具有原有的氧化反應產生氣體，這樣對于環保也非常有效。

3微波技術在冶金中的運用

3.1微波作為萃取輔助

微波技術在實際工作中應用有很多，微波能夠穿過萃取介質，對加熱物直接進行加熱。因此在萃取的過程中，運用微波技術可以對萃取工作中的傳質加熱，繼而減少萃取工作的時間，可以有效的提高萃取效率[2]。微波技術在對萃取進行輔助時，極性溶劑吸收微波的能力要更強，而且在微波條件下更容易提升溶劑活性，所以在萃取中，使用極性溶劑要優于非極性溶劑，使用極性溶劑能夠和被萃取物產生更好的效果。在鉑（Ⅱ）和鈀（Ⅱ）絡陰離子的萃取及分配行為中，可以發現在微波輻射下，分配比和飽和吸附容量得到了增大，萃取率有效提升，使用微波技術輔助萃取能夠使萃取速率增大。

3.2浸出應用微波技術

隨著資源的不斷開采，一些低質量的冶金原料也被當作冶金原料使用，對于低質量原料的處理工作難度越來越大，使用傳統的濕法冶金工藝手段能夠有效對這些低質量礦石進行處理，但是浸出率低，處理時間長，影響工作效率[3]。一些學者嘗試將微波技術應用于這一工作中，并取得了良好的進展。納庫馬爾等人在對低質量且難浸的金礦進行了微波預處理，在對試驗結果分析后發現，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構更為稀松的氧化物。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，可發現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的研究中，對微波的運用也進行了探討。在硫化銅精礦三氯化鐵浸出反應實驗中，在使用微波加熱后，浸出的速率有明顯的提高，而且物質間出現反應的時間也在縮短，表面微波技術應用于浸出中的有效性。

3.3微波應用于干燥處理

干燥處理是微波技術的最基本應用，水在微波的作用下會產生強烈的反應，水是有效吸收微波的物質。與傳統通過輻射達到干燥的手段相比，微波干燥具有更多的優勢，使用微波技術速度更快，更加有效的對物品起到更好的保護。庫薩卡等學者在硼酸干燥實驗中運用了微波技術，微波功率設定在100～700W間。在實驗中，實驗對象的溫度在微波加熱下迅速接近100℃，隨后溫度迅速下降，這說明水分已經快速脫離了實驗對象。實驗后對實驗樣品進行觀察，發現樣品在物理形態上并沒有發生變化，而且硼酸中的結晶水沒有在微波加熱下發生分解，微波干燥用時短應用微波技術進行干燥不但速度快，而且安全性高，能夠很好的保護加熱對象。

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，當碳迅速升溫后其還原力得到增強。微波碳熱還原技術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行研究的過程中發現，通過微波加熱的方法，能夠有效解決在傳統加熱方法中一直存在的“冷中心”技術瓶頸。在微波加熱的條件下，碳熱還原率迅速提升。加拿大學者也曾經進行過此類實驗，通過微波技術來處理含鐵廢渣，在微波加熱廢渣的同時，加入磁鐵礦和碳，加熱速度得到提升的同時，還回收了廢渣中的鐵礦，實現了資源的再回收。

4結束語

微波技術已經被應用到了冶金行業中，與傳統技術相比，在提高冶金效率、提高單位時間冶金量方面，體現出了極大的優勢。但需注意的是，影響微波技術的干燥、浸出及萃取效果的因素較多。時間的長短、礦產資源的總量以及微波的功率等，均屬于重要的因素。未來，冶金行業應通過實驗，尋找各變量的最優解，以最大程度的提高冶金行業對微波技術的應用水平。

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）.

[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）.