微波技術(shù)在冶金工程中的運(yùn)用初探

摘要：微波技術(shù)在冶金工程中得到良好的發(fā)展，對冶金技術(shù)有著巨大的幫助。但是相關(guān)研究者和從業(yè)人員也應(yīng)該認(rèn)識到，為了適應(yīng)為了發(fā)展需要，必須要加強(qiáng)微波技術(shù)與其他外場技術(shù)的結(jié)合，提升技術(shù)聯(lián)合能力，共同為冶金工程發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù);冶金工程;運(yùn)用分析

微波技術(shù)，作為一門上世紀(jì)初發(fā)展起來的新技術(shù)，在眾多行業(yè)領(lǐng)域中都得到了認(rèn)可。在冶金工程中，更是少不了微波技術(shù)的應(yīng)用，由于微波技術(shù)具有選擇性加熱、均勻加熱、內(nèi)部加熱、快速加熱等特性，對于礦物浸出、微波煅燒、微波燒結(jié)、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(shù)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(yīng)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(chǎn)生方式、傳播途徑以及應(yīng)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(zhì)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(yùn)動過程中極性分子會試圖對自身速率進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而引起極性分子旋轉(zhuǎn)。原子彈性散射會阻礙極性分子旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致能量耗散，將電磁能直接轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)對物質(zhì)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(dǎo)式的加熱，是一種通過外部熱源由表面到內(nèi)部的加熱方式。微波加熱是從對象材料內(nèi)部進(jìn)行，通過對象內(nèi)部耗散來對目標(biāo)進(jìn)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(biāo)本身成為發(fā)熱體，這樣能夠使受熱目標(biāo)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(biāo)直接成為發(fā)熱體，所有在微波加熱的過程中，不需要經(jīng)歷熱傳導(dǎo)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(zhì)的原子和分子會發(fā)生高速振動，從而為化學(xué)反應(yīng)建立更為有利的環(huán)境，進(jìn)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(wù)，微波加熱快，對食物內(nèi)維生素等物質(zhì)活性能夠做到最大程度的保留，而且微波本身不會產(chǎn)生廢渣、廢氣等有害物質(zhì)，更利于環(huán)境保護(hù)。

二、微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用

微波技術(shù)在當(dāng)今的冶金中應(yīng)用廣泛，主要包含微波輔助萃取、微波強(qiáng)化浸出、微波干燥、微波碳熱還原和微波燒結(jié)等應(yīng)用。

2.1 微波萃取

萃取為微波技術(shù)在冶金工程中應(yīng)用方式的一種。微波場中，離子可以定向的方式流動，產(chǎn)生離子電流，進(jìn)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(guān)。強(qiáng)化該過程，是增強(qiáng)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(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)應(yīng)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(qiáng)熱量，以達(dá)到萃取的目的。萃取劑、萃取溫度及時間，是影響微波萃取應(yīng)用效果的主要指標(biāo)：（1）萃取劑：部分溶液無極性，采用微波無法實現(xiàn)內(nèi)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(chǎn)生干擾。對該問題加以控制通常較為關(guān)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(nèi)，能夠有效提高萃取率。冶金行業(yè)應(yīng)根據(jù)該特點，采用微波技術(shù)完成萃取的過程。

2.2微波技術(shù)在冶金工程中的浸出

由于冶金原料的質(zhì)量有高有低，所以相應(yīng)的冶金原料處理方式會存在差異。對于低質(zhì)量的冶金原料，通常采用濕法冶金工藝手段進(jìn)行處理。雖然可達(dá)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(shù)應(yīng)用于處理低質(zhì)量的冶金原料中，礦石中的總碳量降低的值能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，且礦物中的致密硫化物被氧化可成為氧化物（結(jié)構(gòu)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(dá)到9 5%。由此可見，微波技術(shù)應(yīng)用于此，效果顯著。

2.3 微波干燥

微波技術(shù)最基本的應(yīng)用作用就是干燥，因為在微波的作用下，水能夠發(fā)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，將微波吸收。傳統(tǒng)的干燥方法就是應(yīng)用輻射，干燥的速度比較慢。微波技術(shù)的應(yīng)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(guān)研究學(xué)者進(jìn)行的硼酸干燥實驗，該實驗應(yīng)用了微波技術(shù)進(jìn)行干燥，將微波的功率設(shè)定在一定的范圍內(nèi)，在進(jìn)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(jié)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(jié)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(shù)在冶金工程干燥中的應(yīng)用，能夠有效提高干燥的效率，保護(hù)干燥物品，還具有較高的安全性。

2.4微波技術(shù)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(dāng)著冶金中的還原劑，是效吸收微波的重要物質(zhì)。微波碳熱還原技術(shù)，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(yīng)用的傳統(tǒng)加熱方法中一直存在“冷中心”技術(shù)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(shù)應(yīng)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(jié)語

通過閱讀以上行文，我們可以了解到微波技術(shù)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(shù)在冶金工程中應(yīng)用廣泛。但是微波技術(shù)的能力轉(zhuǎn)化效率不高，如何利用現(xiàn)有技術(shù)提高微波能量的轉(zhuǎn)化率，是當(dāng)下微波技術(shù)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。

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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