試析微波技術在冶金工程中的運用

摘 要：隨著我國工業技術發展，和社會對于金屬資源的需要。冶金行業在經濟中的地位得到不斷提升，社會對冶金行業生產技術的要求也在提高。另外，微波技術在工業和人們生活中得到了普及，微波是一種清潔干凈的能源，將微波技術應用到冶金工程中可以提升金屬的浸出、萃取效率，并節約更多資源，必定能夠使冶金技術得到提升。該文將對微波技術的工作原理進行簡要敘述，并分析當下微波技術在冶金工程中的應用，最后將會對微波技術在冶金工程中未來的發展進行展望。

關鍵詞：微波技術 冶金工程 技術發展 浸出 萃取

中圖分類號：TF1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（a）-0094-02

在科技的支持下，冶金行業得到發展，同時冶金企業也在不斷提升技術用以增加產量降低生產成本。微波技術出現后，得到廣泛應用。現今微波技術在冶金領域得到廣泛應用，尤其在萃取、浸出等工序中有著良好的效果。

1 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，在磁場環境中，一些物質的分子會發生極化，分子將會隨著微波場方向發生改變，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，實現對物質加熱升溫的目的[1]。

微波加熱有其明顯的特點，與傳統加熱方式有很大不同。傳統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方式相比也有其明顯的優勢。微波加熱的方法是使受熱目標本身成為發熱體，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生高速振動，從而為化學反應建立更為有利的環境，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，更利于環境保護。

2 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。

2.2 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。

2.3 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[4]。

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。

2.4 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[5]。

2.5 微波燒結

微波燒結是利用微波技術對材料進行加熱，并提升至燒結溫度實現材料的致密化。在進行微波燒結的過程中，升溫速度快，但是在材料內部溫度始終保持均勻，材料晶粒會受到抑制，材料質量會提升。

羅春峰等人對微波燒結進行研究，以粉末冶金鐵基材料的燒結工藝與性能為研究主體，并和傳統的真空燒結工藝進行對比。對實驗結果進行分析后得出的結果表明，通過微波燒結，使粉末冶金鐵基材料在1280℃的溫度下保溫10min，能夠使材料達到95.8%的相對密度，進而增強了材料的硬度和抗拉強度。

3 微波技術在冶金工程中未來的發展

微波技術在冶金工程中的應用領域已經越來越多，使用微波技術能夠提升金屬的回收率、降低冶金技術的能耗、減少工作時間等，微波技術在冶金行業中有著廣闊的發展前景。微波技術在冶金中的應用愈加成熟，但是隨著生產需要，微波協調其他外場技術在冶金中的應用必須得到發展。如超聲波技術能夠通過空化反應將懸浮在溶液上的團聚顆粒進行粉碎，使水溶液吸收微波性能提升。但是類似于這種外場技術的聯合工作技術尚不成熟，仍然需要進行完善和增加。外場技術的聯用符合冶金行業發展需要，是冶金行業發展的必然趨勢，因此，廣大冶金行業研究者和工作者，應在實踐中刻苦攻關，實現技術的發展。

4 結語

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

參考文獻

[1]劉書禎，白燕，程艷明，等.微波技術在冶金中的應用[J].濕法冶金，2011（2）：91-94.

[2]鄭凱，趙平源.微波技術在冶金中的應用[J].廣東化工，2014（8）：75-76，72.

[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.

[5]陳建.微波加熱預處理鉻鐵礦工藝研究[D].昆明：昆明理工大學，2013.