微波技術在冶金工程中的運用初探

趙鋼

摘 要：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。

關鍵詞：微波技術;冶金工程;運用分析

微波技術，作為一門上世紀初發展起來的新技術，在眾多行業領域中都得到了認可。在冶金工程中，更是少不了微波技術的應用，由于微波技術具有選擇性加熱、均勻加熱、內部加熱、快速加熱等特性，對于礦物浸出、微波煅燒、微波燒結、微波干燥等有非常顯著的作用，因而受到冶金工程的重視。

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。

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 微波萃取

萃取為微波技術在冶金工程中應用方式的一種。微波場中，離子可以定向的方式流動，產生離子電流，進而釋放熱量。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。強化該過程，是增強熱量，縮短萃取時間，提高萃取效率的主要手段。傳統的冶金萃取過程中，能量向萃取劑傳遞的過程，具有無規則性，相對散亂，因此萃取效果較差。將微波技術代替傳統技術應用到萃取過程中，能夠通過里外同時加熱的途徑，實現選擇性的加熱。將熱量集中至某一區域，增強熱量，以達到萃取的目的。萃取劑、萃取溫度及時間，是影響微波萃取應用效果的主要指標：（1）萃取劑：部分溶液無極性，采用微波無法實現內部加熱。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，容易對后續的分析產生干擾。對該問題加以控制通常較為關鍵。（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，能夠有效提高萃取率。冶金行業應根據該特點，采用微波技術完成萃取的過程。

2.2 微波技術在冶金工程中的浸出

由于冶金原料的質量有高有低，所以相應的冶金原料處理方式會存在差異。對于低質量的冶金原料，通常采用濕法冶金工藝手段進行處理。雖然可達到處理的目的，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。將微波技術應用于處理低質量的冶金原料中，礦石中的總碳量降低的值能夠達到預期目標，且礦物中的致密硫化物被氧化可成為氧化物（結構更為稀松）。金礦（接受微波處理后）在氰化物中浸出，金回收率非常高，至少可達到95%。由此可見，微波技術應用于此，效果顯著。

2.3 微波干燥

微波技術最基本的應用作用就是干燥，因為在微波的作用下，水能夠發生強烈的反應，將微波吸收。傳統的干燥方法就是應用輻射，干燥的速度比較慢。微波技術的應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，相關研究學者進行的硼酸干燥實驗，該實驗應用了微波技術進行干燥，將微波的功率設定在一定的范圍內，在進行實驗的時候，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;在實驗結束之后，觀察實驗物品發現，從物理形態角度而言，實驗物品沒有出現變化，與此同時，硼酸中存在的結晶水也沒有在微波的作用下發生分解。由此可以看出，微波技術在冶金工程干燥中的應用，能夠有效提高干燥的效率，保護干燥物品，還具有較高的安全性。

2.4 微波技術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，碳在冶金中充當著冶金中的還原劑，是效吸收微波的重要物質。微波碳熱還原技術，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，所應用的傳統加熱方法中一直存在“冷中心”技術問題，而微波加熱可避免這方面的問題。除此之外，將微波技術應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。

3 結語

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：

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