試論微波技術在冶金工程中的運用

劉曉鴻 馬堯 黃松

摘 要：微波技術為冶金工程中所應用的主要技術。本文簡要介紹了該技術，闡述了利用微波技術完成冶金過程的原理。重點從微波萃取、浸出、干燥、還原4個角度出發(fā)，具體闡述了微波技術的應用方法。目的在于進一步提高該技術的應用水平，為我國冶金行業(yè)市場地位的提升提供技術方面的支持。

關鍵詞：微波技術；冶金工程；碳熱還原

隨著社會的不斷發(fā)展與進步，各行業(yè)對金屬資源量的需求越來越大。傳統(tǒng)的冶金方法，已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。微波技術的出現(xiàn)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(zhì)量的提升奠定了基礎。將該技術拓展應用到冶金行業(yè)中，對行業(yè)整體成本的降低，及經(jīng)濟效益的提高，具有重要價值。

1 微波技術簡介

微波的實質(zhì)為一種電磁波段，長度在1mm--1m之間。根據(jù)應用方向的不同，微波的頻率同樣有所不同。用于冶金等其他工業(yè)生產(chǎn)的微波，頻率為300GHz--300MHz。生活所用的微波，頻率為915MHz或2450MHz[1]。微波具有傳熱之功能，當處于磁場環(huán)境下時，微波可通過對各分子的影響，將電磁轉化為熱能，以達到加熱的目的。冶金工程中，加熱為金屬冶煉的關鍵步驟，對熱量的要求極高。將微波技術應用到金屬的萃取、浸出、干燥及還原過程中，對冶金效率的提高，能夠起到一定的促進作用。

2 微波技術在冶金工程中的運用方法

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(chǎn)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(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。將微波技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(xiàn)選擇性的加熱。將熱量集中至某一區(qū)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(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)應根據(jù)該特點，采用微波技術完成萃取的過程。

2.2 微波浸出

微波技術可以應用到黃銅的冶煉過程中，將黃銅礦加入一定量的FeCl2中，采用微波輻射6min。待冷卻后，將黃銅浸出，即能夠得到一定量的黃銅。與傳統(tǒng)的加熱技術相比，采用微波技術浸出，黃銅的浸出率可提升至少19%。可見，將微波技術應用到冶金的浸出過程中，對金屬金屬率的提高，具有重要價值。

鋅主要來源于硅酸鋅礦，傳統(tǒng)的冶煉方法，以濕法冶煉為主。該方法的原理在于通過減少鐵與硅的含量，使鋅得以回收。同時，采用快速浸出的方法，完成金屬的浸出過程。該方法具有回收率低的缺陷，目前已基本被淘汰。將微波技術應用到浸出過程中，能夠使上述問題得以解決。實踐研究發(fā)現(xiàn)，無微波加熱的情況下，硅酸鋅礦浸出的產(chǎn)物，主要為ZnSO4·nH2O。該浸出物中，n一般為6或7。采用微波技術加溫，浸出15min后，浸出物ZnSO4·H2O的提取率達到了98.3%。通過對兩種浸出方法的對比可以發(fā)現(xiàn)，采用微波技術浸出，效果更佳[2]。

2.3 微波干燥

與傳統(tǒng)的干燥技術相比，微波干燥具有加熱均勻、速度快、透射能力強的優(yōu)勢，將其應用到冶金行業(yè)中，對干燥效率的提升，及冶金產(chǎn)量的增加較為有利。以硫酸銅中結晶水的測定為例，取硫酸銅樣本2g，將微波功率控制在720W，加熱時間控制為8min，硫酸銅的脫水率能夠達到99.98%。如微波功率不足，脫水率通常會有有所下降。適當延長脫水時間，能夠解決上述問題。有研究指出，與720W的微波下脫水8min相比，540W微波下脫水12min，可取得同樣的脫水效果。除此之外，將微波技術應用到鈦精礦的干燥過程中，同樣能夠達到提高脫水率的目的。在應用2450MHz的生活用微波的情況下，將微波功率設置為720W，脫水時間設置為90s，取鈦精礦10g脫水，當達到6.682%的脫水率時，用時僅90s。將其與傳統(tǒng)的干燥技術對比發(fā)現(xiàn)，為達到6.682%的脫水率，傳統(tǒng)技術的用時長達105min。對比可以看出，采用微波技術脫水，效果更佳。

2.4 微波還原

微波技術還可應用到冶金工程的碳熱還原過程中，確保還原反應能夠有效實現(xiàn)。碳為微波吸收物質(zhì)的一種，根據(jù)該特點，將微波技術應用到含碳的礦物的冶煉過程中，將會使冶煉的效率，得到極大程度的提升。金屬氧化物的碳熱還原反應化學式為：

MeO+C=Me+CO

在上述化學式中，Me代表金屬。將化學式分解，可得到：

2MeO+C=2Me+CO2

CO2+C=2CO

兩項化學式中，CO2+C=2CO即為碳熱還原的化學方程式。與傳統(tǒng)的加熱方式相比，采用微波加熱，能夠進一步提高內(nèi)部能量的聚集效率，縮短能量聚集的時間，進而彌補氣化反應所消耗的熱量，解決冶金行業(yè)中時常發(fā)生的“冷中心”問題?？梢姡捎梦⒉夹g完成含碳的礦物的碳熱還原過程，優(yōu)勢顯著。

3 結論

目前，微波技術已經(jīng)被應用到了冶金行業(yè)中，與傳統(tǒng)技術相比，在提高冶金效率、提高單位時間冶金量方面，體現(xiàn)出了極大的優(yōu)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(chǎn)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(yè)應通過實驗，尋找各變量的最優(yōu)解，以最大程度的提高冶金行業(yè)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（10）：29+34.

[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）：78-79.