微波化學(xué)與技術(shù)講義-5(冶金中應(yīng)用)-1

1、 1.緒論緒論2.微波技術(shù)微波技術(shù)3.微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用3.1.微波在礦物浸出中的應(yīng)用微波在礦物浸出中的應(yīng)用3.2. 微波加熱碳熱還原微波加熱碳熱還原3.3.礦物的微波加熱分解礦物的微波加熱分解3.4.冶金中的微波加熱干燥冶金中的微波加熱干燥3.5.粉末冶金中的微波燒結(jié)粉末冶金中的微波燒結(jié)3.6.微波協(xié)同其他外場技術(shù)在冶金微波協(xié)同其他外場技術(shù)在冶金中的應(yīng)用中的應(yīng)用3.7.冶金中的微波技術(shù)展望冶金中的微波技術(shù)展望國家自然科學(xué)基金委在其目錄中專門列出了幾種冶金新技術(shù)：等離子體技術(shù)、微波技術(shù)、電子束技術(shù)、激光技術(shù)、電磁冶金技術(shù)2.微波技術(shù)微波的概念及波段劃分微波是一種頻率非

2、常高的電磁波。把波長從1米到1毫米范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對應(yīng)的頻率范圍為: 3108 Hz31011 Hz 。如下圖所示電磁波波段劃分微波波段微波波段劃分 微波作為一種新型、高效、清潔微波作為一種新型、高效、清潔的加熱能源，近年來在的加熱能源，近年來在磨礦、干燥、磨礦、干燥、燒結(jié)、鍛燒、浸取分離、金屬提取、燒結(jié)、鍛燒、浸取分離、金屬提取、礦石預(yù)處理、預(yù)還原、冶金煙塵和爐礦石預(yù)處理、預(yù)還原、冶金煙塵和爐渣等工業(yè)廢料處理渣等工業(yè)廢料處理等領(lǐng)域受到了廣泛等領(lǐng)域受到了廣泛的重視的重視 。 3.微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用 微波加熱在黑色金屬和有色金屬的火法冶金過程中均有很大的

3、應(yīng)用前景，幾乎所有工業(yè)上使用的金屬都可以用微波進(jìn)行處理.自80年代以來，關(guān)于微波加熱在冶余中的應(yīng)用研究日益增多.微波加熱被用于礦石的破碎、難選金礦的預(yù)處理、從低品位礦石和尾礦中回收金、從礦石中提取稀有金屬和重金屬、鐵礦石和釩類磁鐵礦的碳熱還原、工業(yè)廢料的處理等等，雖然還有許多問題需要解決，但這些成果已經(jīng)表明了微波在冶金中的潛在應(yīng)用價值。國內(nèi)外微波在冶金中某些應(yīng)用研究結(jié)果 微波處理含碳微細(xì)粒金礦石微波處理含碳微細(xì)粒金礦石，微波處理使幾乎不能氰化浸出的微細(xì)粒嵌布在碳質(zhì)圍巖原礦內(nèi)的金浸出率提高到86. 53%。劉全軍 微波處理使難處理金礦的金浸出率大于90%, 比傳統(tǒng)焙燒工藝好得多,處理時間短, 節(jié)

4、能降耗效果明顯。地質(zhì)部礦產(chǎn)所. 張興仁 微波處理難浸微細(xì)包裹金微波處理難浸微細(xì)包裹金，在料層固定無攪拌條件下微波處理2 3m in, 金精礦中金浸出率提高了7. 9% 15. 52%, 表明一部分包裹金裸露并被浸出。魏明安, 張銳敏 微波處理難選金礦微波處理難選金礦，用微波在固態(tài)和漿狀處理含黃鐵礦、磁黃鐵礦等的難選礦而后氰化浸出, 比常規(guī)氰化浸出能縮短時間提高氰化浸出效果。谷晉川, 劉亞川. 微波對鐵礦選擇性磨細(xì)微波對鐵礦選擇性磨細(xì)，理論研究證明: 微波的選擇性加熱能促進(jìn)磁鐵礦的磨細(xì), 對石英磨礦無影響, 可達(dá)到強(qiáng)化磁鐵礦石選擇性磨細(xì)目的。劉全軍, 熊燕琴. 微波對軟錳礦碳熱還原燒結(jié)微波對軟錳

5、礦碳熱還原燒結(jié)，微波碳熱還原燒結(jié)軟錳礦產(chǎn)出高強(qiáng)度燒結(jié)礦, 消除了冷中心, 反應(yīng)速度高, 反應(yīng)時間短, 降低了過程能耗, 工業(yè)化前景好。華一新。 微波碳熱還原合成碳化物粉微波碳熱還原合成碳化物粉，微波碳熱還原合成難熔金屬碳化物T iC、TaC粉末, 比傳統(tǒng)法所需溫度低, 加熱時間短。H assine M. A. 微波碳熱還原合成納米粉微波碳熱還原合成納米粉，酚醛樹脂和S iO2 納米微粉為原料, 微波碳熱還原可合成高純、超細(xì)S iC 納米微粉, 能降低合成溫度, 縮短合成時間和節(jié)能。戴長虹, 楊靜漪, 等. 微波促進(jìn)輝鉬精礦浸出微波促進(jìn)輝鉬精礦浸出，微波激活促進(jìn)輝鉬礦中銅的硫酸鹽化浸出, 使銅的

6、質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3.6%降至0. 1%, 而精礦中鉬、黃鐵礦溶出最少。Y ianatosJ. B, 等. 微波堿浸鋼鐵冶金粉塵的鋅微波堿浸鋼鐵冶金粉塵的鋅，微波堿法浸出電爐煉鋼粉塵中的鋅比常規(guī)法鋅的回收率高, 并探索了反應(yīng)機(jī)理。P ick les C A, 等. 微波微波FeC l3 浸硫化銅精礦浸硫化銅精礦，在本浸出過程用微波加熱, 與傳統(tǒng)加熱攪拌浸出相比, 無需攪拌, 浸出速率快, 反應(yīng)時間大為縮短。丁偉安. 微波浸出閃鋅礦和軟錳礦微波浸出閃鋅礦和軟錳礦，微波輻射下這兩種礦同時經(jīng)浸出- 凈化- 電解得鋅、M nO2 和硫, 過程速率高、能耗低, 鋅浸出率達(dá)92%, 傳統(tǒng)加熱法為41%。彭金輝,

7、等. 微波等離子體制鉬納米粉微波等離子體制鉬納米粉，微波等離子體比直流和射頻等離體更有優(yōu)勢, 用它以羰基鉬為原料一步可得粒徑比傳統(tǒng)羰基熱解小的(小于50 nm )鉬粉。程起林, 趙斌, 等. 礦物在微波場中的升溫性能 金屬礦石通常是指從金屬礦床開采出來的固體物質(zhì)，一般由有用的金屬礦物和伴生的脈石礦物組成，是礦物的集合體。用微波加熱對礦石進(jìn)行處理，必須了解礦石中的各種礦物在微波場中的升溫性能。由于冶金反應(yīng)通常需要加入某些化合物作為試劑 ,因此還應(yīng)該了解一些常見的冶金試劑在微波場中的升溫性能。下面為這方面的一些研究成果。微波加熱對礦石顯微結(jié)構(gòu)的影響 礦石中通常含有多種礦物，當(dāng)用傳統(tǒng)方法加熱時，礦石

8、中各種礦物的升溫速率基本相同，他們被加熱的溫度也大致相同。在礦物之間不會產(chǎn)生明顯的溫度差，如果在加熱過程中沒有晶型轉(zhuǎn)變、相變或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，則礦石的顯微結(jié)構(gòu)不會因加熱而發(fā)生明顯的變化.當(dāng)用徽波加熱時，情況則大不相同，由于組成成礦石的各種礦物具有不同的性質(zhì)，它們和微波場中的升溫速率各不相同, 因而礦石中的不同礦物會被微波加熱到不同的溫度.由于微波能夠加熱大多數(shù)有用礦物.而不加熱脈石礦物，因而在有用礦物和脈石之間會形成明顯的局部溫差。從而使它們之間產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)這種熱應(yīng)力大到一定的程度時。就會在礦物之間的界面產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生可以有效地促進(jìn)有用礦物的單體解離和增加有用礦物的有效反應(yīng)面積。對于降低

9、磨礦成本、提高選礦回收率和加快冶金反應(yīng)速率，具有重要的實(shí)際意義.3.1 微波在礦物浸出中的應(yīng)用微波在礦物浸出中的應(yīng)用3.1.1 微波技術(shù)在微波技術(shù)在硫化物硫化物等礦浸出過程中的應(yīng)用等礦浸出過程中的應(yīng)用3.1.2 微波技術(shù)對微波技術(shù)對難溶性精礦難溶性精礦浸出過程預(yù)處理浸出過程預(yù)處理3.1.3. 微波促進(jìn)微波促進(jìn)浸礦細(xì)菌浸礦細(xì)菌的生長從而強(qiáng)化浸礦的生長從而強(qiáng)化浸礦3.1.4. 氧化亞鐵硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌的微波誘變微波誘變及對低品位及對低品位 黃銅礦黃銅礦的生物浸出的生物浸出3.1.5 微波輔助磨礦微波輔助磨礦 浸出是濕法冶金中的重要初始工序,然而,在傳統(tǒng)加熱的浸出反應(yīng)過程中,當(dāng)浸出進(jìn)行到一定時

10、間后,常常由于產(chǎn)生固體生成物層包裹未反應(yīng)核,使浸出反應(yīng)受到阻礙,速率變慢,延長了浸出反應(yīng)時間,增加了能耗。因此,強(qiáng)化浸出過程,縮短浸出時間,有效地降低能耗的研究對濕法冶金的發(fā)展具有重要實(shí)際意義。 微波能促使固體顆粒易于破裂,暴露出新鮮表面,有利于液固反應(yīng)進(jìn)行。微波加熱為內(nèi)外部同時進(jìn)行,可避免傳統(tǒng)加熱方式中固體顆粒存在的內(nèi)外溫度梯度。外加以電場作用,浸出體系中極性分子會迅速改變方向進(jìn)行高速振動,增加物質(zhì)間相互碰撞,在介電顆粒周圍形成較大的熱對流液體流,對溶液進(jìn)行攪拌作用并驅(qū)散顆粒外層的生成物層,從而強(qiáng)化浸出反應(yīng)過程。 特別是對于復(fù)雜包裹體礦物,傳統(tǒng)浸取方法中礦物加熱浸出一定時間后,浸出反應(yīng)產(chǎn)生的

11、較致密物質(zhì)會包裹未反應(yīng)礦核,使浸出反應(yīng)受阻,而采用微波強(qiáng)化浸出,使礦粒間產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋和孔隙或與添加物反應(yīng),不斷更新反應(yīng)界面,將有助于改善浸出效果。 大多數(shù)金屬礦物在自然界中都是以硫化物的形態(tài)存在的，提取金屬時的大多數(shù)金屬礦物在自然界中都是以硫化物的形態(tài)存在的，提取金屬時的處理方法主要是處理方法主要是火法焙燒浸出火法焙燒浸出工藝流程。但火法不可避免地會產(chǎn)生二氧化硫，工藝流程。但火法不可避免地會產(chǎn)生二氧化硫，造成環(huán)境的污染。而采用微波加熱浸出，可以很好地解決這個問題。造成環(huán)境的污染。而采用微波加熱浸出，可以很好地解決這個問題。 微波輻射系內(nèi)部加熱，避免了傳統(tǒng)加熱中固相的微波輻射系內(nèi)部加熱，避免了

12、傳統(tǒng)加熱中固相的“冷中心冷中心”現(xiàn)象；現(xiàn)象； 微波加熱易使微粒破裂，暴露出新鮮表面，增加了反應(yīng)界面，有利于液微波加熱易使微粒破裂，暴露出新鮮表面，增加了反應(yīng)界面，有利于液固反應(yīng)；固反應(yīng)； 微波輻射加熱較傳統(tǒng)加熱方式鉛溶解速率快，鋅浸出率高，為鉛和鋅的微波輻射加熱較傳統(tǒng)加熱方式鉛溶解速率快，鋅浸出率高，為鉛和鋅的濕法冶煉提供了新的途徑。濕法冶煉提供了新的途徑。3.1.1 微波技術(shù)在硫化物等礦浸出過程中微波技術(shù)在硫化物等礦浸出過程中的應(yīng)用的應(yīng)用Weian、丁偉安等將微波用于硫化銅精礦的、丁偉安等將微波用于硫化銅精礦的FeCl3-HCl浸出，直接用微波浸浸出，直接用微波浸出礦漿加熱不同時間，微波加熱

13、出礦漿加熱不同時間，微波加熱4045min后的浸出率達(dá)后的浸出率達(dá)99，而常規(guī)加熱，而常規(guī)加熱則需則需2h才能獲得相同的指標(biāo)。才能獲得相同的指標(biāo)。 通過實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論：通過實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論： （1）微波加熱能加速銅的溶解，克服浸出過程中元素硫在礦物表面聚積的）微波加熱能加速銅的溶解，克服浸出過程中元素硫在礦物表面聚積的不利影響；不利影響； （2）認(rèn)為浸出屬于多相反應(yīng)，在微波作用下，硫化銅精礦顆粒局部加熱。）認(rèn)為浸出屬于多相反應(yīng)，在微波作用下，硫化銅精礦顆粒局部加熱。與周圍的脈石或產(chǎn)物與周圍的脈石或產(chǎn)物層產(chǎn)生熱效應(yīng)并產(chǎn)生裂紋，增加了浸出反應(yīng)的有效界面層產(chǎn)生熱效應(yīng)并產(chǎn)生裂紋，增加了浸出反應(yīng)的有效

14、界面，并且使礦粒周圍的流體產(chǎn)生強(qiáng)熱對流，使流體傳質(zhì)速率加快，因而微波加熱并且使礦粒周圍的流體產(chǎn)生強(qiáng)熱對流，使流體傳質(zhì)速率加快，因而微波加熱授出速率比傳統(tǒng)加熱浸出率快。授出速率比傳統(tǒng)加熱浸出率快。采用常規(guī)加熱方法使用三氯化鐵浸出硫化銅礦時，浸出時間長、能耗高、生產(chǎn)率低等是其缺點(diǎn)，而采用微波加熱時可以避免上述確定，改良浸出工藝。 閃鋅礦的浸出相同溫度、濃度和粒度條件下, 微波輻照下的浸出速率較傳統(tǒng)加熱方式快。加熱約30 分鐘后, 微波輻照下的浸出率達(dá)59.3%, 而傳統(tǒng)方式加熱下只有28.4%。 隨著冶金原料的日趨貧化, 難處理礦、低品位礦逐漸被開采利用, 采用濕法冶金工藝處理該類礦石雖更具優(yōu)勢,

15、 但存在浸出率低、浸出時間長等缺點(diǎn)。為克服上述缺點(diǎn), 增大礦石反應(yīng)面積是常用、有效的方法之一。 谷晉川等在用微波處理主要組分為黃鐵礦的難選冶金礦時發(fā)現(xiàn), 微波作用于金礦后, 礦石產(chǎn)生了裂紋和孔隙。這是由于在微波輻照下, 礦石中不同成分物質(zhì)吸收微波的能力不同, 致使不同物質(zhì)升溫速率不一致, 不同物質(zhì)的界面因此而產(chǎn)生熱應(yīng)力, 當(dāng)這種熱應(yīng)力大到一定程度時, 物質(zhì)界面間就出現(xiàn)了裂紋。此外, 礦石中的黃鐵礦、砷黃鐵礦等吸收微波升溫后會分解產(chǎn)生氣體, 使礦石出現(xiàn)孔隙。裂紋和孔隙的產(chǎn)生有利于礦物內(nèi)部的金與浸出劑接觸, 提高了金的氰化浸出效果。 3.1.2 微波對難溶性精礦浸出過程預(yù)處理微波對難溶性精礦浸出過

16、程預(yù)處理谷晉川等對含砷、硫、碳的難選冶金精礦行了微波預(yù)處理工藝的研谷晉川等對含砷、硫、碳的難選冶金精礦行了微波預(yù)處理工藝的研究。該金礦含有黃鐵礦、斜方砷鐵礦、毒砂、石墨及非晶質(zhì)碳等影究。該金礦含有黃鐵礦、斜方砷鐵礦、毒砂、石墨及非晶質(zhì)碳等影響金浸出的礦物。由于微波能可響金浸出的礦物。由于微波能可選擇性分解黃鐵礦和砷黃鐵礦選擇性分解黃鐵礦和砷黃鐵礦等難等難選冶礦物，使金銅與硫、砷一起從礦物基質(zhì)中分離出來，再用常規(guī)選冶礦物，使金銅與硫、砷一起從礦物基質(zhì)中分離出來，再用常規(guī)氰化法提取金。當(dāng)采用不同的預(yù)處理方法處理后，氰化浸出效果列氰化法提取金。當(dāng)采用不同的預(yù)處理方法處理后，氰化浸出效果列于下表。于下

17、表。不同預(yù)處理方法氰化結(jié)果比較不同預(yù)處理方法氰化結(jié)果比較 Antonucci等對黃銅礦精礦與硫酸膏狀混合進(jìn)行了微波等對黃銅礦精礦與硫酸膏狀混合進(jìn)行了微波加熱實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)加熱實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)(頻率為頻率為2450MHz)和和半工業(yè)試驗(yàn)半工業(yè)試驗(yàn)(頻率為頻率為915MHz)，然后在，然后在pH l.6下用下用60水浸。試驗(yàn)結(jié)果表明，在水浸。試驗(yàn)結(jié)果表明，在高的高的H2SO4用量條件下能夠獲得高的銅浸出率，在用量條件下能夠獲得高的銅浸出率，在H2SO4用用量為量為1.8kgk滯礦用量下，用微波助浸能夠獲得大于滯礦用量下，用微波助浸能夠獲得大于96的的銅浸出率，浸出過程產(chǎn)生元素硫和硫酸銅。銅浸出率，浸出過程產(chǎn)

18、生元素硫和硫酸銅。 蘇永慶等則研究了微波場中硫酸浸出黃銅礦的動力學(xué)，結(jié)蘇永慶等則研究了微波場中硫酸浸出黃銅礦的動力學(xué)，結(jié)果表明，微波加熱果表明，微波加熱提高了銅浸出速率和浸出率提高了銅浸出速率和浸出率，其浸出率和，其浸出率和浸出速率受氧化劑浸出速率受氧化劑MnO2的含量和黃銅礦粉均勻粒度影響。的含量和黃銅礦粉均勻粒度影響。 黃銅礦黃銅礦的浸出的浸出鈦鐵礦鈦鐵礦的浸出的浸出 彭金輝等研究了微波場中硫酸浸出鈦鐵礦的行為，試彭金輝等研究了微波場中硫酸浸出鈦鐵礦的行為，試驗(yàn)結(jié)果表明，微波加熱鈦的浸出速率比常規(guī)加熱的浸出驗(yàn)結(jié)果表明，微波加熱鈦的浸出速率比常規(guī)加熱的浸出速率快得多。速率快得多。 Kelly

19、進(jìn)行了微波作熱源還原鈦鐵礦的研究，微波能快進(jìn)行了微波作熱源還原鈦鐵礦的研究，微波能快速有效地作用于礦物。速有效地作用于礦物。 周曉東等應(yīng)用微渡輻照一鹽酸浸出制備酸溶性富鈦渣周曉東等應(yīng)用微渡輻照一鹽酸浸出制備酸溶性富鈦渣和高鈦渣，探討了將和高鈦渣，探討了將微波技術(shù)用于鈦鐵礦冶金微波技術(shù)用于鈦鐵礦冶金的可行性，的可行性，鈦鐵礦精礦用微波輻照一鹽酸浸出法能制備硫酸法生產(chǎn)鈦鐵礦精礦用微波輻照一鹽酸浸出法能制備硫酸法生產(chǎn)鈦的原料，具有方法新、能耗低、工藝簡單等特點(diǎn)。鈦的原料，具有方法新、能耗低、工藝簡單等特點(diǎn)。 紅土鎳礦的浸出 紅土礦中鎳處于化學(xué)浸染狀態(tài),很難采取物理方法富集,金屬提取比硫化礦困難。 含

20、鎳較高的硅酸鹽礦通常采用火法冶煉方法獲得Ni - Fe 合金或鎳锍；褐鐵礦型礦則采用卡倫發(fā)明的還原焙燒- 氨浸法提取Ni、Co ；當(dāng)MgO 含量低，Co 高時也可采用加壓硫酸浸出法。研究發(fā)現(xiàn)紅土礦的火法工藝能耗高，金屬回收率低,無法回收Co。 濕法工藝中,氨浸工藝鎳回收率僅75 %80 %；而比較有前途的加壓酸浸技術(shù)，反應(yīng)條件苛刻，必須在230270 ，45 MPa 的高溫高壓條件下進(jìn)行，同時結(jié)垢嚴(yán)重。如何解決紅土鎳礦的浸出問題？ 紅土鎳礦的浸出Kruesi在1982 年的專利可以通過微波對紅土礦、氯化鐵和氯化鈉的混合物加熱48min ,使鎳鈷轉(zhuǎn)化為易溶于水的氯化物進(jìn)行回收。Kruesi 還對

21、氯化銨微波浸取紅土礦進(jìn)行了研究。在氮?dú)夥諊录t土礦與氯化銨混合后在1200W 微波輻射45min ,然后80 水中浸取30min。鎳和鈷的提取率分別達(dá)到66%和78%。在相似條件下空氣氛圍中用微波輻射5min ,在水中浸取15min 得到鎳和鈷的提取率分別為70%和85%。華一新等將微波引入低品位氧化鎳礦的氯化焙燒,產(chǎn)出的熔砂用稀酸浸出,不僅可以縮短反應(yīng)時間,降低過程的能耗,而且還可以提高鎳的浸出率,采用微波加熱只需20min 就可以使鎳的浸出率達(dá)到71.17% ,而傳統(tǒng)加熱需要40min才能使鎳的浸出率達(dá)到68.18%。 鎢精礦的分解 黑鎢精礦和蘇打(蘇打含量為20%40%) 的混合物能強(qiáng)烈

22、地吸收微波能量。在合適的微波場強(qiáng)度下,試樣能在1520min內(nèi)加熱820-980 。然后在該加熱溫度下保持1020min,使燒結(jié)過程完成,以獲得高質(zhì)量的燒結(jié)塊。 經(jīng)微波燒結(jié)得到的燒結(jié)塊,破碎至2-4cm ,用水在8090 下浸出2 h。將浸出液倒出后在相同的條件下用水進(jìn)行第二次浸出。浸出液的密度約1.20-1.32 g/ cm3 ,pH 為12-13 ,WO3在浸出液中的濃度達(dá)280 g/ L。 當(dāng)蘇打含量為30 %、燒結(jié)的恒溫時間為25 min 時,得到了最佳的燒結(jié)效果, 浸出渣中的WO3 含量降至0.88 %。干浸出渣量為原礦量的1/ (3.2-3.6) 。渣含(Fe +Mn) 54 %

23、,含Sc 、Ta 、La 、Th 在0.1 %-0.15 %范圍內(nèi)。 鎢精礦的分解微波燒結(jié)的特點(diǎn)是能激發(fā)物料的離子化和諸如交互置換、氧化、相變等物理化學(xué)過程,促使物料中的礦物產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化,令燒結(jié)反應(yīng)能在短時間內(nèi)完成。這使仲鎢酸銨的生產(chǎn)更能符合生態(tài)要求和易于自動化。初步成本核算表明,鎢酸鈉溶液中每千克鎢的成本約為2.4 美元。 鎢精礦的分解福建紫金礦業(yè)與江西理工大學(xué)研究了低品位混合鎢精礦的微波輔助堿分解工藝，其精礦成分如下：(WO3 賦存于黑鎢與白鎢的比例約為3:1。)在常壓、微波功率為320W、NaOH 用量為理論量的2倍、NaOH 質(zhì)量濃度為500g /L、精礦粒度為- 0.074mm 占8

24、0%的條件下, 含WO3 30%左右的黑、白鎢混合精礦經(jīng)40min 左右的分解, WO3浸出率可達(dá)到96%以上。 貴金屬提取難處理金精礦多數(shù)是黃鐵礦型多金屬硫化礦石。這類礦石中的金顆粒被包裹在黃鐵礦或砷黃鐵礦中,直接用常規(guī)的氰化法浸出,金的浸出率通常很低。用微波輻射對這種難處理金精礦進(jìn)行預(yù)處理,可以把金、砷和硫從礦石基體中分離出來,分離出來的金礦物可用常規(guī)的氰化法浸出。3.1.3. 微波促進(jìn)浸礦細(xì)菌的生長強(qiáng)化浸礦微波促進(jìn)浸礦細(xì)菌的生長強(qiáng)化浸礦 微波加熱是全面的加熱，是材料在微波交變電場介質(zhì)中由介質(zhì)損耗微波加熱是全面的加熱，是材料在微波交變電場介質(zhì)中由介質(zhì)損耗而引起的體加熱，是靠點(diǎn)介質(zhì)的偶極子轉(zhuǎn)

25、向極化和界面轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。水而引起的體加熱，是靠點(diǎn)介質(zhì)的偶極子轉(zhuǎn)向極化和界面轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。水是極性分子，具有永久性偶極矩，在交變電場中能發(fā)生偶極遲豫，在體系是極性分子，具有永久性偶極矩，在交變電場中能發(fā)生偶極遲豫，在體系內(nèi)部直接引起微波能的損耗。水分子互相碰撞，導(dǎo)致分子化學(xué)鍵的破壞或內(nèi)部直接引起微波能的損耗。水分子互相碰撞，導(dǎo)致分子化學(xué)鍵的破壞或改變水分子的原結(jié)構(gòu)形式，引起水分子結(jié)構(gòu)變化，如由水的大分子變?yōu)樾「淖兯肿拥脑Y(jié)構(gòu)形式，引起水分子結(jié)構(gòu)變化，如由水的大分子變?yōu)樾》肿?，致使不能形成水合物，這樣游離的三價鐵數(shù)目會更多，有利于提高分子，致使不能形成水合物，這樣游離的三價鐵數(shù)目會更多，有利于

26、提高浸出。浸出。 另外，電磁輻射的微波也具有相應(yīng)的磁場，能引起溶液界面壓力差，另外，電磁輻射的微波也具有相應(yīng)的磁場，能引起溶液界面壓力差，促進(jìn)促進(jìn)氧氣在水中的溶解氧氣在水中的溶解，從而促進(jìn)了細(xì)菌的生長。，從而促進(jìn)了細(xì)菌的生長。3.1.4. 氧化亞鐵硫桿菌的微波誘變及對氧化亞鐵硫桿菌的微波誘變及對低品位黃銅礦的生物浸出低品位黃銅礦的生物浸出 微波誘變氧化亞鐵硫桿菌育種作用機(jī)理可緣于以下幾個微波誘變氧化亞鐵硫桿菌育種作用機(jī)理可緣于以下幾個方面：方面： （1）遺傳的變異遺傳的變異。由于微波的電磁波效應(yīng)使微生物的遺。由于微波的電磁波效應(yīng)使微生物的遺傳物質(zhì)傳物質(zhì)DNA和和RNA化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)

27、發(fā)生改變。 （2）酶的變化。微波的穿透效應(yīng)使細(xì)胞壁因內(nèi)外的水分）酶的變化。微波的穿透效應(yīng)使細(xì)胞壁因內(nèi)外的水分子的劇烈轉(zhuǎn)動而引起其通透性變化，使胞內(nèi)酶更容易分子的劇烈轉(zhuǎn)動而引起其通透性變化，使胞內(nèi)酶更容易分泌出來，同時微波引起的分子強(qiáng)烈的熱運(yùn)動所泌出來，同時微波引起的分子強(qiáng)烈的熱運(yùn)動所產(chǎn)生瞬時產(chǎn)生瞬時強(qiáng)烈熱效應(yīng)使酶失活而導(dǎo)致變異。強(qiáng)烈熱效應(yīng)使酶失活而導(dǎo)致變異。 （3）代謝路徑代謝路徑發(fā)生改變。這是微生物體的動態(tài)代謝受微發(fā)生改變。這是微生物體的動態(tài)代謝受微波的非熱效應(yīng)波的非熱效應(yīng)“干擾干擾”而平衡過程紊亂的結(jié)果。而平衡過程紊亂的結(jié)果。 熊英等以在高含硫化物金精礦中長期馴化過的氧化亞鐵熊英等以在高含

28、硫化物金精礦中長期馴化過的氧化亞鐵硫桿菌作為出發(fā)菌，用紫外燈進(jìn)行輻照誘變，結(jié)果細(xì)菌硫桿菌作為出發(fā)菌，用紫外燈進(jìn)行輻照誘變，結(jié)果細(xì)菌氧化氧化Fe2+的活性提高了的活性提高了21倍。又將經(jīng)紫外線誘變選育出倍。又將經(jīng)紫外線誘變選育出來的菌株采用稀釋法純化后，再經(jīng)微波誘變處理，表明來的菌株采用稀釋法純化后，再經(jīng)微波誘變處理，表明存活下來的少量細(xì)菌培養(yǎng)較慢，但經(jīng)過若干次的轉(zhuǎn)移后，存活下來的少量細(xì)菌培養(yǎng)較慢，但經(jīng)過若干次的轉(zhuǎn)移后，培養(yǎng)時間逐漸縮短培養(yǎng)時間逐漸縮短，且，且具有高氧化活性具有高氧化活性，從，從1.54g/Lh 提高到提高到3.181g/Lh。 徐曉軍，宮磊等在進(jìn)行浸出黃銅礦的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：徐

29、曉軍，宮磊等在進(jìn)行浸出黃銅礦的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：接入耐銅離子經(jīng)微波誘變后所篩選的活性較好的菌種，接入耐銅離子經(jīng)微波誘變后所篩選的活性較好的菌種，雖然對菌種的繁殖增加并不很大，但雖然對菌種的繁殖增加并不很大，但誘變與原始菌相比誘變與原始菌相比浸出率提高浸出率提高24%以上以上，浸出速率加快，到達(dá)浸出終點(diǎn)的，浸出速率加快，到達(dá)浸出終點(diǎn)的時間提前了時間提前了5d到到10d。可以認(rèn)為該菌種經(jīng)微波處理，性?？梢哉J(rèn)為該菌種經(jīng)微波處理，性能有所改良，更適合黃銅礦的浸出。能有所改良，更適合黃銅礦的浸出。3.1.5 微波輔助磨礦微波輔助磨礦 破碎與磨礦是礦物加工過程中最消耗能源的工序,它占整個礦物加工過程總能耗的

30、65%75%,而通常粉碎工序的能源效率為1%2%。利用礦石中的不同組分,尤其是石英、方解石等脈石組分幾乎不能被微波加熱的特性,短時間內(nèi)(10s)選擇性地加熱礦石中的某些組分,使不同組分間因熱膨脹系數(shù)不同而在晶格間產(chǎn)生熱應(yīng)力,從而導(dǎo)致顆粒間邊界斷裂或產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生可以有效地促進(jìn)有用礦物的單體解離和增加有用礦物的有效反應(yīng)面積,從而促進(jìn)有用礦物的解離,改善礦物的可磨性并降低磨礦能耗。Salsman J B等用高能量密度的脈沖微波,使礦物和脈石在其晶界面間產(chǎn)生溫度梯度,巨大熱應(yīng)力使得在顆粒表面產(chǎn)生的張應(yīng)力很快超過一般巖石的抗拉伸強(qiáng)度,使顆粒表面破裂。圖為黃鐵礦/方解石二元體系微波輻射處理下顆粒內(nèi)

31、部至外部應(yīng)力分布情況。從處理效果和效能來看,采用大功率微波,特別是短時間脈沖微波預(yù)處理礦石,是微波輔助磨礦的一個發(fā)展方向,對大幅度降低磨礦成本具有重要意義 在用微波處理釩鈦磁鐵礦和硫化鉛鋅礦時,礦石的可磨性在微波輻射下都有很大程度的提高,說明微波加熱改善了礦石的可磨性,使礦石易于粉碎。輻射時間越長,溫度越高,改善的幅度越大。但是對于硫化礦,溫度過高就可能揮發(fā)出SO2,改變礦物的原有性質(zhì)。微波處理礦石的過程中,不僅可以提高磨礦產(chǎn)品中細(xì)級別的產(chǎn)率,而且不會造成通常難免的過破碎。簡言之,礦石的解離度和可選性都得到了改善,為隨后的濕法浸出創(chuàng)造了有利條件,并且節(jié)約了磨礦成本。 碳既是冶金中應(yīng)用廣泛的還原

32、劑, 又是一種很好的微波吸收物質(zhì), 可在短時間內(nèi)升溫到1 000 K 以上。碳急劇升溫后, 還原能力增強(qiáng), 可縮短還原時間和降低反應(yīng)溫度。微波碳熱還原就是利用碳對微波的良好吸收性能來還原氧化物, 從而得到有用的金屬或化合物。3.2. 微波加熱碳熱還原微波加熱碳熱還原 金屬氧化物在高溫下還原為金屬，是火法冶金中最重要的一個冶煉過程，廣泛地用于黑色、有色及稀有金屬冶金中、Fe, Sn, Zn, Cr或Si等許多金屬都可以用這種方法生產(chǎn).為了能用還原法大規(guī)模地冶煉各種金屬，必須采用廉價、來源廣、易于獲得的物質(zhì)作為還原劑.碳就是這樣的物質(zhì)，它被廣泛地用于火法冶金的還原過程中.碳對氧具有很大的化學(xué)親和力

33、，并且具有隨溫度升高化學(xué)親和力增大的特性，這表明它在高溫下具有更強(qiáng)的還原能力，如前所述，碳是一種非常好的微波吸收物質(zhì)，可以在很短的時間內(nèi)被微波加熱到1 053 -1 556 ，因此當(dāng)把微波加熱用于金屬氧化物的碳熱還原時，碳可以產(chǎn)生局部的高溫，使碳的還原能力明顯提高，從而加速還原過程的進(jìn)行。3.2.1鐵礦石的微波碳熱還原 在鐵礦石的實(shí)際還原過程中，通常是將鐵礦石與碳粉混合制成球團(tuán)，然后再對球團(tuán)進(jìn)行還原.當(dāng)用傳統(tǒng)方法加熱時，由于熱量不能有效而及時地傳遞到球團(tuán)內(nèi)部以補(bǔ)充反應(yīng)所消耗的熱量，因而球團(tuán)巾心會變冷，即產(chǎn)生“冷中心”，致使球團(tuán)中心區(qū)域的還原氣體濃度降低，反應(yīng)速率減慢. 微波加熱具有升溫速率快、

34、透射深度大的特點(diǎn)因而應(yīng)用微波加熱可以解決”冷中心”的間題.這是微波加熱在金屬氧化物碳熱還原應(yīng)用中顯而易見的優(yōu)點(diǎn).除此之外，微波加熱在碳熱還原中應(yīng)用還具有其它一些優(yōu)點(diǎn)。 微波加熱對物料的性質(zhì)十分敏感。碳熱還原過程中使用的碳是一種很好的微波吸收材料，在微波加熱過程中，碳可以優(yōu)先被加熱到很高的溫度，碳的局部高溫可以促進(jìn)布多爾反應(yīng)的進(jìn)行和提高CO的濃度。 碳熱還原過程中發(fā)生的相變可能會使非損耗性的物料變成損耗性的物料，從而使微波加熱過程更為有效，例如，當(dāng)溫度大于843 K時，赤鐵礦的還原是分步進(jìn)行的;三氧化二鐵不是一種很好的微波吸收物質(zhì)，但在還原過程中產(chǎn)生的四氧化三鐵則是種非常優(yōu)良的微波吸收物質(zhì).它的

35、生成有效地提高了球團(tuán)的微波吸收性能. 微波加熱碳熱還原的另外一個優(yōu)點(diǎn)是可以降低反應(yīng)的活化能。雖然準(zhǔn)確的原因還不知道，但可以推測在分子水平的局部高溫和較快的升溫速率會使反應(yīng)的速率常數(shù)明顯增加，從而使反應(yīng)速率加快. 由此可見，微波加熱在碳熱還原反應(yīng)中的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)加熱還原過程中的主要缺點(diǎn)，從根本上消除了“冷中心”現(xiàn)象，使反應(yīng)速率顯著加快.此外，微波加熱碳熱還原的最終產(chǎn)物具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，對下一步的處理十分有利， 將完全相同的赤鐵礦粉或磁鐵礦一粉、焦粉和石灰粉按一定比例進(jìn)行混合，然后放入坩堝并用手壓實(shí)，分別在傳統(tǒng)加熱和微波加熱條件下進(jìn)行還原.傳統(tǒng)還原在馬佛爐中進(jìn)行，溫度為1 273 K.微波還原

36、在頻率為2450HZ，功率為1.3 kW的微波爐中進(jìn)行。反應(yīng)在溫度到達(dá)1 273 K時終止。使用相同的熱重法測定了兩種還原過程的失重與時間的關(guān)系。顯然，兩種加熱方法的碳熱還原速率有著十分顯著的區(qū)別.微波加熱的反應(yīng)速率比傳統(tǒng)加熱的反應(yīng)速率快得多，在微波加熱條件下.只需10 min反應(yīng)就已基本結(jié)束.而在傳統(tǒng)加熱條件下，反應(yīng)進(jìn)行了50 min還沒有完成50%。 陳津,李寧等以含碳鉻鐵礦粉(配比為鉻鐵礦粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%,無煙煤粉15%,輕燒鈣質(zhì)石灰粉5%)與含碳磁鐵礦粉(配比為磁鐵礦粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%,無煙煤粉15%,輕燒鈣質(zhì)石灰粉5%)在微波場中的升溫特性對比曲線.在微波(頻率2450 GHz)加熱功

37、率10kW、含碳鉻鐵礦粉質(zhì)量1 kg的條件下,物料在7min內(nèi)溫度可升至1 100升溫速率為1571/min;而含碳磁鐵礦粉在10min內(nèi)溫度僅升至1000,升溫速率為100/min.3.2.2錳礦石的微波碳還錳礦石的微波碳還原原 含碳錳礦粉（團(tuán)塊）具有優(yōu)良的自還原性，但造塊強(qiáng)度不含碳錳礦粉（團(tuán)塊）具有優(yōu)良的自還原性，但造塊強(qiáng)度不理想，使其使用受到限制。理想，使其使用受到限制。 微波可以直接加熱冶金粉狀物料，被加熱的物料顆粒自微波可以直接加熱冶金粉狀物料，被加熱的物料顆粒自身可以形成熱源，使物料溫度內(nèi)外保持一致。身可以形成熱源，使物料溫度內(nèi)外保持一致。 微波加熱過程不受常規(guī)傳熱規(guī)律的影響，不受

38、物料形狀和微波加熱過程不受常規(guī)傳熱規(guī)律的影響，不受物料形狀和粒度限制，且越細(xì)越好。用微波加熱還原含碳（貧）錳礦粉，粒度限制，且越細(xì)越好。用微波加熱還原含碳（貧）錳礦粉，可以最大限度地發(fā)揮含碳錳礦粉在高溫下的自還原特性，在可以最大限度地發(fā)揮含碳錳礦粉在高溫下的自還原特性，在固態(tài)下提高錳礦粉的還原率。固態(tài)下提高錳礦粉的還原率。 由于固由于固-固相還原，可以控制帶入的碳、磷、硫、硅以及固相還原，可以控制帶入的碳、磷、硫、硅以及其它雜質(zhì)元素，從而為獲取一定金屬化率的純凈海綿錳鐵提其它雜質(zhì)元素，從而為獲取一定金屬化率的純凈海綿錳鐵提供有利的動力學(xué)條件。供有利的動力學(xué)條件。 測溫儀 6220V12345

39、圖圖2為微波為微波加熱試驗(yàn)原料的加熱試驗(yàn)原料的升溫特性對比。升溫特性對比。試驗(yàn)可知，氧化試驗(yàn)可知，氧化錳礦粉與碳酸錳錳礦粉與碳酸錳礦粉對微波吸收礦粉對微波吸收的性能較好，優(yōu)的性能較好，優(yōu)于無煙煤粉和煙于無煙煤粉和煙煤粉，也優(yōu)于磁煤粉，也優(yōu)于磁鐵礦粉，只是鈣鐵礦粉，只是鈣質(zhì)石灰粉對微波質(zhì)石灰粉對微波的吸收性能較弱。的吸收性能較弱。051015202530354045500200400600800100012001400溫度/加 熱 時 間 /min 廣西大新 氧 化錳礦粉 湖南湘潭碳酸 錳礦 磁鐵礦粉 無煙煤粉 煙煤粉 鈣 質(zhì) 石 灰 粉微波加熱時間/min廣西大新氧化錳礦粉湖南湘潭碳酸錳礦磁鐵

40、礦粉無煙煤粉煙煤粉鈣質(zhì)石灰粉溫度/051015202530020040060080010001200溫度/加 熱 時 間 /min C:O=1.06 C:O=1.16 C:O=1.26 C:O=1.36 C:O=1.46 C:O=2.0 C:O=3.0微波加熱時間/min溫度/051015202530020040060080010001200temperature/time/min C:O=1.06 C:O=1.16 C:O=1.26 C:O=1.36 C:O=1.46 C:O=2.0 C:O=3.0微波加熱時間/min溫度/0510152025303540020040060080010001

41、2001400溫度/時 間 /min C:O=1.06 C:O=1.16 C:O=1.26圖圖5 微波加熱不同配碳比含碳氧化錳礦粉至微波加熱不同配碳比含碳氧化錳礦粉至1300時的升溫特性對比圖時的升溫特性對比圖（微波加熱功率（微波加熱功率10kW, 物料質(zhì)量物料質(zhì)量1kg，加鈣質(zhì)石灰），加鈣質(zhì)石灰）Fig.5 Contrast of temperature rising characteristics among the manganese oxide ore fines containing coal by microwave heating to 1200(microwave power

42、10kW, mass of mix 1kg, mixing the calcic lime fines)微波加熱時間/min溫度/02468101214162004006008001000Y Axis TitleX Axis Title MnO2 Mn3O4微波加熱時間min溫度/ 黃孟陽等用微波碳熱還原鈦鐵礦的研究表明, 微波加熱在較低溫度下就能發(fā)生還原反應(yīng)。微波碳熱還原速率與樣品的含碳量關(guān)系密切, 樣品中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時, 還原速率隨含碳量增加而明顯增加。 肖勁等以乙炔黑還原氫氧化鋁, 加入單質(zhì)添加劑作催化劑, 在氮?dú)鈿夥罩? 于1300度下反應(yīng)1 h, 獲得完全氮化的片狀氮化鋁(

43、AlN) 粉末。微波碳熱還原大大降低了反應(yīng)溫度, 縮短了反應(yīng)時間。 王雄等以五氧化二釩或偏釩酸銨為原料, 碳黑為還原劑, 在通入氮?dú)鈼l件下, 采用微波碳熱還原法制備出了氮化釩( VN) , 與傳統(tǒng)的電阻爐加熱方式相比, 微波加熱的反應(yīng)和冷卻時間都大大縮短。 3.2.1其它物質(zhì)的微波碳熱還原 Kelly R M等對傳統(tǒng)加熱下預(yù)氧化的鈦鐵礦進(jìn)行了微波還原研究,通過微波和傳統(tǒng)兩種加熱方式對比研究了鈦鐵礦在1000預(yù)氧化3h后的還原效應(yīng)。結(jié)果表明,氧化后還原前的兩種鈦鐵礦的比表面積分別下降為0.19m2/g和0.26m2/g,說明高溫下礦物顆粒表面能的減少使得比表面積急劇減小;常規(guī)加熱在900保溫8h

44、時比表面積最大,延長反應(yīng)時間導(dǎo)致鐵晶粒堵塞孔結(jié)構(gòu)而使比表面積下降。在功率750W的微波碳熱還原中僅10min就使挪威鈦鐵礦比表面積增加到3.04m2/g,從單位時間內(nèi)增長幅度來看,微波加熱使產(chǎn)物的比表面積較常規(guī)加熱增加得迅速。推測在微波還原過程中造成還原產(chǎn)物比表面積增大的原因除了氣氛擴(kuò)散、單質(zhì)鐵結(jié)晶外,熱應(yīng)力是導(dǎo)致微波加熱機(jī)制下還原產(chǎn)物比表面積在短時間內(nèi)急劇增大的主要原因之一。3.3.礦物的微波加熱分解礦物的微波加熱分解 用于冶煉過程的礦石多由各種化合物組成，重要的化合物有碳酸鹽、氧化物、硫化物和氧化物等.化合物加熱到一定的溫度時，它可以分解為一種更為簡單的化合物和氣體?；衔锏臒岱纸膺^程需要

45、吸收大量的熱，反應(yīng)的速率通常受傳熱控制，采用傳統(tǒng)加熱方法時，熱量不能有效地從化合物表面?zhèn)鬟f到內(nèi)部，致使分解過程的速率低、能耗高。由于微波可以直接在化合物內(nèi)部產(chǎn)生熱量，因而能夠有效地加快化合物的分解速率和降低過程的能耗。 將微波加熱技術(shù)應(yīng)用于冶金中，對礦石進(jìn)行加熱處理起源于美國。1966年，Connell和Moe首次獲得了微波處理礦石設(shè)備的專利。1967年，F(xiàn)ord和Pei運(yùn)用微波能對黑色和有色礦物進(jìn)行了加熱處理。實(shí)驗(yàn)所采用的微波頻率為2450 MH z ，加熱的金屬粉末質(zhì)量從10克到200克。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在微波場的作用下，黑色礦物的溫度能在短時間內(nèi)達(dá)到1000，此升溫速率比起有色礦物來說要快

46、得多。 美國礦產(chǎn)部門公開發(fā)表了他們對大量礦物和化合物進(jìn)行微波加熱(2450MHz)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)稱取的物質(zhì)質(zhì)量均為25.g。從結(jié)果中可以看出，碳和大多數(shù)金屬氧化物(NiO，Mn02，F(xiàn)e304，Co203，CuO和WO3)所能達(dá)到的溫度最高。許多金屬硫化物能很好的被微波加熱。在微波的作用下，金屬粉末和一些重金屬鹵化物也能達(dá)到較高的溫度，脈石如石英，方解石和長石則不能被微波加熱。該部門同時對升溫速率與微波輸入功率之間的關(guān)系進(jìn)行了研究探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著微波輸入功率的增加，大多數(shù)礦物的升溫速率呈增加趨勢，除了那些損耗系數(shù)小和大的礦物。因?yàn)閾p耗系數(shù)小的礦物(Si02，CaCO3)在任何微波功率

47、下都不能被加熱到較高的溫度;損耗系數(shù)大的礦物(PbS，F(xiàn)3eO4)，在任何功率下都能很好的吸收微波能而上升到較高的溫度。 3.3.1二氧化錳的微波加熱分解3.3.2軟錳礦的微波加熱分解 軟錳礦的分解對于金屬錳的生產(chǎn)具有極其重要的意義。通過軟錳礦的分解可以顯著降低還原過程的焦碳消耗。當(dāng)用傳統(tǒng)方法加熱時，因熱效率低而使分解過程的能耗很高。由于微波能夠在物料內(nèi)部直接產(chǎn)生熱量，其加熱效率比傳統(tǒng)的傳導(dǎo)加熱高得多;因此把微波加熱用于軟錳礦的分解將會降低過程的能耗，并能加快分解反應(yīng)的速率和降低反應(yīng)的溫度。軟錳礦在微波場中的這種升溫規(guī)律與軟錳礦在微波輻射過程中發(fā)生的相變有關(guān).物相的變化會改變礦石的介電損耗因子

48、，進(jìn)而影響礦石的升溫速率。3.4.冶金中的微波加熱干燥冶金中的微波加熱干燥 微波最普通的應(yīng)用是干燥和脫水。水是良好的微波吸收物質(zhì), 以微波輻照含水物料可實(shí)現(xiàn)物料的快速、均勻發(fā)熱, 脫水效率高。微波干燥還能克服傳統(tǒng)輻射加熱干燥存在的干燥溫度高、脫水速慢、甚至局部過熱而影響產(chǎn)品質(zhì)量等弊端。關(guān)于微波干燥的研究大體上可以分為兩類:一類是實(shí)驗(yàn)研究，利用經(jīng)驗(yàn)或者半經(jīng)驗(yàn)的模型整理數(shù)據(jù);另一類是理論研究，主要是對微波干燥過程進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算?？偟膩碚f，以實(shí)驗(yàn)研究居多。 S. Kocakusak在微波功率100 700 W 條件下,探討了硼酸的微波加熱干燥。試驗(yàn)表明: 試樣的溫度能很快上升到90 100 ，

49、但隨即就開始下降, 表明游離水已快速脫除。整個微波干燥過程中, 硼酸中的結(jié)晶水沒有發(fā)生分解, 干燥后的物料既沒被污染, 也沒發(fā)生物理形態(tài)的改變, 而且干燥時間短, 干燥溫度相對較低。 3.4.1冶金中的微波加熱干燥國外研究進(jìn)展冶金中的微波加熱干燥國外研究進(jìn)展 Pikcels.cA. 對含鎳褐鐵紅土礦石的微波干燥進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)在微波頻率為246OMHz的條件下進(jìn)行。根據(jù)含鎳褐鐵紅土礦含大量水分的特點(diǎn)，采用TGA曲線和DTGA曲線來對脫水工藝進(jìn)行分析。在溫度上升到1000左右，頻率分別為912MHz和2460MHz的條件下，用空腔微擾技術(shù)測定了礦石的實(shí)際介電常數(shù)和假想介電常數(shù)，測定的數(shù)值與DTG

50、A曲線相關(guān)。根據(jù)介電常數(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算損耗角正切值后，在2460MHz下確定了含鎳褐鐵紅土礦礦石的微波加熱性能。探討了物料質(zhì)量、微波功率、縱橫比、比表面積和分壓對微波干燥速率的影響。實(shí)驗(yàn)表明，微波干燥紅土鎳礦過程中，物料內(nèi)部溫升可分為四個階段:1mni，物料快速升溫到100左右;lmni一4mni，保持在100左右;14mni24mni，快速升溫到177;溫度繼續(xù)上升，升溫速率降低。 chen等人分別對40種礦物進(jìn)行了微波(2450MHz)加熱處理。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，根據(jù)物質(zhì)在微波場中的行為，可將其分為兩類:不能或幾乎不能被微波加熱，且礦物的性能基本沒有變化;礦物能被加熱，其物質(zhì)形態(tài)要么保持不變，

51、要么迅速分解或反應(yīng)成另一種產(chǎn)物。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，大多數(shù)硅酸鹽(如白云母、石英)，碳酸鹽(如方解石、菱鐵礦)，硫酸鹽(如重晶石、土石膏)，以及一些氧化物和硫化物屬于第一類;而大多數(shù)硫化物，砷化物，天然和合成的黃鉀鐵釩，以及一些金屬氧化物(如赤鐵礦，磁鐵礦以及錫石)都屬于第二類。 在冶金行業(yè)中，陶瓷是一種重要的材料。陶瓷的干燥是陶瓷生產(chǎn)工藝中非常重要的工序之一，陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量缺陷大多數(shù)是由干燥不當(dāng)而引起的。將微波技術(shù)引入陶瓷領(lǐng)域最早是由美國的W.R.Tings等于1968年完成的。其后，在70年代由于天然氣的短缺而得到較快發(fā)展。美國的Sutotnlgsl在70年代就將其用于A12O3澆注料的干燥和

52、燒成。 德國的J.Suhm對微波干燥陶瓷等材料做出了極有價值的發(fā)現(xiàn)。他認(rèn)為被干燥物料的干燥過程因能量吸入不同而各異。當(dāng)物料濕度大于15%時，干燥過程沒有實(shí)質(zhì)性的不同，水分決定著干燥過程;物料濕度在5%一15%之間時，被干燥物質(zhì)起著重要的作用，物料介電常數(shù)的溫度相關(guān)性起著決定性作用;當(dāng)濕度小于5%時，干燥過程趨于緩和。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析得出了確定微波干燥輸入功率的一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律:當(dāng)物料初始水分含量充足時，微波輸入功率每增加1kw，可在，1時內(nèi)多蒸發(fā)掉1kg的水分. Orth用微波干燥具有較高孔隙度的陶瓷過濾零件，并對傳統(tǒng)與微波兩種干燥方法在干燥時間、能耗方面進(jìn)行了比較。在相同的功率下，前者干燥時間為后者

53、的3032倍，能耗為2. 5倍，而生產(chǎn)能力還不到一半，由此可看出微波干燥節(jié)能省時的優(yōu)越性。3.4.2冶金中的微波加熱干燥國內(nèi)研究進(jìn)展冶金中的微波加熱干燥國內(nèi)研究進(jìn)展 國內(nèi)在工業(yè)上應(yīng)用微波進(jìn)行干燥的礦物數(shù)量不多，最早引入微波干燥技術(shù)的生產(chǎn)企業(yè)是蘭州石化公司。1988年蘭州石化公司與國內(nèi)某應(yīng)用研究單位共同研究開發(fā)了氰化鈉微波干燥系統(tǒng)(簡稱MVDA系統(tǒng))，并于1993年應(yīng)用于氰化鈉生產(chǎn)裝置(LCN裝置)。 上海硅酸鹽研究所等單位建立了連續(xù)式微波干燥線，用以干燥多孔陶瓷，效果非常理想。湖南國光瓷業(yè)集團(tuán)股份有限公司，設(shè)計(jì)了一條日用陶瓷快速脫水干燥線用于生產(chǎn)中，實(shí)踐證明，微波干燥線占地面積小，生產(chǎn)無污染。

54、與傳統(tǒng)鏈?zhǔn)礁稍锞€相比，成坯率提高10%以上，脫模時間從3545mni縮短到5一smni，使用模具數(shù)量由400件下降到100件，效率是鏈?zhǔn)礁稍锏?.5倍。 遼寧撫順石油化工公司對電瓷干燥工藝采用微波干燥技術(shù)、重量鑒讀控制技術(shù)、紅外測溫鑒讀控制技術(shù)，對復(fù)雜形狀的電瓷進(jìn)行干燥。與常規(guī)蒸汽干燥方法相比，可提高生產(chǎn)率2430倍，提高成品率15一35%。 朱艷麗、彭金輝等將微波技術(shù)應(yīng)用在鈦精礦的干燥過程。實(shí)驗(yàn)在多模微波爐(245OMH)z中進(jìn)行，并與傳統(tǒng)干燥箱干燥進(jìn)行了比較:達(dá)到相同的干燥效果，即干燥結(jié)束時達(dá)到最大脫水率6. 682%，前者所需時間僅為后者的1/72。通過正交實(shí)驗(yàn)分析得出，微波干燥欽精礦最

55、佳實(shí)驗(yàn)條件為:微波功率700w，干燥時間905，物料重量10g。在此條件下，物料脫水率為6. 682%。極差分析結(jié)果表明:最主要的影響因素為微波功率，其次為干燥時間，最次要的為物料重量。作者還探討了微波干燥閃鋅礦的新工藝。實(shí)驗(yàn)證明，微波干燥閃鋅礦是可行的，并且隨著時間的移，物料的相對脫水率逐漸增加;微波干燥閃鋅礦全過程可分為加速、恒速和降速三個階段;在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，通過回歸分析，微波干燥閃鋅礦符合Boltzmann模型。 北京鋼鐵研究總院對微波加熱在含碳球團(tuán)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。他們采用頻率245OMHz，功率1800w的微波加熱100g不同成分的含碳球團(tuán)，考察加熱3min后達(dá)到的溫度。實(shí)驗(yàn)表明

56、:赤鐵礦和磁鐵礦是吸收微波的良好介質(zhì)，微波加熱效果最好;石灰石對微波吸收的效果最差，這與石灰石是非極性物質(zhì)有關(guān);活性炭和焦炭也能較好地吸收微波，焦炭的加熱效果比活性炭稍微差一些，可能與焦炭的灰分含量有關(guān)。 武文華等人研究了微波干燥磁鐵礦球團(tuán)時球團(tuán)礦的溫度變化規(guī)律、干燥特點(diǎn)、生球強(qiáng)度和焙燒后球團(tuán)的巖相特征。結(jié)果表明，與普通干燥焙燒方法相比，利用微波對球團(tuán)礦進(jìn)行干燥焙燒，其溫度上升迅速，內(nèi)部溫度分布均勻;干燥速度快，干燥過程中沒有出現(xiàn)裂紋和爆裂現(xiàn)象;焙燒后的磁性球團(tuán)礦主要由連晶充分的Fe203組成;每個成品球的強(qiáng)度為17023Okg，并且焙燒時不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。 硫酸鈉產(chǎn)品規(guī)格中對其水分含量的要求

57、非常嚴(yán)格，因此其干燥工藝相當(dāng)重要。而傳統(tǒng)干燥方法所需時間較長，能耗高，使硫酸鈉生產(chǎn)成本增加。為了解決這些問題，范興祥等人研究了用微波輻射法干燥硫酸鈉工藝。實(shí)驗(yàn)探討了物料重量，微波輻射時間，微波功率和物料厚度對微波干燥硫酸鈉脫水率的影響，指出利用微波輻射干燥硫酸鈉是一種高效、節(jié)能的干燥新工藝，并且物料的脫水率與物料重量，微波輻射時間，微波功率和物料厚度等因素均存在一定的關(guān)系。他們進(jìn)一步研究了用微波輻射法干燥單水氫氧化鋰，通過類似的研究方法證實(shí)，利用微波干燥單水氫氧化鋰同樣可行，并且其優(yōu)越性仍然存在。 秦文峰、彭金輝等人1501成功的利用微波對仲鉬酸銨進(jìn)行了干燥。作者通過正交實(shí)驗(yàn)得出影響仲鉬酸銨干

58、燥過程的主要因素是干燥時間，其次是物料重量，影響最小的因素是微波功率;最佳工藝條件為微波功率525W，微波輻射時間90s，物料質(zhì)量15g。在此條件下，物料的脫水率達(dá)到了99.98%。而用傳統(tǒng)方法進(jìn)行干燥，達(dá)到同樣效果所用時間為5Omin。微波干燥所需時間僅為傳統(tǒng)方法的3%。 林培喜和李曉明采用微波干燥法測定硫酸銅中的結(jié)晶水。實(shí)驗(yàn)確定了最佳的微波干燥條件:試樣質(zhì)量2g左右，功率720w，恒重時間8min;功率為54OW時，恒重時間也只需12min。與傳統(tǒng)的烘箱干燥法相比，本法具有操作簡便、分析時間短、且精密度和準(zhǔn)確度都比較高等優(yōu)點(diǎn)。 張世敏等人進(jìn)行了微波干燥硫酸銅的中試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)用微

59、波加熱中試裝置干燥硫酸銅，微波功率1Okw，時間10min，可將50kg的二級硫酸銅干燥為一級硫酸銅，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，干燥時間短，能耗低。從中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，應(yīng)用微波輻射干燥硫酸銅新工藝具有良好的發(fā)展前景。 楊靜和高云濤對高含水硫酸鋁的微波脫水進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)采用分析純十八水合硫酸鋁，選用DANGER一NE6790型微波爐作為實(shí)驗(yàn)裝置。探討了水合硫酸鋁微波脫水的動力學(xué)，測定了水合硫酸鋁在微波場中的升溫性能，得出微波脫水過程不僅速率明顯快于常規(guī)加熱，其提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源的作用也非常顯著。同時根據(jù)微波加熱過程的特點(diǎn)，提出了水合硫酸鋁微波脫水的非等溫動力學(xué)模型，并與常規(guī)脫水進(jìn)行了比較:微波輻射脫水

60、較常規(guī)脫水其活化能增加，但指前因子有顯著增加，且微波輻射脫水的指前因子增加對脫水反應(yīng)速率增加作用明顯強(qiáng)于活化能增加作用對反應(yīng)速率的減少作用，因此，微波輻射脫水的動力學(xué)速率明顯快于常規(guī)脫水大型微波殺菌干燥設(shè)備大型微波殺菌干燥設(shè)備 微波低溫干燥烘房微波低溫干燥烘房(長沙隆泰公司長沙隆泰公司)微波真空干燥機(jī)微波真空干燥機(jī) (長沙隆泰公司長沙隆泰公司)915MHz 20kW 微波干燥設(shè)備微波干燥設(shè)備(四川宏普公司四川宏普公司)915MHz microwave heating equipment3.4.2冶金中的微波加熱干燥的應(yīng)用前景冶金中的微波加熱干燥的應(yīng)用前景 微波干燥起源于40年代，到60年代國外