试论微波技术在冶金工程中的运用

刘晓鸿 马尧 黄松

摘 要：微波技术为冶金工程中所应用的主要技术。本文简要介绍了该技术，阐述了利用微波技术完成冶金过程的原理。重点从微波萃取、浸出、干燥、还原4个角度出发，具体阐述了微波技术的应用方法。目的在于进一步提高该技术的应用水平，为我国冶金行业市场地位的提升提供技术方面的支持。

关键词：微波技术；冶金工程；碳热还原

随着社会的不断发展与进步，各行业对金属资源量的需求越来越大。传统的冶金方法，已经难以满足人们日益增长的需求。微波技术的出现有效解决了上述问题，不仅提高了冶金的效率，同时也为金属质量的提升奠定了基础。将该技术拓展应用到冶金行业中，对行业整体成本的降低，及经济效益的提高，具有重要价值。

1 微波技术简介

微波的实质为一种电磁波段，长度在1mm--1m之间。根据应用方向的不同，微波的频率同样有所不同。用于冶金等其他工业生产的微波，频率为300GHz--300MHz。生活所用的微波，频率为915MHz或2450MHz[1]。微波具有传热之功能，当处于磁场环境下时，微波可通过对各分子的影响，将电磁转化为热能，以达到加热的目的。冶金工程中，加热为金属冶炼的关键步骤，对热量的要求极高。将微波技术应用到金属的萃取、浸出、干燥及还原过程中，对冶金效率的提高，能够起到一定的促进作用。

2 微波技术在冶金工程中的运用方法

2.1 微波萃取

萃取为微波技术在冶金工程中应用方式的一种。微波场中，离子可以定向的方式流动，产生离子电流，进而释放热量。在此过程中，分子极性的大小，是决定热能释放量的主要因素，两者呈正相关。强化该过程，是增强热量，缩短萃取时间，提高萃取效率的主要手段。传统的冶金萃取过程中，能量向萃取剂传递的过程，具有无规则性，相对散乱，因此萃取效果较差。将微波技术代替传统技术应用到萃取过程中，能够通过里外同时加热的途径，实现选择性的加热。将热量集中至某一区域，增强热量，以达到萃取的目的。萃取剂、萃取温度及时间，是影响微波萃取应用效果的主要指标：（1）萃取剂：部分溶液无极性，采用微波无法实现内部加热。因此所选择的萃取剂，必须具有极性。部分溶剂萃取残留过多，容易对后续的分析产生干扰。对该问题加以控制通常较为关键。（2）萃取温度与时间：将萃取的温度控制在萃取剂的沸点以下，将萃取时间控制在10--15min之内，能够有效提高萃取率。冶金行业应根据该特点，采用微波技术完成萃取的过程。

2.2 微波浸出

微波技术可以应用到黄铜的冶炼过程中，将黄铜矿加入一定量的FeCl2中，采用微波辐射6min。待冷却后，将黄铜浸出，即能够得到一定量的黄铜。与传统的加热技术相比，采用微波技术浸出，黄铜的浸出率可提升至少19%。可见，将微波技术应用到冶金的浸出过程中，对金属金属率的提高，具有重要价值。

锌主要来源于硅酸锌矿，传统的冶炼方法，以湿法冶炼为主。该方法的原理在于通过减少铁与硅的含量，使锌得以回收。同时，采用快速浸出的方法，完成金屬的浸出过程。该方法具有回收率低的缺陷，目前已基本被淘汰。将微波技术应用到浸出过程中，能够使上述问题得以解决。实践研究发现，无微波加热的情况下，硅酸锌矿浸出的产物，主要为ZnSO4·nH2O。该浸出物中，n一般为6或7。采用微波技术加温，浸出15min后，浸出物ZnSO4·H2O的提取率达到了98.3%。通过对两种浸出方法的对比可以发现，采用微波技术浸出，效果更佳[2]。

2.3 微波干燥

与传统的干燥技术相比，微波干燥具有加热均匀、速度快、透射能力强的优势，将其应用到冶金行业中，对干燥效率的提升，及冶金产量的增加较为有利。以硫酸铜中结晶水的测定为例，取硫酸铜样本2g，将微波功率控制在720W，加热时间控制为8min，硫酸铜的脱水率能够达到99.98%。如微波功率不足，脱水率通常会有有所下降。适当延长脱水时间，能够解决上述问题。有研究指出，与720W的微波下脱水8min相比，540W微波下脱水12min，可取得同样的脱水效果。除此之外，将微波技术应用到钛精矿的干燥过程中，同样能够达到提高脱水率的目的。在应用2450MHz的生活用微波的情况下，将微波功率设置为720W，脱水时间设置为90s，取钛精矿10g脱水，当达到6.682%的脱水率时，用时仅90s。将其与传统的干燥技术对比发现，为达到6.682%的脱水率，传统技术的用时长达105min。对比可以看出，采用微波技术脱水，效果更佳。

2.4 微波还原

微波技术还可应用到冶金工程的碳热还原过程中，确保还原反应能够有效实现。碳为微波吸收物质的一种，根据该特点，将微波技术应用到含碳的矿物的冶炼过程中，将会使冶炼的效率，得到极大程度的提升。金属氧化物的碳热还原反应化学式为：

MeO+C=Me+CO

在上述化学式中，Me代表金属。将化学式分解，可得到：

2MeO+C=2Me+CO2

CO2+C=2CO

两项化学式中，CO2+C=2CO即为碳热还原的化学方程式。与传统的加热方式相比，采用微波加热，能够进一步提高内部能量的聚集效率，缩短能量聚集的时间，进而弥补气化反应所消耗的热量，解决冶金行业中时常发生的“冷中心”问题。可见，采用微波技术完成含碳的矿物的碳热还原过程，优势显著。

3 结论

目前，微波技术已经被应用到了冶金行业中，与传统技术相比，在提高冶金效率、提高单位时间冶金量方面，体现出了极大的优势。但需注意的是，影响微波技术的干燥、浸出及萃取效果的因素较多。时间的长短、矿产资源的总量以及微波的功率等，均属于重要的因素。未来，冶金行业应通过实验，寻找各变量的最优解，以最大程度的提高冶金行业对微波技术的应用水平。

参考文献：

[1]刘彬，沈仙雨，陈浩.微波技术在冶金工程中的应用与实践[J].化工设计通讯，2016，42（10）：29+34.

[2]李晓晓.微波技术在冶金工程中的运用与实践探索[J].化工管理，2016，14（21）：78-79.