微波技术在冶金中的应用

《微波技术在冶金中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5卷第2期过程工程学报Vol.5No.22005年4月TheChineseJournalofProcessEngineeringApr.2005微波技术在冶金中的应用蔡卫权，李会泉，张懿(中国科学院过程工程研究所，北京100080)摘要：在简要概述微波加热基本原理和用于冶金基础研究现状的基础上，着重评述了微波辐射技术在磨矿、湿法浸取、干燥、废物处理和矿石还原等冶金领域中的最新进展.大量研究实例表明，用微波强化传统冶金单元操作过程可以显著地减少操作时间并提高效率，具有良好的经济价值和潜在的工业化前景.最后详细论述了微波冶金亟需解决的问题，展望了今后的研究开发方向.关键词：微波；冶金；磨

2、矿；浸取；干燥/脱水；矿物还原；废物处理中图分类号：TD925.6;TNO15文献标识码：A文章编号：1009−606X(2005)02−0228−051前言式中，E为腔体中的电场强度，ε"eff为介质在微波场中的有效损耗因子，ε0为无外电场时材料的介电常数，f微波是一种频率在0.3~300GHz、波长在0.1~100为微波频率，σ为整个材料体系的有效电导率，ε'r为相cm之间的电磁波.把微波能作为一种能量加以利用，通对介电常数，tanδ为介质损耗角正切，反映了介质吸收过在物料内部的能量耗散选择性加热物料，具有加热均微波能的能力.可见，材料的介电性质(ε'r,ε"eff和tanδ)匀、

3、热效率高、清洁无污染、启动和停止加热非常迅速在很大程度上反映了其对微波的吸收能力.对高磁敏感以及甚至可以改善材料性能等传统加热方式无法比拟[2]性材料，必须考虑磁场的影响，式(2)需校正为的优点，在提高生产效率和改善生产条件等方面具有明22Pf=2+πεEεπ′′2µµ′′H,(3)0effoeff显优势，因而在电子、食品加工、化工、医药、环境保[1]式中，µ为自由空间中的磁损耗因子，µ"为有效磁损护和家庭生活等领域得到了广泛的应用.作为一种发0eff展迅猛的新型绿色冶金方法，微波加热在磨矿、预处理、耗因子，H为磁场强度.而材料吸收微波能转化成热能预还原、干燥、焙烧、金属提取和烟尘等废

4、料的处理和后的升温速率为2利用等领域也受到了广泛重视，某些研究成果正逐步转∆T2πεεf′′E=0eff,(4)[2−5]∆tCρ入实用阶段，初步显示了在化学冶金中应用的巨大p潜力.本工作在简要概述微波加热矿物作用原理的基础式中，T,ρ,Cp和t分别为材料的温度、密度、恒压质量上，较全面地评述了微波冶金近几年研究的最新进展，热容和升温时间.材料的介电性质对微波在其内部的穿最后详细讨论了微波冶金现存的主要问题，展望了今后透深度有重要影响，即：的研究开发方向.12D=3λπ0r8.686tanδ()ε′ε0.(5)2微波加热基础式中，λ0为入射微波的波长，D为入射微波能减少一半时的材料深度

5、，其大小将决定材料加热和熟化的均匀性.微波加热的前提是微波能可以透过材料并被其吸可见，低频率微波能和低介电损耗材料将导致体加热，[6]收，这需要材料必须具备以下两种特性：一是被加热而高频率微波能和高介电损耗材料只能加热材料表面.材料的表面不能反射微波能，即材料的标准阻抗为1.根据材料和微波间的相互作用情况可以将其分为Zn=ZL/Z0=1,ZL=Z0,(1)微波透过体、微波反射体、微波吸收体和两种以上介电[7]性质不同的材料组成的混合体四大类.一般矿物都属式中，Zn,ZL和Z0分别为材料的标准阻抗、载荷阻抗和于第四类，而矿物中所含的CaO,CaCO3和SiO2等物质透射线阻抗.二是被加热

6、材料能不可逆地将入射的电磁[1]都是微波透过体，属于惰性材料，不能被微波加热，能转化为自身的热能.单位体积材料吸收的微波能为Fe3O4,FeS2,CuCl,MnO2和木炭等物质均为微波吸收222P==σπEfEfE22εεπ′′=εε′tanδ,(2)体，属于高活性材料，在微波场中的升温速率非常快.利0eff0r收稿日期：2004−02−27，修回日期：2004−04−26基金项目：国家“十五”、863计划资助项目(编号：2003AA647010)；国家自然科学基金重点资助项目(编号：50234040)作者简介：蔡卫权(1973−)，男，湖北省十堰市人，博士研究生，讲师，化学工艺专业，

7、E-mail:wqcai@home.ipe.ac.cn.第2期蔡卫权等：微波技术在冶金中的应用2292用微波选择性加热矿物组分的特性，向矿石中添加适当α=1/(αt+b),dα/dt=(1−aα)/b.(7)的组分，可以有效地实现有用组分从矿物中的分离.例式中，a是与矿石中MnO2含量有关的参数，MnO2含量如，向黑钨精矿中加入30%的苏打后混合物能强烈地吸越高，a越小，而b与矿石的粒度有关，矿石越细，b收微波能，在800~850℃下恒温处理2