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        微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用與實(shí)踐

        2017-11-22 09:59:32楊學(xué)強(qiáng)
        智富時代 2017年10期
        關(guān)鍵詞:冶金工程

        楊學(xué)強(qiáng)

        【摘 要】由于國家對制造業(yè)的重視,使得國內(nèi)的工業(yè)技術(shù)得到了長足的發(fā)展,市場上對于金屬資源的需求也呈現(xiàn)大幅增長的趨勢。冶金行業(yè)逐漸走出冷門,在經(jīng)濟(jì)總量中的占比逐年增加,當(dāng)然,由于市場的要求,冶金行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也變得越來越先進(jìn)。與此同時,人們?nèi)粘I畹姆椒矫婷娑伎梢钥匆娢⒉夹g(shù)的身影,首先,不可否認(rèn),微波相比于傳統(tǒng)能源,顯得更加潔凈,在冶金行業(yè)運(yùn)用微波技術(shù)能夠明顯提高金屬的浸出、萃取效率,同時也省去了較多能耗,有力的推動了冶金技術(shù)的進(jìn)步。文章重點(diǎn)介紹了微波技術(shù)的工作原理,而且對微波技術(shù)在冶金行業(yè)中的運(yùn)用進(jìn)行了分析,最后展望了微波技術(shù)在冶金工程中的發(fā)展前景。

        【關(guān)鍵詞】微波技術(shù);冶金工程;技術(shù)發(fā)展;浸出;萃取

        近年來科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,冶金行業(yè)在此大背景下也進(jìn)步了很多,從事冶金工作的公司均在思考,如何以技術(shù)的優(yōu)勢降低成本、提高效率。微波技術(shù)自誕生之初,便受到了極大地關(guān)注。發(fā)展至今,微波技術(shù)基本已經(jīng)滲透到了冶金行業(yè)的方方面面,特別是對于萃取、浸出等工序,成效斐然。

        一、微波技術(shù)的工作原理

        微波嚴(yán)格意義上屬于電磁波段,其波長跨度一般在一毫米到一米之間。在理論上,微波接近于無線電波和紅外輻射,然而不管是在生產(chǎn)形式,還是傳播途徑與應(yīng)用上,微波都與前兩者不同。和一般的加熱方式不同,微波加熱有著其獨(dú)特之處。眾所周知,傳統(tǒng)加熱是借助傳導(dǎo)的形式實(shí)現(xiàn)的,它是一種高溫向低溫的熱傳遞,外部熱源由表面逐步向內(nèi)部過渡。微波加熱的處理區(qū)域是目標(biāo)材料的內(nèi)部空間,通過材料內(nèi)部分子間的碰撞來實(shí)現(xiàn)加熱目標(biāo),這使得微波加熱有著獨(dú)特的優(yōu)勢。由微波加熱的原理決定,受熱目標(biāo)自身就成了產(chǎn)生熱量的發(fā)熱體,這樣一來的好處就是,受熱目標(biāo)能夠受熱均勻,這就巧妙的避開了傳統(tǒng)加熱模式中的諸多固有問題,微波加熱可以做到,無視單位體積形狀,而均使目標(biāo)物體均勻受熱。微波加熱使得目標(biāo)直接變成發(fā)熱體,這顯然就省去了熱傳導(dǎo)的過程,與此同時,還有著節(jié)能環(huán)保、受熱更快的優(yōu)點(diǎn)。在微觀方面,由于微波的作用,材料內(nèi)的原子和分子將處于極度活躍的狀態(tài),這將更加有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,由此消耗的能源將會更低。在低溫環(huán)境下,由于微波的作用可以實(shí)現(xiàn)殺菌保鮮的功能,因?yàn)槲⒉訜嵊脮r更短,食物中的維生素等營養(yǎng)物質(zhì)將會得到最大的保留。當(dāng)然,在環(huán)保方面,微波自身根本不會產(chǎn)生有害物質(zhì),這對于環(huán)境而言是十分有益的。

        二、微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用

        在冶金行業(yè)中,微波技術(shù)的身影無處不在,主要包含微波輔助萃取、微波強(qiáng)化浸出、微波干燥、微波碳熱還原和微波燒結(jié)等應(yīng)用。

        (一)微波作為萃取輔助

        微波技術(shù)無論在工業(yè)還是在生活中都應(yīng)用的十分廣泛,其能夠直接透過萃取介質(zhì),實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的加熱處理。故而,在進(jìn)行萃取時,其能以加熱傳質(zhì)的方式減少萃取時間,進(jìn)而提升萃取效率。

        (二)浸出應(yīng)用微波技術(shù)

        由于資源的總量畢竟是有限的,過度開采之后就會造成一種資源緊缺的狀況,這時部分供貨商就會濫竽充數(shù),將一些不符合標(biāo)準(zhǔn)的冶金原料提供到市場上,這樣一來就會加大對低質(zhì)量原料進(jìn)行處理的困難程度,如果利用傳統(tǒng)的濕法冶金工藝進(jìn)行處理,固然能夠達(dá)到一定的效果,然而浸出率實(shí)在過于低下,期間處理時間也過長,這都將嚴(yán)重降低工作效率。在微波技術(shù)興起之后,研究人員就計(jì)劃利用該技術(shù)進(jìn)行相關(guān)嘗試,實(shí)驗(yàn)效果十分良好。在研究中,納庫馬爾等人在實(shí)驗(yàn)之前,對低質(zhì)量且難浸潤的金礦采取了微波預(yù)處理,結(jié)果出來之后,對其分析可以發(fā)現(xiàn),礦物中的含碳量降低了百分之七十,其中的致密硫化物發(fā)生氧化作用,變成了相對稀疏的氧化物。將被微波處理的礦物質(zhì)置于氰化物中浸出,金的回收率超過了百分之九十五,顯然,可以發(fā)現(xiàn)微波處理過的礦物質(zhì)浸出效果十分顯著。

        (三)微波應(yīng)用于干燥處理

        微波技術(shù)運(yùn)用最多的就是進(jìn)行干燥處理,由于水的特殊結(jié)構(gòu)使得其在微波作用下,能夠出現(xiàn)劇烈的反應(yīng),中水含有能夠吸收微波的物質(zhì)。我們知道,傳統(tǒng)的干燥手段是通過輻射實(shí)現(xiàn)的,相比之下,微波干燥有著更加明顯的優(yōu)勢,微波干燥用時更短,對物品保護(hù)作用更加明顯等等。

        在進(jìn)行硼酸干燥的研究時,庫薩卡等學(xué)者優(yōu)先采用了微波技術(shù),據(jù)介紹,其使用的微波功率在一百到七百瓦之間。在實(shí)驗(yàn)過程中,目標(biāo)物體在微波作用下能很快達(dá)到一百攝氏度,再過段時間,物體溫度會急劇降低,其原因在于,其中的水分在短時間內(nèi)脫離出了物體。實(shí)驗(yàn)完成之后,觀察物體發(fā)現(xiàn),在物理形態(tài)上與實(shí)驗(yàn)前完全一致,并且硼酸內(nèi)的結(jié)晶水即使在微波作用下也沒有分解。

        (四)微波碳熱還原

        了解冶金行業(yè)的人都知道,碳在冶金中有著不可替代的作用,它是冶金中的還原劑,對微波有著良好的吸收作用,在微波的作用下,碳的溫度能在短時間內(nèi)達(dá)到很高,高溫狀態(tài)下的碳有著極強(qiáng)的還原力。微波碳熱還原技術(shù)的原理就是,通過碳吸收微波的功能來對氧化物進(jìn)行還原,它的產(chǎn)物就是之后進(jìn)行冶金所需要的原料。在進(jìn)行鐵礦石微波碳熱還原的實(shí)驗(yàn)時,斯坦迪斯等學(xué)者發(fā)現(xiàn),利用微波加熱能解決傳統(tǒng)加熱中的一些固有問題,最典型的就是“冷中心”技術(shù)難題。微波加熱得到了高溫碳,高溫碳實(shí)現(xiàn)了高的還原率。

        (五)微波燒結(jié)

        微波燒結(jié)通俗的來講就是,通過使用微波技術(shù)來對目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行加熱,一直到能夠?qū)崿F(xiàn)燒結(jié)的溫度,以此來促成材料的致密化。微波燒結(jié)時的溫升很快,然而,材料內(nèi)部卻一直保持著均勻的溫度,微觀上來看,由于材料晶粒受到了抑制,使得材料質(zhì)量得到了提升。

        羅春峰等學(xué)者一直從事著微波燒結(jié)的技術(shù)研究,他們將粉末冶金鐵基材料的燒結(jié)工藝與性能作為實(shí)驗(yàn)對象,參照常用的真空燒結(jié)工藝,進(jìn)行對比研究。實(shí)驗(yàn)表明,在微波燒結(jié)工藝中,材料在1280℃的溫度下,做十分鐘的保溫處理,能讓材料達(dá)到近百分之九十六的致密度,這對于提升材料的性能來說是至關(guān)重要的。

        三、微波技術(shù)在冶金工程中未來的發(fā)展

        現(xiàn)如今,微波技術(shù)已被廣泛的使用在了冶金工程中,它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提升金屬的回收率、節(jié)約能源降低成本、縮短工作用時等,故而,微波技術(shù)在冶金行業(yè)中將會得到越來越多的應(yīng)用,其技術(shù)也將發(fā)展的愈加成熟。由于生產(chǎn)實(shí)際的需求,微波協(xié)調(diào)其他外場技術(shù)在行業(yè)中的運(yùn)用急需得到發(fā)展。但現(xiàn)實(shí)情況下這種外場技術(shù)的協(xié)調(diào)工作技術(shù)沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)借鑒,依舊需要不斷的優(yōu)化。外場技術(shù)的聯(lián)用是冶金工程的一個重點(diǎn)發(fā)展方向,故而,該領(lǐng)域的從業(yè)者應(yīng)該理論與實(shí)踐并行,刻苦攻關(guān)艱苦奮斗,推動冶金行業(yè)的向前發(fā)展。

        四、結(jié)語

        微波技術(shù)在冶金工程的運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)了冶金技術(shù)的飛躍性發(fā)展。在我們?yōu)槿〉玫某删托牢繒r,也必須意識到,要想滿足市場的需求和技術(shù)的需要,必須要加強(qiáng)微波技術(shù)與其他外場技術(shù)的結(jié)合,提升技術(shù)聯(lián)合能力,共同為冶金工程發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1] 鄭凱, 趙平源, ZhengKai,等. 微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用[J]. 廣東化工, 2014, 41(8):75-76.

        [2] 劉能生, 彭金輝, 張利波,等. 微波技術(shù)在稀貴金屬冶金中的研究應(yīng)用進(jìn)展[J]. 貴金屬, 2009, 30(4):48-51.

        [3] 劉彬, 沈仙雨, 陳浩. 微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用與實(shí)踐[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊, 2016, 42(10).endprint

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