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        微波技術(shù)在冶金工程中的運用初探

        2020-10-21 13:42:19張凱旋
        青年生活 2020年22期
        關(guān)鍵詞:冶金工程運用分析

        摘要:微波技術(shù)在冶金工程中得到良好的發(fā)展,對冶金技術(shù)有著巨大的幫助。但是相關(guān)研究者和從業(yè)人員也應(yīng)該認識到,為了適應(yīng)為了發(fā)展需要,必須要加強微波技術(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。

        關(guān)鍵詞:微波技術(shù);冶金工程;運用分析

        微波技術(shù),作為一門上世紀初發(fā)展起來的新技術(shù),在眾多行業(yè)領(lǐng)域中都得到了認可。在冶金工程中,更是少不了微波技術(shù)的應(yīng)用,由于微波技術(shù)具有選擇性加熱、均勻加熱、內(nèi)部加熱、快速加熱等特性,對于礦物浸出、微波煅燒、微波燒結(jié)、微波干燥等有非常顯著的作用,因而受到冶金工程的重視。

        一、微波技術(shù)的工作原理

        微波是一個十分特殊的電磁波段,微波波長在1mm至1m之間,微波相應(yīng)頻率在300GHz至300MHz之間,其中民用的微波頻率只有915MHz和2450MHz兩個頻率,微波雖然存在于無線電波和紅外輻射之間,但是在產(chǎn)生方式、傳播途徑以及應(yīng)用上都與二者有所不同。微波加熱的工作原理如下,在磁場環(huán)境中,一些物質(zhì)的分子會發(fā)生極化,分子將會隨著微波場方向發(fā)生改變,在運動過程中極性分子會試圖對自身速率進行調(diào)整,進而引起極性分子旋轉(zhuǎn)。原子彈性散射會阻礙極性分子旋轉(zhuǎn),并導(dǎo)致能量耗散,將電磁能直接轉(zhuǎn)化為熱能,實現(xiàn)對物質(zhì)加熱升溫的目的。

        微波加熱有其明顯的特點,與傳統(tǒng)加熱方式有很大不同。傳統(tǒng)加熱方式是傳導(dǎo)式的加熱,是一種通過外部熱源由表面到內(nèi)部的加熱方式。微波加熱是從對象材料內(nèi)部進行,通過對象內(nèi)部耗散來對目標進行加熱,微波加熱方式與傳統(tǒng)方式相比也有其明顯的優(yōu)勢。微波加熱的方法是使受熱目標本身成為發(fā)熱體,這樣能夠使受熱目標在加熱的過程中做到受熱均勻,避免了傳統(tǒng)加熱方式中存在的冷中心問題,無論受熱物體的形狀如何,都可以做到均勻受熱。由于受熱目標直接成為發(fā)熱體,所有在微波加熱的過程中,不需要經(jīng)歷熱傳導(dǎo)的過程,而且可以減少能耗提升受熱速度。在微波的作用下,物質(zhì)的原子和分子會發(fā)生高速振動,從而為化學(xué)反應(yīng)建立更為有利的環(huán)境,進而降低能耗。微波加熱可以在較低溫度下完成殺菌保鮮的任務(wù),微波加熱快,對食物內(nèi)維生素等物質(zhì)活性能夠做到最大程度的保留,而且微波本身不會產(chǎn)生廢渣、廢氣等有害物質(zhì),更利于環(huán)境保護。

        二、微波技術(shù)在冶金中的應(yīng)用

        微波技術(shù)在當(dāng)今的冶金中應(yīng)用廣泛,主要包含微波輔助萃取、微波強化浸出、微波干燥、微波碳熱還原和微波燒結(jié)等應(yīng)用。

        2.1 微波萃取

        萃取為微波技術(shù)在冶金工程中應(yīng)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(guān)。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(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(guān)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(yīng)根據(jù)該特點,采用微波技術(shù)完成萃取的過程。

        2.2微波技術(shù)在冶金工程中的浸出

        由于冶金原料的質(zhì)量有高有低,所以相應(yīng)的冶金原料處理方式會存在差異。對于低質(zhì)量的冶金原料,通常采用濕法冶金工藝手段進行處理。雖然可達到處理的目的,但是這種方式處理的浸出率不盡如人意。加之處理所用的時間過長,因此難以保證工作效率。將微波技術(shù)應(yīng)用于處理低質(zhì)量的冶金原料中,礦石中的總碳量降低的值能夠達到預(yù)期目標,且礦物中的致密硫化物被氧化可成為氧化物(結(jié)構(gòu)更為稀松)。金礦(接受微波處理后)在氰化物中浸出,金回收率非常高,至少可達到9 5%。由此可見,微波技術(shù)應(yīng)用于此,效果顯著。

        2.3 微波干燥

        微波技術(shù)最基本的應(yīng)用作用就是干燥,因為在微波的作用下,水能夠發(fā)生強烈的反應(yīng),將微波吸收。傳統(tǒng)的干燥方法就是應(yīng)用輻射,干燥的速度比較慢。微波技術(shù)的應(yīng)用使干燥的速率有了顯著地提升,還能夠保持被干燥物品的完整性。

        比如,相關(guān)研究學(xué)者進行的硼酸干燥實驗,該實驗應(yīng)用了微波技術(shù)進行干燥,將微波的功率設(shè)定在一定的范圍內(nèi),在進行實驗的時候,實驗物品會在微波的作用下溫度迅速上升,然后再迅速下降,這就表明水分成功脫離;在實驗結(jié)束之后,觀察實驗物品發(fā)現(xiàn),從物理形態(tài)角度而言,實驗物品沒有出現(xiàn)變化,與此同時,硼酸中存在的結(jié)晶水也沒有在微波的作用下發(fā)生分解。由此可以看出,微波技術(shù)在冶金工程干燥中的應(yīng)用,能夠有效提高干燥的效率,保護干燥物品,還具有較高的安全性。

        2.4微波技術(shù)在冶金工程中的碳熱還原

        由于碳在微波條件下可快速升溫,因此,碳在冶金中充當(dāng)著冶金中的還原劑,是效吸收微波的重要物質(zhì)。微波碳熱還原技術(shù),主要的作用就是還原氧化物(利用碳吸收微波的能力),將其用于冶金的金屬和化合物中。一直以來,所應(yīng)用的傳統(tǒng)加熱方法中一直存在“冷中心”技術(shù)問題,而微波加熱可避免這方面的問題。除此之外,將微波技術(shù)應(yīng)用于含鐵廢渣的處理方面,若將磁鐵礦和碳加入其中,不僅會提升加熱速度,而且還能夠回收廢渣中的鐵礦。

        結(jié)語

        通過閱讀以上行文,我們可以了解到微波技術(shù)因微波具有環(huán)保的特點而在各行各業(yè)中得到大力推廣,因此,微波技術(shù)在冶金工程中應(yīng)用廣泛。但是微波技術(shù)的能力轉(zhuǎn)化效率不高,如何利用現(xiàn)有技術(shù)提高微波能量的轉(zhuǎn)化率,是當(dāng)下微波技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模廣泛使用的難點,也是未來科研事業(yè)需要攻克的重點。

        參考文獻

        [1]劉彬,沈仙雨,陳浩.微波技術(shù)在冶金工程中的應(yīng)用與實踐[J].化工設(shè)計通訊,2016,42(10):29+34.

        [2]李曉曉.微波技術(shù)在冶金工程中的運用與實踐探索[J].化工管理,2016,14(21):78-79.

        [3] 石鑫越.微波碳熱還原轉(zhuǎn)爐渣脫磷動力學(xué)研究[D].石家莊:河北聯(lián)合大學(xué),2013.

        [4]馬彥鋒,陳向陽,陳永明.微波輔助浸釩工藝實驗研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013(3):452-456.

        作者簡介:張凱旋(1997.9.28-),漢族,籍貫:山西省大同市靈丘縣史莊鄉(xiāng)韓坪村,冶金工程

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