微波技术在冶金工程中的运用分析
摘 要：随着我国工业技术发展，和社会对于金属资源的需要。冶金行业在经济中的地位得到不断提升，社会对冶金行业生产技术的要求也在提高。另外，微波技术在工业和人们生活中得到了普及，微波是一种清洁干净的能源，将微波技术应用到冶金工程中可以提升金属的浸出、萃取效率，并节约更多资源，必定能够使冶金技术得到提升。该文将对微波技术的工作原理进行简要叙述，并分析当下微波技术在冶金工程中的应用，最后将会对微波技术在冶金工程中未来的发展进行展望。
关键词：微波技术 冶金工程 技术发展 浸出 萃取
在科技的支持下，冶金行业得到发展，同时冶金企业也在不断提升技术用以增加产量降低生产成本。微波技术出现后，得到广泛应用。现今微波技术在冶金领域得到广泛应用，尤其在萃取、浸出等工序中有着良好的效果。
1 微波技术的工作原理
微波是一个十分特殊的电磁波段，微波波长在1mm至1m之间，微波相应频率在300GHz至300MHz之间，其中民用的微波频率只有915MHz和2450MHz两个频率，微波虽然存在于无线电波和红外辐射之间，但是在产生方式、传播途径以及应用上都与二者有所不同。微波加热的工作原理如下，在磁场环境中，一些物质的分子会发生极化，分子将会随着微波场方向发生改变，在运动过程中极性分子会试图对自身速率进行调整，进而引起极性分子旋转。原子弹性散射会阻碍极性分子旋转，并导致能量耗散，将电磁能直接转化为热能，实现对物质加热升温的目的[1]。
微波加热有其明显的特点，与传统加热方式有很大不同。传统加热方式是传导式的加热，是一种通过外部热源由表面到内部的加热方式。微波加热是从对象材料内部进行，通过对象内部耗散来对目标进行加热，微波加热方式与传统方式相比也有其明显的优势。微波加热的方法是使受热目标本身成为发热体，这样能够使受热目标在加热的过程中做到受热均匀，避免了传统加热方式中存在的冷中心问题，无论受热物体的形状如何，都可以做到均匀受热。由于受热目标直接成为发热体，所有在微波加热的过程中，不需要经历热传导的过程，而且可以减少能耗提升受热速度。在微波的作用下，物质的原子和分子会发生高速振动，从而为化学反应建立更为有利的环境，进而降低能耗。微波加热可以在较低温度下完成杀菌保鲜的任务，微波加热快，对食物内维生素等物质活性能够做到最大程度的保留，而且微波本身不会产生废渣、废气等有害物质，更利于环境保护。
2 微波技术在冶金中的应用
微波技术在当今的冶金中应用广泛，主要包含微波辅助萃取、微波强化浸出、微波干燥、微波碳热还原和微波烧结等应用。
2.1 微波作为萃取辅助
微波技术在实际工作中应用有很多，微波能够穿过萃取介质，对加热物直接进行加热。因此在萃取的过程中，运用微波技术可以对萃取工作中的传质加热，继而减少萃取工作的时间，可以有效的提高萃取效率[2]。微波技术在对萃取进行辅助时，极性溶剂吸收微波的能力要更强，而且在微波条件下更容易提升溶剂活性，所以在萃取中，使用极性溶剂要优于非极性溶剂，使用极性溶剂能够和被萃取物产生更好的效果。在铂(Ⅱ)和钯(Ⅱ)络阴离子的萃取及分配行为中，可以发现在微波辐射下，分配比和饱和吸附容量得到了增大，萃取率有效提升，使用微波技术辅助萃取能够使萃取速率增大。
2.2 浸出应用微波技术
随着资源的不断开采，一些低质量的冶金原料也被当作冶金原料使用，对于低质量原料的处理工作难度越来越大，使用传统的湿法冶金工艺手段能够有效对这些低质量矿石进行处理，但是浸出率低，处理时间长，影响工作效率[3]。一些学者尝试将微波技术应用于这一工作中，并取得了良好的进展。纳库马尔等人在对低质量且难浸的金矿进行了微波预处理，在对试验结果分析后发现，矿石中的总碳量降低的值接近70%，而矿物中的致密硫化物被氧化成为了结构更为稀松的氧化物。将接受微波处理后的金矿放入氰化物中浸出，金回收率在95%以上，可发现利用微波处理后的浸出效果明显。另外，丁伟安在硫化铜精矿三氯化铁浸出反应的研究中，对微波的运用也进行了探讨。在硫化铜精矿三氯化铁浸出反应实验中，在使用微波加热后，浸出的速率有明显的提高，而且物质间出现反应的时间也在缩短，表面微波技术应用于浸出中的有效性。
2.3 微波应用于干燥处理
干燥处理是微波技术的最基本应用，水在微波的作用下会产生强烈的反应，水是有效吸收微波的物质。与传统通过辐射达到干燥的手段相比，微波干燥具有更多的优势，使用微波技术速度更快，更加有效的对物品起到更好的保护[4]。
库萨卡等学者在硼酸干燥实验中运用了微波技术，微波功率设定在100～700W间。在实验中，实验对象的温度在微波加热下迅速接近100℃，随后温度迅速下降，这说明水分已经快速脱离了实验对象。实验后对实验样品进行观察，发现样品在物理形态上并没有发生变化，而且硼酸中的结晶水没有在微波加热下发生分解，微波干燥用时短应用微波技术进行干燥不但速度快，而且安全性高，能够很好的保护加热对象。
2.4 微波碳热还原
碳在冶金中有着重要的作用，充当着冶金中的还原剂，可以有效的吸收微波，在微波条件下，碳可以快速升温，当碳迅速升温后其还原力得到增强。微波碳热还原技术的目的就是利用碳吸收微波的能力来还原氧化物，还原后将得到用于冶金的金属和化合物。
斯坦迪斯等人在对铁矿石微波碳热还原进行研究的过程中发现，通过微波加热的方法，能够有效解决在传统加热方法中一直存在的“冷中心”技术瓶颈。在微波加热的条件下，碳热还原率迅速提升。加拿大学者也曾经进行过此类实验，通过微波技术来处理含铁废渣，在微波加热废渣的同时，加入磁铁矿和碳，加热速度得到提升的同时，还回收了废渣中的铁矿，实现了资源的再回收[5]。
2.5 微波烧结
微波烧结是利用微波技术对材料进行加热，并提升至烧结温度实现材料的致密化。在进行微波烧结的过程中，升温速度快，但是在材料内部温度始终保持均匀，材料晶粒会受到抑制，材料质量会提升。
罗春峰等人对微波烧结进行研究，以粉末冶金铁基材料的烧结工艺与性能为研究主体，并和传统的真空烧结工艺进行对比。对实验结果进行分析后得出的结果表明，通过微波烧结，使粉末冶金铁基材料在1280℃的温度下保温10min，能够使材料达到95.8%的相对密度，进而增强了材料的硬度和抗拉强度。
3 微波技术在冶金工程中未来的发展
微波技术在冶金工程中的应用领域已经越来越多，使用微波技术能够提升金属的回收率、降低冶金技术的能耗、减少工作时间等，微波技术在冶金行业中有着广阔的发展前景。微波技术在冶金中的应用愈加成熟，但是随着生产需要，微波协调其他外场技术在冶金中的应用必须得到发展。如超声波技术能够通过空化反应将悬浮在溶液上的团聚颗粒进行粉碎，使水溶液吸收微波性能提升。但是类似于这种外场技术的联合工作技术尚不成熟，仍然需要进行完善和增加。外场技术的联用符合冶金行业发展需要，是冶金行业发展的必然趋势，因此，广大冶金行业研究者和工作者，应在实践中刻苦攻关，实现技术的发展。
4 结语
微波技术在冶金工程中得到良好的发展，对冶金技术有着巨大的帮助。但是相关研究者和从业人员也应该认识到，为了适应为了发展需要，必须要加强微波技术与其他外场技术的结合，提升技术联合能力，共同为冶金工程发展做出贡献。
参考文献
[1] 刘书祯，白燕，程艳明，等.微波技术在冶金中的应用[J].湿法冶金，2011(2)：91-94.
[2] 郑凯，赵平源.微波技术在冶金中的应用[J].广东化工，2014(8)：75-76，72.
[3] 石鑫越.微波碳热还原转炉渣脱磷动力学研究[D].石家庄：河北联合大学，2013.
[4] 马彦锋，陈向阳，陈永明.微波辅助浸钒工艺实验研究[J].西安建筑科技大学学报：自然科学版，2013(3)：452-456.
[5] 陈建.微波加热预处理铬铁矿工艺研究[D].昆明：昆明理工大学，2013.