微波加热在矿物冶金以及钛冶金中的应用

微波加热在矿物冶金以及钛冶金中的应用
1微波加热简介
微波是频率在13～300GHz，即波长在0.1～100cm之间的电磁波，微波加热常用的频率为915MHz，2450MHz。

与常规加热不同，微波加热不需要由表及里的热传导，而是通过微波在物料内部的能量耗散来直接加热物料，根据物料电磁特性的不同，可及时有效地在整个物料内部产生热量。

微波通过在物料内部的介电损耗直接将化学反应所需要的能量传递给反应的分子或原子，这种原位能量转换方式可促进化学反应和扩散过程快速进行。

根据材料和微波相互作用情况可以将材料分为微波透过体、微波反射体、微波吸收体和混合体四大类。

一般冶金矿物都属于第四类，矿物中FeTiO3、Fe、Fe3O4、FeS2、CuCl、MnO2和木炭等物质均为微波吸收体，属于高活性材料，在微波场中的升温速率非常快：而矿物CaO，CaCO3和SiO2等物质都是微波透过体属于惰性材料，不能被微波加热。

利用微波选择性加热矿物组分的特点，向矿石中配入适当的组分，可以有效地实现有用组分从矿物中的分离。

2微波技术在矿物冶金中的应用
2.1微波助磨
微波技术在煤矿、铁矿以及其它矿物加工中的研究已取得较好进展，如微波技术可使煤矿和铁矿石的功指数分别降低50％和90％以上，使黄铁矿磨耗降低5／6。

微波处理钛铁矿时，不但降低能耗、提高磨矿效率和产量，而且对提高下游浮选和磁分离等过程的回收率非常有利。

研究表明，微波磨矿克服了传统磨矿中能耗大、能效低的缺点，从而大幅降低磨矿成本、提高产量。

但是，使用中要考虑可磨性的改善程度与矿石种类、粒径以及组分的分散程度的关系，根据情况选择合适的微波频率、强度和加热时间。

2.2微波助浸
微波技术在处理含砷、硫、碳的难处理金精矿，以及铂钯的铜镍精矿和红土矿等方面研究较多。

如微波处理含砷、硫、碳的难浸金精矿后，金氰化浸出率从40.63％提至68.63～97.90％以上。

而微波处理时如加入NaOH，还可将矿石中的S和As分别转化为Na2O4和Na3AsO3，避免了As2O3和SO2等污染环境；微波技术处理难浸黄铁矿和砷黄铁矿型金矿时，不但使金的回收率从30％提至90％以上，而且没有SO2产生，副产品硫磺可出售；另外，微波预处理含碳的微细金矿和铂钯的铜镍精矿后金的氰化浸出率由几乎为0和50％分别提至86.53％和87.00％以上，而且大幅降低能耗和作业时间。

研究表明，微波技术浸取矿石，具有浸出率高、能耗低、速度快、环境效益好等优点。

2.3微波冶金
我们知道，金属的介电损耗因子大，微波的透射深度小，当微波和金属相互作用时，表现为反射，很难完成微波冶金。

但是，微波用于金属粉沫则不同。

如采用微波对Fe、Ni、W、Cu、A1和Sn等金属及其合金粉加热(加热速率达100℃／min)，可提高制成器件的致密性、延展性和韧性：微波技术用于生产钒氮、氮化硅等合金，具有明显的节能、节气。

也就是说。

微波技术可用于金属粉沫冶金，并具有速度快、节能、改善产品性能等优点。

综上所述，微波技术用于冶金，具有能耗低、速度快、浸出率高、产品性能优良和环境效益好等特点。

可以预见，对于矿物冶金这一能耗极大的领域，具有广阔的发展前景和巨大的经济效益。

3微波加热在钛冶金中的应用
3.1钛铁矿在微波场中的升温特性和吸波特性研究
冶金行业属于能耗大户，能耗的大小是决定冶金领域的一些新工艺能否成功的关键。

微波作为一种新的加热方式能否应用于钛冶金领域，首先要确定钛铁矿和富钛料是否为吸收微波物质。

3.2微波对钛铁矿的预处理
目前工业利用的钛铁矿均系含钛复合铁矿类矿床，它是一种原生矿，结构致密，难采难选。

磨矿是矿物加工过程中能耗较大且效率较低的阶段。

传统磨矿大约消耗矿物加工过程总能耗的一半以上，但能效却只有1％。

根据矿物中的不同组分介电性质不同的特点，微波将选择加热矿物中的高损耗相，而低损耗相则没有明显的温升，尤其是矿石中石英、方解石等脉石组分几乎不能被微波加热。

微波在短时间内(<10 s)选择性地加热矿石中的某些组分，使不同组分间因热膨胀系数不同而在晶格间产生应力，导致颗粒间边界断裂，从而促进有用矿物的解离并改善矿石的可磨性。

微波辅助钛铁矿的破碎是因为钛铁矿矿石内各组分的介电常数不相同，导致矿石局部不均匀膨胀和收缩，产生较强的局部应力和粒间裂缝从而提高矿石的可磨性并降低钛铁矿石的磨矿能耗。

3.3微波加热在钛铁矿碳热还原中的应用
目前钛铁矿的火法富集包括电炉熔炼法、等离子熔炼法、选择氯化法和其他热还原法等。

电炉熔炼法的实质是钛铁矿与固体还原剂无烟煤或石油焦等混合加入电炉中进行还原熔炼。

碳作为一种很好的微波吸收物质，当微波用于金属氧化物的碳热还原时。

可在短时间内加热到1 053-1 556 K，使碳的还原能力明显提高，从而加速还原过程的进行。

3.4微波加热在钛湿法提取中应用
当钛铁矿经过还原得到高钛渣时，高钛渣品位较低。

需要再进行酸浸。

而传统浸取方法中矿物加热浸出一定时间后，浸出反应产生的较致密物质会包裹未反应的矿核，使浸出反应受阻。

延长了浸出反应时间，增加了能耗。

微波加热能促进液固相反应的连续进行，对化学反应起到催化作用，可以促进矿物在溶剂中的溶解，提高湿法冶金浸出过程的浸出速率和降低浸出过程的能耗，而微波加热本身不产生任何气体，实现冶金过程的高效、节能、环境友好。

综上所述，微波加热技术用于钛冶金领域可以降低钛铁矿的磨矿能耗，克服传统加热难以克服的难题；微波加热能促进液固相反应的连续进行，对化学反应起到催化作用，可以促进矿物在溶剂中的溶解，提高湿法冶金浸出过程的浸出速率和降低浸出过程的能耗，而微波加热本身不产生任何气体，可实现冶金过程的高效、节能、环境友好。