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微波技术在冶金中的应用

来源:华佗小知识
第5卷第2期过程工程学报Vbl.5No.22005年4月TheChineseJo啪alofProcessEnginee血gA弘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l00080)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;磨矿;浸取;干燥/脱水;矿物还原:废物处理中图分类号:TD925.6;TN015文献标识码:A文章编号:1009—606x(2005)02—0228一051前言式中,E为腔体中的电场强度,一’。行为介质在微波场中的有效损耗因子,面为无外电场时材料的介电常数,厂微波是一种频率在O.3~300GHz、波长在0.1~100为微波频率,D为整个材料体系的有效电导率,卉为相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,tan劝介质损耗角正切,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(一,,矿。ff和taIl国匀、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性材料,必须考虑磁场的影响,式(2)需校正为[21的优点,在提高生产效率和改善生产条件等方面具有明显优势,因而在电子、食品加工、化工、医药、环境保P=2疗归2岛珞+2巧%昭日2,(3)护和家庭生活等领域得到了广泛的应用[1】.作为一种发式中,肋为自由空间中的磁损耗因子,∥。fr为有效磁损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,甘为磁场强度.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料的处理和后的升温速率为利用等领域也受到了广泛重视,某些研究成果正逐步转△r2万.厂岛矗lErr4、入实用阶段,初步显示了在化学冶金[2_5]中应用的巨大出pCp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,L乃Cp和f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一,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.D=3厶/8.686瓜an6(《/‰)¨·【5)2微波加热基础式中,凡为入射微波的波长,D为入射微波能减少一半时的材料深度,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,收,这需要材料必须具备以下两种特性[6]: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/磊=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式中,Zn,ZL和Z0分别为材料的标准阻抗、载荷阻抗和性质不同的材料组成的混合体四大类【71.一般矿物都属透射线阻抗.二是被加热材料能不可逆地将入射的电磁于第四类,而矿物中所含的Cao,CaC03和Si02等物质能转化为自身的热能.单位体积材料吸收的微波能为‘1】都是微波透过体,属于惰性材料,不能被微波加热,Fe304,FeS2,CuCl,Mn02和木炭等物质均为微波吸收P=仃IEl2=27∥气珞IEl2=2,叮岛《tall占|E12,(2)体,属于高活性材料,在微波场中的升温速率非常快.利收稿日期:2004_02—27,修回日期:2004埘-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(1973一),男,湖北省十堰市人,博士研究生,讲师,化学工艺专业,E—mail:wqcai@home.ipe.ac.cn.万 方数据第2期蔡卫权等:微波技术在冶金中的应用229用微波选择性加热矿物组分的特性,向矿石中添加适当的组分,可以有效地实现有用组分从矿物中的分离.例如,向黑钨精矿中加入30%的苏打后混合物能强烈地吸收微波能,在80∞850℃下恒温处理20~30min就可以获得高质量的烧结快,烧结料水浸时钨的浸出率高达99%[81.但要真正弄清矿物在微波场中的加热特性或对其加热特性从理论上进行预测,必须测定其介电常数一和有效损耗因子∥随温度的变化关系.Pickles【9】采用谐振腔微扰技术测定了含镍褐铁矿和赤铁矿在2.46GHz微波场中的介电常数一和有效损耗因子∥(图1),并拟合出了含镍褐铁矿的介电常数F随温度变化的方程:F=5.69+0.0244z乙0.0003严+1.0×10—6P一2.O×10—9,+2.0×10—12,一5.0×10—16严.(6)Tempe陷tu他(℃)图1含镍褐铁矿和赤铁矿的介电常数一及有效损耗因子∥随温度的变化【9】Fig.1Dielectricconstant(印andefhcientdissipationfactor(一’)ofnickelifbroIus1ilnoniticlateriteandhematitef.unctionoftempera_tIlreat2.46GHz[9】由图1和式(6)可知,含镍褐铁矿的F和∥在低温下比较低,但到600℃以上时却迅速增加.据此预测,低温时添加耐火土或木炭等高介电损耗材料可以有效地强化矿石的微波处理效果,而高温时却要注意避免升温失控或引起飞温.矿物在微波场中的升温性能除了与其组分密切相关外,还与矿石的粒度、微波功率和能量密度等因素有关,但对不同矿物差别很大.例如,Standish等[10]研究发现,细A1203粉体在2.45GHz,500w微波场中升温比粗A1203颗粒快,对Fe304颗粒却正好相反.而Huang等[11]在研究微波强化黄铁矿和白铁矿在溶液中的浸取动力学时则发现,两种矿石的分解受颗粒表面的化学反应所控制,分解速率随粒径的减小都有所增加.苏永庆等[12】研究微波场中硫酸浸取黄铜矿动力学时也有类似发现,黄铜矿越细,铜的浸出率研Ⅱ浸取速率d∥出越大,并可以定量地表示为万 方数据仁l/(讲如),d削卢(1一口回%.(7)式中,口是与矿石中Mn02含量有关的参数,Mn02含量越高,口越小,而6与矿石的粒度有关,矿石越细,6越小.3微波加热在冶金中的应用3.1微波辅助磨矿传统磨矿大约消耗矿物加工过程总能耗的59%~70%,但能效却只有约1%,利用矿石中的不同组分,尤其是石英、方解石等脉石组分几乎不能被微波加热的特性,短时间内(<10s)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.微波辐射对促使矿石中组分颗粒间断裂非常有效,甚至可以使挪威钛铁矿等矿石的功指数迅速下降90%以上,见图2【1引.图中金矿石的功指数基本上不受微波辐射时间影响的主要原因是样品中遍布分散度非常好的黄铁矿晶粒和团聚体,而微波场中矿石颗粒较大、分散度较差时有利于产生较大的应力,强化断裂并产生更大的加热速率.8£6车4蔓i2罟0.兰8芒呈6翟4昌20MicrowaVeexposu陀time(s)图2不同矿石的功指数随微波辐射时间的变化Fig.2Plotofworkindexvs.IIlicrowaveexposuretimefordi丘brentores[13】Kingman等【14】的研究还表明,用大功率微波短时间预处理钛铁矿在迅速产生应力、降低矿石强度和提高磨矿产量的同时,还强化了其组分的磁学性质,这对提高下游浮选和磁分离等过程的回收率非常有效.whittles等【l5】对微波透过体方解石中模拟lmm2大小黄铁矿的研究结果也证实了上述结论.用能量密度为1×109w/m3的微波辐射30s可以使矿石的强度从125MPa减小到80MPa,而微波能量密度为1×1011w/m3时只需辐射0.05s就使矿石的强度从125MPa减小到60MPa,即用前者能耗的l/6达到了更好地减小矿石应力的目的.可230过程工程学报第5卷见,采用大功率微波短时间预处理矿石对大幅度降低磨矿成本具有重要意义.由于矿石可磨性的改善程度和其种类、粒径以及组分的分散程度密切相关,因此应针对具体情况选择合适的微波频率、强度和加热时间【131.3.2微波辅助浸取通常,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矿核,使浸出反应受阻.而采用微波强化浸取配有相应添加物的矿石,使矿粒间产生热应力裂纹和孔隙或与添加物反应,不断更新反应界面,将有助于改善浸出效果[161.用该方法预处理黄铁矿、砷黄铁矿和磁黄铁矿等很容易被微波加热的硫化矿型难浸金矿既不需要燃料,也不需要控制临界含硫量,不仅能耗降低,处理效率也大大提高.谷晋川掣17】用最大功率为5kW2.45GHz的微波预处理主要组分为黄铁矿的山东某金矿浮选精矿后,金的氰化浸出率最高达97.9%以上,微波处理时加入Na0H还可以将矿石中的S和As分别转化为Na2S04和Na3As03,避免了As203和S02等有害气体产生的环境污染.微波处理含砷难浸金矿已多次进行过中试实验.例如,加拿大EMR微波公司曾开发出了用两台75kW,915MHz的微波发生器以5~10t/d的规模预处理难浸黄铁矿和砷黄铁矿的两段连续工艺,不但金的回收率由未经微波处理前的30%提高到90%以上,而且该过程没有S02产生,副产的硫磺可以作为产品出售【l8];我国河北沙坡屿金矿也曾进行过20们的微波焙烧工业实验,但遗憾的是后来没有转入正常生产[1纠.利用硫化物的良好微波加热特性,先将某些难以用常规选矿方法选矿富集的氧化矿硫化,再转入浮选富集阶段,也是微波辅助浸取的重要方法.Hua等[20’211用Ⅺ①研究高硅氧化锌矿的浓硫酸浸出时发现,无微波加热时,主要浸出产物znSO。.胛H20中的咒为6或7,以6为主,反应如下:Zn4Si207(OH)2H20+4H2S04+(4订一6)H20—}4zns04.甩H20+2si02山.(8)而用2.45GHz,750w的微波辐射强化浸取15觚n后,主要浸出产物为znSO。.H20,zn的提取率高达98.3%,溶液中Fe和Si的含量则分别下降到0.3%和0.1%以下,大大优于无微波时的酸浸过程.这是因为znS04.,zH20不断吸收微波能脱水转化为znS04.H20,从而进一步促使矿石脱水,转化为不溶性的Si02;另外,矿石中的Fe2(S04)3吸收微波能后转化为不溶性的Fe(OH)3,反应如下:zns04·7H20—争zns04·6H20+H20(g),(9)万 方数据zns04‘6H20寸zns04’H20+5H20(曲,(10)Fe2(s04)3+3zno+6H20(g)—手2Fe(OH)3山+3zns04.H20.(11)由于世界上已探明镍资源中约80%为难选氧化矿,因此低品位氧化镍矿冶金新工艺的开发正日益受到重视.华一新等【22】将微波引入低品位氧化镍矿的氯化焙烧,产出的熔砂用稀酸浸出,不仅可以缩短反应时间,降低过程的能耗,而且还可以提高镍的浸出率,采用微波加热只需20曲n就可以使镍的浸出率达到71.7%,而传统加热需要40IIlin才能使镍的浸出率达到68.8%.但微波辐射时间过长可能会使体系的HCl浓度降低,使已生成的氯化物又发生水解,从而导致镍的浸出率下降.应该指出,并不是所有矿石都适合用微波强化浸取.例如,郑英等[23】在进行从某铀矿石中提取的粘土矿物在微波辐射下的酸溶性实验后发现,微波辐射使粘土矿物的酸溶性大大增强,不仅消耗了大量硫酸,也给后续工艺杂质离子的脱除带来了困难.可见,用微波强化浸取含粘土矿物较多的铀矿石是不可取的.3.3微波干燥和分解与传统被加热物料从外部热源吸收热量相比,微波加热辅助干燥、浓缩和脱水的优点是热从材料内部产生、脱水速度快,不会因局部过烧和生烧出现皲裂或爆裂现象,甚至能降低脱水温度,产品外观和其他理化性能也可以得到明显改善.理想的微波干燥是只有水吸收微波能,实际干燥效果取决于物料中水和矿物组分吸收微波能的比例.利用微波辐射还能使某些化合物发生脱水反应.例如,樊希安掣24悃800w微波辐射Mg(oH)2的研究结果表明,微波辐射8111in时Mg(0H)2的分解率高达99.6%,所得轻质活性Mgo的质量达到沪Q小G11—238—82一级标准,且煅烧时间只有传统方法的1/10.张世敏等【25】则已研制出了微波加热中试装置,在该装置中用10kw微波处理50kg二级硫酸铜10Illin,可以将其转变为一级硫酸铜,干燥时间短且产品质量均匀,该装置还可以推广应用到微波加热再生载金炭和其他过程,显示了良好的工业化前景.当需要干燥的矿物和溶剂都是微波透过型物质时,可以加入吸收微波性能优异的碳、磁铁矿或碳化硅等促进剂,使这些物质升温后再传热给被干燥物质.这种微3.4微波加热矿物还原炭是一种廉价、来源广泛和微波吸收性能优异的还原剂,能在很短的时间内升温到780~1283℃,既使对低介电损耗金属氧化物的微波碳热还原,也可以产生局部高温,从而加速还原过程的进行.铬盐是重要的化工原料,但铬渣中含有致癌作用的六价铬化合物,严重污波干燥方法可以推广到从矿物中去除挥发性的污染物.第2期蔡卫权等:微波技术在冶金中的应用231染环境,危害人体健康.以煤为还原剂,采用微波加热还原铬渣,可以将Cr6^陕速、高效地还原为低毒的Cr3+.梁波等[26]在模拟环境条件下进行微波解毒铬渣浸出实验,发现铬渣中Cr6+的浸出液浓度小于0.2mg/L,低于国家标准1.5mg/L,这说明解毒铬渣在环境条件下存放是安全的.用活性炭提取黄金技术应用比较广泛,但传统制备提金的活性炭工艺生产成本高,污染严重,而近几年兴起的微波辐射制备提金活性炭和解吸技术有望解决上述问题.最近,昆明理工大学已建立了以椰壳炭化料为原料,微波辐射制各提金活性炭的中试装置,活化时间只有传统方法的1/60,但收率却提高到传统方法的2倍左右【2必须指出,有时微波预还原可能会导致还原率降低.例如,Aguilar等[28]用微波加热炭还原一种墨西哥铁矿石球团矿时发现,还原率约40%时反应已基本停止.SEM研究显示,这种现象和微波加热样品中存在有熔融的铁和硅酸铁有关.3.5废物处理矿石冶炼过程伴随有大量的S02和NO。等气体,严重污染环境.Cha等[29】研究了微波作用下活性炭还原这些污染物的方法,在活性炭吸附柱吸附这些有害气体的同时,用微波加热吸附柱,C0,C02和N2等还原产物排放到大气中,而硫磺则用喷雾室收集后作为产品出售,脱硫率高达95%以上.与常规的加热还原方法相比,采用该方法可以使S02或Nq的还原温度降低300℃以上.炼钢电弧炉烟尘中含有高浓度水溶性Pb,Fe,zn和cr6+,是一种十分危险的废弃物,估计北美每年电弧炉烟尘的排放量约为700kt.通常采用的烟化回转窑法需要处理40Wa以上,在经济上才具有可行性,因而,发展针对许多小炼钢企业就地经济处理电弧炉烟尘的方法很有意义,微波处理提供了一种可选方案.与传统湿法碱浸取电弧炉烟尘相比,Xia等【30】采用2.45GHz微波强化浸取后,不仅zn的回收率提高5%一10%,而且浸出速度大大加快,新过程只需要几分钟就可以达到传统过程需要几小时才能达到的zn的回收率.由于电弧炉烟尘中的主要组分z11Fe204等物质具有良好的微波吸收性能,在微波辐射下,这些悬浮在溶液中的烟尘颗粒表面的水会迅速过热,急剧汽化,从而促进znO和znFe204等物质的溶出.4问题与展望尽管微波加热具有传统加热方式不可比拟的优点,但也存在一些亟待解决的问题.迄今为止,有关微波作用机理的两种解释一电磁效应说和热效应说还主要停万 方数据留在实验事实的积累上,许多研究者对电磁效应是否存在还持怀疑态度,尚需开发出更精确的反应检测方法进行验证,这对反应条件的优化和能耗的降低是非常重要的.目前,美国的一些实验室已开始在统计学、严格的热力学监测和功率控制的基础上采用结果反推法来预测微波的作用机理.其次,受微波加热材料自身特性的,微波在具有显著离子或金属导电的材料中穿透率不够,而低介电损耗的绝缘体对入射微波能的吸收极其有限,也很难被加热到预定温度.由于材料在加热过程中的介电常数不断发生变化,测定起来非常困难,导致材料介电常数等基础数据严重缺乏,这在一定程度上了微波技术的应用.另外,磁控管的功率输出受反射波谐振的影响而不稳定,微波场场强的分布不均匀导致加热不均匀,而微波炉腔体构造和样品反射功率特性等因素也会使加热体系对微波能的吸收有一定的随机性,微波泄漏还会对人体健康带来不良影响【j¨.再次,微波加热过程中材料物性和结构的变化都会影响其介电性质,导致微波加热能力不断发生变化,甚至出现热点,引起热失控,这给微波场中温度的准确测量、加热条件的优化、过程的模拟和控制乃至高效微波炉体的设计都带来了困难,这也是能应用于化学冶金的微波设备还很少的主要原副32].如何结合计算机模拟等手段设计出合理的微波反射腔,准确测量和控制被加热材料在微波场中的温度,从而认识它们之间的相互作用规律并防止微波泄漏,将是研究者未来面临的重大挑战.目前,英国伯明翰大学正积极从事这方面的研究,通过结合矿物组分在升温过程中介电性质的变化来设计微波反射腔【”】.微波冶金一个不容忽视的问题是受微波能转化成电能效率较低的制约,例如2.45GHz微波能的转化率为50%,915MHz微波能的转化率为85%,微波冶金的诸多优势能否足以补偿其电能转化效率低的缺点还有待评估【3J.由于固定设备的投资与整个过程的能耗和微波加热功率、频率、设备大小及矿石处理量等因素密切相关,当矿石处理量大或产品附加值低时,微波冶金的成本有可能高于传统过程【33|.一般地,冶金工业每天的矿石处理量在几千吨、甚至几万吨以上,而通常微波发生器在915MHz时的最高发射功率为75kw,要处理如此大量的矿石必须有许多微波发生器同时平行操作,导致处理成本大大增加.而文献报道的大量工作都是在改装家用微波炉的基础上进行的,不仅规模小、安全性差、效率低,也很难进行经济评价.可喜的是有许多研究者232过程工程学报Energy,2003,35(2):14l一150.第5卷正在从事工业化微波设备的研究和开发工作,例如,乌兹别克斯坦的科学家已成功开发出由4个50kw高频发生器供电、总长为15m的黑钨精矿和苏打的微波烧结[15]WhittlesD,鼬ngmaIlSW,ReddishD.ApplicationofNumericalModellingforPredictionoft11emnuenceofPowerDensjt!I,onMicrowave-assistedBreakage[J】.Int.J.Miner.Pmcess.,2003,炉,烧结块的生产能力已经达到1讹【8】.预计,随着发射频率可调的新型微波反应器的自动化和在线控制的实现,对微波加热进行精确控制并深化微波冶金基础理论的研究将不再是遥远的梦想,届时微波理论化学的研究和发展将大大深入,微波加热设备的研制和开发将不再是制约微波工业化应用的瓶颈问题,微波加热在化学、冶金等众多领域中将会得到更广泛和更高效的应用.参考文献:[1]DavidEC,DianeCF,JonKWProcessingMaterialswithMicrowaveEnergy【J].Mat.Sci.Eng.A—S缸uct.,2000,287(2):153—158..68(10):71—91.【16]HuangJH,RowsonNA.AnApplicationofMicmwaveG01dOrePre—oxidationiIlImpm讪gG01dRecoVeryofRef‰tory[J].RareMetals,2000,19(3):161—171.[17】谷晋川,刘亚川,谢扩军,等.难选冶金矿微波预处理研究[J]t有色金属,2003,55(2):55—56.[18】Ⅺn舯aIlSW,IbwsonNA.MicrowaveTreaⅡmntofMineml卜—AReview[J].Miner.Eng.,1998,1l(11):1083—1086.[19】王力军,刘春谦.难处理金矿石预处理技术综述[J】黄金,2000,21(1):38_45.【20]HuaYLinZ,Y抽Z.ApplicationofMicrowaveImdiationLeachingofZincSilicatetoQuickOre[J】MineLEng.,2002,15(6):45l-456.【2l】林柞彦,华一新.高硅氧化锌矿硫酸浸出的工艺及机理研究【J].有色金属(冶炼部分),2003,(5):9一“.[22】华一新,谭春娥,谢爱军.微波加热低品位氧化镍矿石的FeCl。氯化[J】.有色金属,2000,52(1):59—61.[23】郑英,牛玉清,牛学军,等.粘土矿物在微波辐射下的酸溶性实验【J].铀矿冶,2001,20(3):209_211.【2]Al—HamhshehM,砥ngmaIlSW.Micmwave-assistedLeaching—AReview[J】Hydrometallu理阢2004,73(3_4):189_203.[3】HaqueKE.MicmwaveEnergyforMineral1'reatmentProcesse譬—ABriefReview【J].Int.J.MiIler.Process.,1999,57(1):1—24.[4】施尤伊SA.微波在矿业中的应用【J】.矿业工程,2003,1(6):14—18.【24】樊希安,彭金辉,秦文峰,等.微波辐射Mg(0H):制备轻质活性MgO新工艺[J].轻金属,2003,(7):42_44.[25]张世敏,彭金辉,张利波,等.微波加热中试装置及硫酸铜的干燥[J].有色金属,2003,55(2):40_42.[26】梁波,宁平,马晓利.微波辐照解毒铬渣的稳定性研究【J]有色金属,2003,55(增刊):95_98.[5】郑大中,郑若峰,刘红英.微波辐射在提取铀金及环境保护中的应用【J】.湿法冶金,2002,21(2):62“5.[6]Kats啪iT,F啪iyasuK,MasashiHeatedCatalystK.DevelopmentoftlleMicmwaveSystem【J】.JsAEReVie、Ⅳ,1999,20(3):431—434.[7】ClarkDE,FoIzDC,Wbst¨(.ProcessingMateriaIswitIlMicrowaveEne理;y[J】.Mat.Sci.Eng.A—Stnlct.,2000,287(2):153—158.[27】樊希安,彭金辉,秦文峰,等.微波辐射在提金活性炭技术中的应用[J】.黄金,2003,24(5):33—35.【28]AguilarJA,Gomez[8]赵秦生.微波在黑钨精矿的苏打烧结中的利用[J].稀有金属与硬质合金,2003,3l(1):51—52.【9】Pic“esCA.MicrowaveHea衄gBehaviollrofNickeliferousLjmon妯cLat嘶teOres明.Miner.Eng.,2004,17(6):775—784.【lO]StandishN,WomerHK,ObuchowskiDYParticleSizeE圩bctinMicrowaveHeatingofG啪u1盯_materials[J].PowderTechn01.,1991,66(3):225_230.[11]Hu柚gA.HydrometallurgicalMarcasiteinMicrowaveP徊钯and2002,64(3):1691-79.JH,RowsonNDecomposi60nofI.MicrowavesAppliedtoC抽otllemicReductionofIron0rePellets[J].J.MicfowavePowerElec廿oma甄.Energy,1997,32(2):67—73.[29]ChaCY,KimDS.MicrowaveInducedReactionsofSlll如rDioxideandNi仃ogenOxidesinCharaIldAnmmciteBed[J].carbon,2001,39(8):1159一1166.[30]XiaDK,PicklesCA.MicmwaveCausticLeachingofElec砸cArcFumaceField[J】:Hydmmetallu哪Dust【J】.Miner.Eng.,2000,13(1):79_94.【31]TllostensonET’ChouTWMicrowaveProcessing:FundamentalsandApplications[J].CompositesPartA—Appl.Sci.MaIlu£,1999,[12]苏永庆,刘纯鹏.微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学[J].有色金属,2000,52(1):62“4.30(9):1056一1060.[32】ReiInbertCG,MinzoniAA,SmymNF.EfrectofRadiationLosses[13】鼬n鲫aIlMineralogySw,vorsterW'RowsonAssigtedNA.TheInnuenceofMicro啪veHotspotFomationandPropagationinMicmwaveHeating[J].GrindiIlg叨.Mir埘:En昏,2000,IMAJ.Appl.Mam.,1996,57(2):165—179.[33】KuHS,sioresE,T加beA,etal-Productiv时IⅡlpfovementthroughtlleUseofIndus仃ialMicrowaveTecllIlologies[J]CoⅡlput.Ind.Eng.,2002,42(2—4):28l’290.13(3):313_327.【14]ⅪngInansW’RowsonNA.TheE腩ctofMicmwaveRad枷on血eMagn砸cPmp硎esof~血erals[J].J.MicrowaveP0werE1鳓唧.RecentDeVelopmentofMicro、ⅣaVeRadiationApplicationinCAIMetallu略icalProcessesW瞳quan,LIHlli-qu锄,ZHANGYilQnstimte西PmcessEn舀nee嘲lg.ChineSeAc口dem)}可sciences,Be舔ingAbstract:Thecurrentsituationandrecento0080。C确曲pm甜ssofIIlicrowavemdiationappliedtometallu职icalprocessesarereviewed.Thetheoryofmicrowaveisbrienyaccounted,withmef.ocusmainlyonsomeunitopera:tions,suchasmicrowave.assistcdconm[1inution.1eaching。drying/dlehvdration,redIuctionofminemlsandwastecon仃ol行om面nerals面ning.Ex锄DlesofsuccessmlaDDlicationsaregiventoillus仃atemeadvantagesofmicrowave—assistedoperationsinminingandprocessmetallurgy.Itisconcludedthatmicrowaveradiationhas盯eatpotentialtoimprovin2metallurgicalemciencyandachievinghigheconomicalbenefit,butmanvproblemsmustbeovercomeatfirst.FinaUv'recommendationfofnInlreresearchanddeveloDmentactivitiesinthisfieldisalsosuggested.Keywords:microwave:metallllrgy;comminution;leaching;dryingdehy出ation:redllction;wastecon仃ol万方数据 微波技术在冶金中的应用

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:

蔡卫权, 李会泉, 张懿, CAI Wei-quan, LI Hui-quan, ZHANG Yi中国科学院过程工程研究所,北京,100080过程工程学报

THE CHINESE JOURNAL OF PROCESS ENGINEERING2005,5(2)15次

1.David E C.Diane C F.Jon K W Processing Materials with Microwave Energy 2000(2)2.Al-Harahsheh M.Kingman S W Microwave-assisted Leaching-A Review 2004(3-4)3.Haque K E Microwave Energy for Mineral Treatment Processes-A Brief Review 1999(1)4.S·A·施尤伊 微波在矿业中的应用[期刊论文]-矿业工程 2003(6)

5.郑大中.郑若峰.刘红英 微波辐射在提取铀金及环境保护中的应用[期刊论文]-湿法冶金 2002(2)6.Katsumi T.Fumiyasu K.Masashi K Development of the Microwave Heated Catalyst System 1999(3)7.Clark D E.Folz D C.West J K Processing Materials with Microwave Energy 2000(2)8.赵秦生 微波在黑钨精矿的苏打烧结中的利用[期刊论文]-稀有金属与硬质合金 2003(1)

9.Pickles C A Microwave Heating Behaviour of Nickeliferous Limonitic Laterite Ores 2004(6)10.Standish N.Worner H K.Obuchowski D Y Particle Size Effect in Microwave Heating of Granular-materials 1991(3)

11.Huang J H.Rowson N A Hydrometallurgical Decomposition of Pyrite and Marcasite in a MicrowaveField 2002(3)

12.苏永庆.刘纯鹏 微波加热下硫酸浸溶黄铜矿动力学 2000(1)

13.Kingman S W.Vorster W.Rowson N A The Influence of Mineralogy on Microwave Assisted Grinding2000(3)

14.Kingman S W.Rowson N A The Effect of Microwave Radiation on the Magnetic Properties of Minerals2003(2)

15.Whittles D.Kingman S W.Reddish D Application of Numerical Modelling for Prediction of theInfluence of Power Density on Microwave-assisted Breakage 2003(1-4)

16.J H Huang.N A Rowson An Application of Microwave Pre-oxidation in Improving Gold Recovery of aRefractory Gold Ore[期刊论文]-稀有金属(英文版) 2000(3)

17.谷晋川.刘亚川.谢扩军.张允湘 难选冶金矿微波预处理研究[期刊论文]-有色金属 2003(2)18.Kingrnan S W.Rowson N A Microwave Treatment of Minerals-A Review 1998(11)19.王力军 难处理金矿石预处理技术综述[期刊论文]-黄金 2000(1)

20.Hua Y.Lin Z.Yan Z Application of Microwave Irradiation to Quick Leaching of Zinc Silicate Ore2002(6)

21.林祚彦.华一新 高硅氧化锌矿硫酸浸出的工艺及机理研究[期刊论文]-有色金属(冶炼部分) 2003(5)22.华一新.谭春娥.谢爱军 微波加热低品位氧化镍矿石的FeCl3氯化 2000(1)

23.郑英.牛玉清.牛学军.吴培生 粘土矿物在微波辐照下的酸溶性试验[期刊论文]-铀矿冶 2001(3)

24.樊希安.彭金辉.秦文峰.郭胜惠.张世敏 微波辐射Mg(OH)2制备轻质活性MgO新工艺[期刊论文]-轻金属 2003(7)

25.张世敏.彭金辉.张利波.范兴祥.郭胜惠 微波加热中试装置及硫酸铜的干燥[期刊论文]-有色金属 2003(2)26.梁波.宁平.马晓利 微波辐照解毒铬渣的稳定性研究[期刊论文]-有色金属 2003(z1)

27.樊希安.彭金辉.秦文峰.张世敏.郭胜惠 微波辐射在提金活性炭技术中的应用[期刊论文]-黄金 2003(5)28.Aguilar J A.Gomez I Microwaves Applied to Carbothermic Reduction of Iron Ore Pellets 1997(2)29.Cha C Y.Kim D S Microwave Induced Reactions of Sulfur Dioxide and Nitrogen Oxides in Char andAnthracite Bed 2001(8)

30.Xia D K.Pickles C A Microwave Caustic Leaching of Electric Arc Furnace Dust 2000(1)31.Thostenson E T.Chou T W Microwave Processing: Fundamentals and Applications 1999(9)

32.Reimbert C G.Minzoni A A.Smyth N F Effect of Radiation Losseson Hotspot Formation and Propagationin Microwave Heating 1996(2)

33.Ku H S.Siores E.Taube A Productivity Improvement through the Use of Industrial MicrowaveTechnologies 2002(2-4)

1.会议论文 李宁.陈津.王社斌.冯秀梅.刘金营 微波场中含碳铬铁矿粉升温特性研究 2007

为了避免传统加热方式所带来的冶金粉状物料传热传质不均匀现象,采用微波加热法,利用微波冶金试验炉研究了含碳铬铁矿粉在微波场中的升温特性,并对其升温曲线进行了定量描述,旨在为探求\"绿色\"冶金新工艺提供理论依据.研究结果表明:含碳铬铁矿粉在微波场中的升温速率取决于其自身特性以及对微波的吸收性,与铬铁矿粉的各种性质如介电常数、耗损因子、电导率、密度、热容、矿粉组成和微观结构都有很大关系;含碳铬铁矿粉在频率2.45 GHz微波场中具有良好的升温特性,其升温速率方程可以近似表达为:T=at+b(第一阶段)和T=(ct+d)1/2(第二阶段)。

2.期刊论文 李钒.张梅.王习东.LI Fan.ZHANG Mei.WANG Xi-dong 微波在冶金过程中应用的现状与前景 -过程工程学报2007,7(1)

近20年微波能在许多领域得到了应用和发展,但在冶金过程中的应用还处于起步阶段.本工作主要回顾了微波能在矿物处理和金属提取、回收及材料制备过程中(如加热、磨碎、氧化物矿碳热还原、浸出和冶金废弃物处理等方面)的研究结果和进展情况.尽管在这些方面已有许多研究成果,展现出微波在冶金过程应用的一些优点,但对微波与矿物和金属相互作用的机理及一些现象,仍存在一些认识上的分歧或不明之处.目前,提高微波能的转换效率、研制大功率微波发生器和设计高效的反应器,仍是微波工业化应用的关键.

3.期刊论文 冯秀梅.陈津.刘金营.Feng Xiumei.Chen Jin.Liu Jinying 微波场中冶金用石灰电磁性质的研究 -中国矿业2006,15(10)

本文研究了冶金用轻烧钙质石灰和轻烧镁质石灰2~18GHz电磁性质及其变化规律.在2~18GHz微波频段内,轻烧镁质石灰的介电常数比轻烧钙质石灰的介电常数略大,但它们的磁导率都接近于1,介电损耗角正切、磁损耗角正切均较小,且比较接近.尤其在2.45GHz微波加热频率处,轻烧钙质石灰的介电损耗角正切、磁损耗角正切、电导率的绝对值均大于轻烧镁质石灰,因而轻烧钙质石灰对微波的吸收性相对较好,更适合于微波冶金的加热过程.

4.期刊论文 于站良.谢克强.马文会.周阳.杨斌.戴永年 微波场在冶金级硅酸浸提纯过程的应用 -轻金属2009(10)

为了降低冶金级硅粉中金属杂质的含量,本文比较了微波场、球磨活化、恒温水浴等不同反应条件对冶金级硅中金属杂质去除效果的影响.实验结果表明,微波场作用下杂质Fe、Al、Ca、Ti的去除效率分别为83%,73%,93%,54%;球磨活化作用下杂质Fe、Al、Ca、Ti的去除最率分别为78%,69%,83%,46%;恒温水浴作用下Fe、Al、Ca、Ti的去除效率分别为72%,54%,67%,38%.微波场作用效果要明显优于球磨活化和恒温水浴作用,且微波场作用时间少干另外两者,探讨了微波场湿法提纯冶金级硅、球磨活化湿法提纯冶金级硅的原理.

5.期刊论文 周云.彭开玉.王世俊.李辽沙.王海川.董元篪.ZHOU Yun.PENG Kai-yu.WANG Shi-jun.LI Liao-sha.WANG Hai-chuan.DONG Yuan-chi 含锌冶金尘泥在微波场中的升温特性 -钢铁研究2006,34(2)

为了弄清含锌冶金尘泥脱锌的反应机理,在微波场中研究了含锌冶金尘泥的升温特性.研究表明,含锌冶金尘泥对微波有很强的吸收能力,其升温速率与微波加热比功率成正比,与质量成反比;增大单位物料质量接受微波的辐射面积可以提高物料的升温速度.

6.期刊论文 陈津.赵晶.冯秀梅.刘金营.林原生.CHEN Jin.ZHAO Jing.FENG Xiu-mei.LIU Jin-ying.LIN Yuan-sheng 微波冶金耐火材料研究 -工业加热2006,35(3)

对微波冶金耐火材料的使用要求和特性进行了系统的理论分析和研究,提出了微波冶金耐火材料的分类及评价指标,并对几种重要的微波冶金耐火材料进行了论述和评价.

7.期刊论文 彭开玉.周云.李辽沙.王世俊.王海川.董元篪.PENG Kai-yu.ZHOU Yun.LI Liao-sha.WANG Shi-jun.WANG Hai-chuan.DONG Yuan-chi 微波场下冶金含锌尘泥的脱锌效果 -矿产综合利用2005(6)

研究了在微波场下用C和SiC作还原剂时,氧化锌在精矿粉中的还原率,以模拟钢铁企业冶金含锌尘泥中锌的去除.结果表明:微波处理冶金含锌尘泥,脱锌反应快,效果显著,并且SiC作还原剂时效果较好,得到的氧化锌纯度可达97.7%.因此,微波处理钢铁企业冶金含锌尘泥是可行的.

8.期刊论文 王厚昕.李正邦.WANG Hou-xin.LI Zheng-bang 微波在钢铁冶金中的应用 -钢铁研究2006,34(4)

微波是一种冶金新技术.本文首先简单介绍了微波的特性及产生,然后着重阐述了微波热效应和微波等离子体在钢铁冶金中的应用和展望.微波加热具有选择性、整体性和高效性,而被广泛应用于矿石的处理、金属的提取以及湿法冶金等;微波等离子体较直流和射频等离子体有更多的优点,更符合生态冶金的需要.随着微波技术和微波设备的进步,微波等离子技术和微波加热技术将在冶金领域中有更为广阔的应用前景.

9.期刊论文 彭开玉.周云.李辽沙.王世俊.王海川.董元篪 微波场下冶金含锌尘泥的脱锌效果 -资源再生2009(9)

研究了在微波场下用C和SiC作还原剂时,氧化锌在精矿粉中的还原率,以模拟钢铁企业冶金含锌尘泥中锌的去除.结果表明:微波处理冶金含锌尘泥,脱锌反应快,效果显著,并且SiC作还原剂时效果较好,得到的氧化锌纯度可达97.7%.

10.会议论文 王海川.王世俊.董元篪 现代物理技术在冶金中的应用进展 2002

现代物理技术与冶金相结合产生多种特种冶金方法,其中微波冶金、超声冶金、等离子冶金等在节能与环保方面具有很大潜力,综述了这些特种冶金应用研究进展,分析了这些物理技术在冶金中应用的关键问题,探讨冶金技术发展的趋势.

1.欧阳国强.郭振平.欧阳立谋.邓力.唐鹏武 氨氮废水微波处理工艺研究[期刊论文]-湖南有色金属 2009(4)2.戴武斌.曾令可.刘艳春.王慧.刘平安 微波在材料合成中的应用[期刊论文]-工业炉 2009(1)

3.黄桂香.黄柱成.罗勇.张元波.黄亚蕾 微波加热制备有机粘结剂预热球团的研究[期刊论文]-钢铁研究 2008(6)4.魏延涛.刘亮 微波在碎矿磨矿中的应用[期刊论文]-矿业快报 2008(10)

5.马铁兵.王永金 烟包微波松散与真空回潮工艺的比较[期刊论文]-轻工机械 2008(5)6.杨中正.丁保华 微波技术的研究进展[期刊论文]-中国陶瓷 2008(10)

7.宋丹萍.徐金球 电子废弃物的处理技术和管理现状[期刊论文]-上海第二工业大学学报 2008(02)8.丁保华 微波技术在材料合成中的应用[期刊论文]-科技资讯 2008(14)

9.薛军.王伟.汪群慧 微波加热在重金属浸出中的应用[期刊论文]-有色金属 2008(02)

10.欧阳国强.张小云.田学达.李熠.谢森 微波焙烧对石煤提钒的影响[期刊论文]-中国有色金属学报 2008(04)11.崔慧军.陈津.刘金营 微波场中含碳铬铁矿粉反应过程升温特性数值模拟[期刊论文]-钢铁研究学报 2007(11)12.崔慧军.陈津.冯秀梅.李宁.刘金营 微波场中含碳铬矿粉升温特性曲线数值模拟[期刊论文]-中国冶金 2007(01)13.洪大剑.张德华.邓杰 废印刷电路板的回收处理技术[期刊论文]-云南化工 2006(01)14.宋耀欣.储少军 微波加热在冶金碳热还原中的应用研究现状[期刊论文]-铁合金 2006(06)15.陈津.赵晶.冯秀梅.刘金营.林原生 微波冶金耐火材料研究[期刊论文]-工业加热 2006(03)16.蔡卫权 从铝酸钠溶液制备拟薄水铝石绿色过程的基础研究[学位论文]博士 2005

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