1 微波加熱簡介

微波是頻率在13～300GHz，即波長在0.1～100cm之間的電磁波，微波加熱常用的頻率為915MHz，2450MHz。與常規(guī)加熱不同，微波加熱不需要由表及里的熱傳導(dǎo)，而是通過微波在物料內(nèi)部的能量耗散來直接加熱物料，根據(jù)物料電磁特性的不同，可及時有效地在整個物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量。微波通過在物料內(nèi)部的介電損耗直接將化學(xué)反應(yīng)所需要的能量傳遞給反應(yīng)的分子或原子，這種原位能量轉(zhuǎn)換方式可促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散過程快速進(jìn)行。

根據(jù)材料和微波相互作用情況可以將材料分為微波透過體、微波反射體、微波吸收體和混合體四大類。一般冶金礦物都屬于第四類，礦物中FeTiO3、Fe、Fe3O4、FeS2、CuCl、MnO2和木炭等物質(zhì)均為微波吸收體，屬于高活性材料，在微波場中的升溫速率非?？欤憾V物CaO，CaCO3和SiO2等物質(zhì)都是微波透過體屬于惰性材料，不能被微波加熱。利用微波選擇性加熱礦物組分的特點，向礦石中配入適當(dāng)?shù)慕M分，可以有效地實現(xiàn)有用組分從礦物中的分離。

2 微波技術(shù)在礦物冶金中的應(yīng)用

2.1 微波助磨

微波技術(shù)在煤礦、鐵礦以及其它礦物加工中的研究已取得較好進(jìn)展，如微波技術(shù)可使煤礦和鐵礦石的功指數(shù)分別降低50％和90％以上，使黃鐵礦磨耗降低5／6。微波處理鈦鐵礦時，不但降低能耗、提高磨礦效率和產(chǎn)量，而且對提高下游浮選和磁分離等過程的回收率非常有利。研究表明，微波磨礦克服了傳統(tǒng)磨礦中能耗大、能效低的缺點，從而大幅降低磨礦成本、提高產(chǎn)量。但是，使用中要考慮可磨性的改善程度與礦石種類、粒徑以及組分的分散程度的關(guān)系，根據(jù)情況選擇合適的微波頻率、強(qiáng)度和加熱時間。

2.2 微波助浸

微波技術(shù)在處理含砷、硫、碳的難處理金精礦，以及鉑鈀的銅鎳精礦和紅土礦等方面研究較多。如微波處理含砷、硫、碳的難浸金精礦后，金氰化浸出率從40.63％提至68.63～97.90％以上。而微波處理時如加入NaOH，還可將礦石中的S和As分別轉(zhuǎn)化為Na2O4和Na3AsO3，避免了As2O3和SO2等污染環(huán)境,微波技術(shù)處理難浸黃鐵礦和砷黃鐵礦型金礦時，不但使金的回收率從30％提至90％以上，而且沒有SO2產(chǎn)生，副產(chǎn)品硫磺可出售,另外，微波預(yù)處理含碳的微細(xì)金礦和鉑鈀的銅鎳精礦后金的氰化浸出率由幾乎為0和50％分別提至86.53％和87.00％以上，而且大幅降低能耗和作業(yè)時間。研究表明，微波技術(shù)浸取礦石，具有浸出率高、能耗低、速度快、環(huán)境效益好等優(yōu)點。

2.3 微波冶金

我們知道，金屬的介電損耗因子大，微波的透射深度小，當(dāng)微波和金屬相互作用時，表現(xiàn)為反射，很難完成微波冶金。但是，微波用于金屬粉沫則不同。如采用微波對Fe、Ni、W、Cu、A1和Sn等金屬及其合金粉加熱(加熱速率達(dá)100℃／min)，可提高制成器件的致密性、延展性和韌性：微波技術(shù)用于生產(chǎn)釩氮、氮化硅等合金，具有明顯的節(jié)能、節(jié)氣。也就是說。微波技術(shù)可用于金屬粉沫冶金，并具有速度快、節(jié)能、改善產(chǎn)品性能等優(yōu)點。

綜上所述，微波技術(shù)用于冶金，具有能耗低、速度快、浸出率高、產(chǎn)品性能優(yōu)良和環(huán)境效益好等特點。可以預(yù)見，對于礦物冶金這一能耗極大的領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 微波加熱在鈦冶金中的應(yīng)用

3.1 鈦鐵礦在微波場中的升溫特性和吸波特性研究

冶金行業(yè)屬于能耗大戶，能耗的大小是決定冶金領(lǐng)域的一些新工藝能否成功的關(guān)鍵。微波作為一種新的加熱方式能否應(yīng)用于鈦冶金領(lǐng)域，首先要確定鈦鐵礦和富鈦料是否為吸收微波物質(zhì)。

3.2 微波對鈦鐵礦的預(yù)處理

目前工業(yè)利用的鈦鐵礦均系含鈦復(fù)合鐵礦類礦床，它是一種原生礦，結(jié)構(gòu)致密，難采難選。

磨礦是礦物加工過程中能耗較大且效率較低的階段。傳統(tǒng)磨礦大約消耗礦物加工過程總能耗的一半以上，但能效卻只有1％。根據(jù)礦物中的不同組分介電性質(zhì)不同的特點，微波將選擇加熱礦物中的高損耗相，而低損耗相則沒有明顯的溫升，尤其是礦石中石英、方解石等脈石組分幾乎不能被微波加熱。微波在短時間內(nèi)(

微波輔助鈦鐵礦的破碎是因為鈦鐵礦礦石內(nèi)各組分的介電常數(shù)不相同，導(dǎo)致礦石局部不均勻膨脹和收縮，產(chǎn)生較強(qiáng)的局部應(yīng)力和粒間裂縫從而提高礦石的可磨性并降低鈦鐵礦石的磨礦能耗。

3.3 微波加熱在鈦鐵礦碳熱還原中的應(yīng)用

目前鈦鐵礦的火法富集包括電爐熔煉法、等離子熔煉法、選擇氯化法和其他熱還原法等。電爐熔煉法的實質(zhì)是鈦鐵礦與固體還原劑無煙煤或石油焦等混合加入電爐中進(jìn)行還原熔煉。碳作為一種很好的微波吸收物質(zhì)，當(dāng)微波用于金屬氧化物的碳熱還原時?？稍诙虝r間內(nèi)加熱到1 053-1 556 K，使碳的還原能力明顯提高，從而加速還原過程的進(jìn)行。

3.4 微波加熱在鈦濕法提取中應(yīng)用

當(dāng)鈦鐵礦經(jīng)過還原得到高鈦渣時，高鈦渣品位較低。需要再進(jìn)行酸浸。而傳統(tǒng)浸取方法中礦物加熱浸出一定時間后，浸出反應(yīng)產(chǎn)生的較致密物質(zhì)會包裹未反應(yīng)的礦核，使浸出反應(yīng)受阻。延長了浸出反應(yīng)時間，增加了能耗。微波加熱能促進(jìn)液固相反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，對化學(xué)反應(yīng)起到催化作用，可以促進(jìn)礦物在溶劑中的溶解，提高濕法冶金浸出過程的浸出速率和降低浸出過程的能耗，而微波加熱本身不產(chǎn)生任何氣體，實現(xiàn)冶金過程的高效、節(jié)能、環(huán)境友好。

綜上所述，微波加熱技術(shù)用于鈦冶金領(lǐng)域可以降低鈦鐵礦的磨礦能耗，克服傳統(tǒng)加熱難以克服的難題,微波加熱能促進(jìn)液固相反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，對化學(xué)反應(yīng)起到催化作用，可以促進(jìn)礦物在溶劑中的溶解，提高濕法冶金浸出過程的浸出速率和降低浸出過程的能耗，而微波加熱本身不產(chǎn)生任何氣體，可實現(xiàn)冶金過程的高效、節(jié)能、環(huán)境友好。