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)換方式可促進化學(xué)反應(yīng)和擴散過程快速進行。

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常快：而礦物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。可在短時間內(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。微波加熱能促進液固相反應(yīng)的連續(xù)進行，對化學(xué)反應(yīng)起到催化作用，可以促進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,微波加熱能促進液固相反應(yīng)的連續(xù)進行，對化學(xué)反應(yīng)起到催化作用，可以促進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。