微波加熱在礦業(yè)中增效的原理微波加熱在冶金中的應(yīng)用是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種冶金新技術(shù)，80年代的 研究 表明，微波加熱能夠促進(jìn)氧化鎳、氧化鈷和氧化錳礦在浸出前的預(yù)還原，能夠促進(jìn)硫化鉬和硫化錸的焙燒或氯化。 研究 證明，微波加熱在黑色金屬和有色金屬的火法冶金過(guò)程中均有很大的應(yīng)用前景，幾乎所有工業(yè)上使用的金屬都可以用微波進(jìn)行處理。微波加熱被用于礦石的破碎、難選金礦的預(yù)處理、從低品位礦石和尾礦中回收金、從礦石中提取稀有金屬和重金屬、鐵礦石和鈦磁鐵礦的碳熱還原、工業(yè)廢料的處理等等。
微波加熱與傳統(tǒng)加熱不同，它不需要由表及里的熱傳導(dǎo)，而是通過(guò)微波在物料內(nèi)部的能量耗散來(lái)直接加熱物料。根據(jù)物料性質(zhì)的不同，微波可以及時(shí)而有效地在整個(gè)物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量。
1. 礦物在粉碎加工中消耗的能量占整個(gè)加工能量消耗的50～70％或者更高，一般的礦物的加工以改變礦物的物理特性達(dá)到要求。找到更有效的辦法降低礦物加工過(guò)程中的能量消耗，簡(jiǎn)化材料中的物理變化就能提高整個(gè)加工的經(jīng)濟(jì)效益。
2. 礦物顆粒的局部加熱引起材料的微裂紋和脆性將導(dǎo)致更加高效的研磨，使用微波加熱將增強(qiáng)這種局部加熱。高能量的礦物顆粒在長(zhǎng)時(shí)間的加熱或增加熱能引起相或者化學(xué)變化，這樣產(chǎn)生更多的內(nèi)部應(yīng)力并改善了下一道工序。 研究 顯示微波輻射是提高礦物粉碎的一種有效方法，因?yàn)槲⒉ㄔ黾恿说V物的穿晶與沿晶斷 裂。
3. 微波在礦業(yè)粉碎加工中存在的潛在降低能源消耗優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)在改變了礦物的表面化學(xué)和推進(jìn)了在更多的可控環(huán)境中形成新的冶煉方法。如果能完全應(yīng)用微波技術(shù)，讓每種礦物都能用微波加工將減少整個(gè)礦業(yè)的運(yùn)行費(fèi)用。在研磨傳送過(guò)程中增加或直接用微波將很容易地高效地減少25％研磨能源費(fèi)用。
微波在礦業(yè)加工中的幾種實(shí)際應(yīng)用
1. 烘干
烘干是微波能應(yīng)用中最簡(jiǎn)單的，也是更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的。烘干的目的就是脫水，包含脫游離水和結(jié)構(gòu)水，而水是吸收微波能力最強(qiáng)的，并且控制溫度在100℃～300℃左右即可完全烘干游離水和結(jié)構(gòu)水，同時(shí)對(duì)部分吸波能力好的礦物進(jìn)行了一定的加熱裂解，改善了后續(xù)礦物破碎、研磨工藝。
2、碳的再生
微波加熱的另外一種應(yīng)用是活性碳的再生，典型的碳的再生在電、天然氣或者其他能源的輸送帶上完成。直接的微波加熱減少了能量消耗和碳的損失，當(dāng)使用溫和可控的操作系統(tǒng)時(shí)，碳出現(xiàn)突變。
3、浮選
微波輻射預(yù)處理能有效地改善鈦鐵礦的表面特性提高礦物的浮選能力。
鈦鐵礦，即鈦和鐵的金屬氧化物，它在2.45GHz的微波爐中具有很快的介電加熱特性。 研究 發(fā)現(xiàn)2600W功率輻射時(shí)，鈦鐵礦塊體樣品在10秒內(nèi)即達(dá)到180℃，1分鐘后達(dá)到720℃；石英和長(zhǎng)石則只有很小的微波加熱性能，相應(yīng)地在1分鐘后僅能達(dá)到53℃和65℃。 在微波輻射后，鈦鐵礦回收增加20％以上。鈦鐵礦樣品局部表面區(qū)域隨著微波輻射，出現(xiàn)了有價(jià)值地變化，同時(shí)觀察到新相的出現(xiàn)。當(dāng)鈦鐵礦出現(xiàn)在空氣中時(shí)出現(xiàn)氧化，F(xiàn)e+2氧化成Fe＋3，在室溫時(shí)，這種氧化速度很慢，但隨著溫度的提高而加快。微波選擇性加熱特性加速了鈦鐵礦表面Fe的氧化，氧化增強(qiáng)了浮選－反應(yīng)物的吸波性能，從而提高浮選速度。 研究 結(jié)果顯示微波輻射10秒鈦鐵礦的回收提高10％，隨著微波輻射時(shí)間的增加鈦鐵礦的回收增加大約64％，可到87％。通過(guò)浮選礦物表面化學(xué)特性的改善完成礦物的回收。微波輻射可減少油酸鈉用量，鈦鐵礦浮選回收率達(dá)到60％時(shí)，油酸鈉用量2×10－4摩爾；對(duì)于微波處理的鈦鐵礦，油酸鈉用量是7×10－5摩爾，回收率達(dá)到65％ 。
4、煅燒
微波能的應(yīng)用還出現(xiàn)在礦業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)，特別是應(yīng)用于難熔礦物及其冶煉。例如：典型的難熔含砷黃鐵礦－黃鐵礦金礦需要煅燒、高壓、過(guò)濾來(lái)提煉金，高壓和煅燒最后出現(xiàn)難題。利用微波的選擇性吸收原理僅讓礦中部分與微波起作用。這樣出現(xiàn)有價(jià)值的能量節(jié)約，同時(shí)避免某些副產(chǎn)品的出現(xiàn)滯留在生產(chǎn)線(xiàn)。
5、金的冶煉
標(biāo)準(zhǔn)的烘烤是氧化黃鐵礦中的鐵和硫，考慮經(jīng)濟(jì)效益的原因，加工時(shí)利用其中的硫的氧化放出的熱量。微波設(shè)備能成功地進(jìn)行鐵的選擇性氧化，很好的分離出硫。通過(guò)控制溫度在硫的燃燒點(diǎn)以下和控制氧含量這樣直接將黃鐵礦加工成赤鐵礦。我們可以應(yīng)用微波技術(shù)設(shè)備在液化反應(yīng)床中完成了氧化。
6、含砷黃鐵礦金地冶煉
傳統(tǒng)煅燒含砷黃鐵礦產(chǎn)生赤鐵礦方解石，副產(chǎn)物是SO2和AsO3。通過(guò)控制反應(yīng)條件，改變反應(yīng)產(chǎn)物形成磁鐵礦和AsS和SO2 ，這個(gè)反應(yīng)應(yīng)用微波提供反應(yīng)條件在減少氧含量的條件下在液化床中可持續(xù)進(jìn)行。
7、含碳的礦物
含碳的礦物中的有機(jī)碳很適合微波加工，微波加熱形成CO2氣體。
8、黃銅礦的冶煉
采用金的冶煉同樣的方法微波熔融冶煉銅。通過(guò)有效地控制加熱速度和氧含量，氣體逸出時(shí)產(chǎn)生酸。 研究 證實(shí)微波加工能有效地氧化硫。在酸中溶解的銅的回收率超過(guò)99％。
9、微波處理礦物尾渣
應(yīng)用微波加工的礦物尾渣料，它們包括針鐵礦、方解石、石英和黃鉀鐵礬，其中含有與針鐵礦結(jié)合的金和銀，接近50％的金不能用CN濾取。微波預(yù)處理尾渣料，再采用CN濾取方解石得到很高的金的回收率，破碎針鐵礦的反應(yīng)副產(chǎn)物只有水。
10、塊狀金屬硫化物礦
經(jīng)對(duì)幾種金屬硫化物礦所作的 分析 研究 ，包括Pb和Zn結(jié)合Cu,Au,Co,Ag，幾乎所有的金屬硫化物已顯示微波加熱特性， 研究 證實(shí)微波加工復(fù)雜塊狀硫化物的選擇性氧化技術(shù)是可行的。
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