典型冶金原輔料的微波吸收特性及其應(yīng)用研究.pdf

1、微波作為一種熱能源，在加熱過程中被認(rèn)為具有體加熱、加熱速度快、選擇性加熱、熱源可以即開即停等優(yōu)點，在干燥、食品加工等領(lǐng)域已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。然而，在高耗能的冶金行業(yè)，微波加熱在冶金中的工程應(yīng)用進展卻十分緩慢，可復(fù)制推廣的工程應(yīng)用案例鮮有報導(dǎo)。究其原因，我們認(rèn)為主要是，前人開展微波冶金實驗研究中，所研究的物料對象孤立分散，研究對象之間缺乏有機內(nèi)在聯(lián)系，對具體礦石的冶煉和具體的冶金工藝針對性不強，系統(tǒng)性不足，而且，針對物料與微波的相互作用，

2、采用了多種不同的表征方法，但對不同表征方法所得結(jié)果的相關(guān)性、差異性和適應(yīng)性缺乏研究，導(dǎo)致以往大量的研究成果對微波冶金的工程化應(yīng)用難以形成有效支撐。
　　針對上述問題，本論文按照化學(xué)元素歸類原則，選擇了含鐵物料、含錳物料、硫化礦、碳質(zhì)物料等四類典型冶金原輔料作為研究對象，采用物料升溫法、電磁參數(shù)法、能量吸收法三類吸波特性表征方法，系統(tǒng)研究比較同類原料中不同成分物料的吸波特性差異和微波作用效果，及不同表征方法結(jié)果的關(guān)聯(lián)性、差異性和適應(yīng)

3、性，揭示多種物料混合或發(fā)生相變的微波冶金的過程機理，為微波冶金應(yīng)用中正確選擇和控制原輔料、過程調(diào)控和結(jié)果預(yù)測提供理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，研究了微波焙燒、微波碳熱還原、微波加熱助磨三種主要微波應(yīng)用，揭示了各微波應(yīng)用過程中有關(guān)參數(shù)的影響和過程機理，獲得以下結(jié)論:
　　(1)物料升溫法、電磁參數(shù)法、能量吸收法三種方法從不同角度表征物料與微波相互作用特性，表征的內(nèi)涵不同，表征結(jié)果的關(guān)聯(lián)度與物料有關(guān)，表征測試設(shè)備和測試要求不同，三種方法各有優(yōu)

4、缺點和一定的適應(yīng)性。雖然三種方法的表征關(guān)注的內(nèi)容不同，但具有理論相關(guān)性。按照化學(xué)元素歸類原則研究不同類別物料的吸波特性，根據(jù)較短時間微波輻射條件下的能量吸收法測試結(jié)果，可分類別對各種物料的吸波能力大小進行排序，其中含鐵物料為:FM-3(Fe3O4)＞FM-4(Fe3O4)＞FM-2(FeS2)＞FM-8(Fe)＞FM-1(FeS2)＞FM-5(Fe2O3)＞FM-6(Fe2O3)＞FM-7(Fe2O3);含錳物料為:M-1(MnO2)＞

5、M-2(MnO2)＞M-3(Mn)＞M-4(MnO);硫化礦為:S-1(Pb4FeSb6S14)＞S-2(FeS2)＞S-3(CuFeS2)＞S-4(PbS)＞S-5(ZnS);碳質(zhì)物料為:石墨＞活性炭＞焦炭＞高硫煤＞木屑＞木炭＞低硫煤。
　　根據(jù)微波順序輻射優(yōu)先吸收微波方法測試結(jié)果，物料隨微波加熱升溫后其吸波能力可能發(fā)生變化，變化趨勢與物料自身有關(guān)。FM-5(Fe2O3)、FM-6(Fe2O3)、M-2(MnO2)、方鉛礦、黃銅

6、礦、閃鋅礦等物料初始加熱階段的吸波能力較小，但隨微波加熱至某一溫度后吸波能力增強;兩種磁鐵礦、兩種黃鐵礦、FM-8(Fe)等物料初始加熱階段的吸波能力強，但隨著微波加熱溫度升高吸波能力反而下降;而M-4(MnO)和FM-7(Fe2O3)吸收微波能力最差，不能被微波加熱升至高溫，吸波能力變化很小。粗粒鐵屑吸波能力強于細(xì)粒鐵屑，細(xì)粒級黃鐵礦和還原鐵粉吸收微波能力強于粗粒級。根據(jù)在單模波導(dǎo)(BJ26型)中實測物料溫度與波導(dǎo)內(nèi)模擬電磁場分布的對

7、比結(jié)果，證實了所研究的物料存在幾種不同的微波損耗機制。
　　(2)硫鐵精礦的微波焙燒效果和焙燒行為受微波焙燒設(shè)備、焙燒過程參數(shù)影響顯著，微波在硫鐵精礦的焙燒過程不僅提供了熱能源，而且通過與焙燒中新生成的強吸波物質(zhì)的耦合作用強化焙燒行為。多模腔體焙燒易導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻焙燒和局部物料高溫?zé)Y(jié)，降低微波焙燒效果，使硫脫除率降低約4％。混勻分段焙燒縮短一半焙燒時間，焙燒100 min后硫脫除率為99.34％，與未分段焙燒200 min相近。

8、
　　(3)在硫酸渣的微波碳熱還原研究中，硫酸渣和碳質(zhì)還原劑屬于具有不同吸波性能的兩類物料，在微波場中通過吸波加熱，相互耦合，從而強化碳熱還原。木屑配比5％時還原—磁選Fe回收率達99％;煤、焦炭、木炭的配比為3％時還原效果接近，F(xiàn)e回收率達95％。增大微波功率或功率密度，都有利于改善微波還原效果和提高微波能量利用效率。
　　(4)微波輻射加熱預(yù)處理助磨錫石多金屬硫化礦，由于微波選擇性加熱礦石礦物和體加熱特性，使微波預(yù)處理后

9、磨礦產(chǎn)品的粗粒級(-3.2+2、-2+1mm)含量顯著下降，中間粒級(-0.425+0.15mm)和細(xì)粒級(-0.074mm)含量明顯增加，-0.425mm粒級的有價金屬分布率增加，更多金屬礦物實現(xiàn)了優(yōu)先破碎。微波加熱預(yù)處理后，含F(xiàn)e礦物在磨礦過程中優(yōu)先破碎特征最顯著，而含Sn、Pb、Zn礦物優(yōu)先破碎特征相對較弱。粗略計算表明，微波加熱預(yù)處理能耗僅為傳統(tǒng)加熱預(yù)處理的1/20。微波加熱預(yù)處理后邦德功指數(shù)減小8.2％。
　　論文研究成