发布时间：2020-12-26所属分类：工程师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：随着现代科技的迅猛发展，微波技术的应用也愈加广泛，分别在制药、冶金、食品、化工以及新材料加工中获得了良好的应用。我国相关专家学者也在不断对微波技术的实践应用进行研究分析，发现其具备较强的清洁性、环保性，属于一种新型的绿色能源，并且在
摘要：随着现代科技的迅猛发展，微波技术的应用也愈加广泛，分别在制药、冶金、食品、化工以及新材料加工中获得了良好的应用。我国相关专家学者也在不断对微波技术的实践应用进行研究分析，发现其具备较强的清洁性、环保性，属于一种新型的绿色能源，并且在材料制备与矿物冶金中有着极高的应用价值。因此，本文阐述分析了微波技术在硅材料、硬质合金材料制备中的应用，并详细探讨了微波技术在冶金矿物干燥与强化金属提取中的应用，以供参考。
关键词：微波技术;材料制备;矿物冶金;应用
引言
微波属于电磁波的一种，其频率通常为0.3-300GHz，波长为0.1-100cm之间。跟普通加热方式不同，微波加热不仅加热速度快且均匀，而且热损耗也极低，同时还能加强化学反应分子活性，能够促进化学反应的发生，并在特定环境下令化学反应温度下降、能量消耗量减少。这些优势大大加宽了微波加热技术的应用领域，尤其是材料制备、冶金矿物干燥、有价金属强化提取等方面，因此对微波技术的实践应用进行研究十分必要。
1.微波技术在材料制备过程中的实际应用探析
1.1硅材料
半导体器件在加工制作过程中，最不可缺少的材料就是硅。尤其是光伏产业，其必须要用到的材料就是多晶硅材料，而该材料的性能与多晶硅原材料品质、规格以及生产工艺、制备技术有很大的关系。社会在发展，时代在进步，过去陈旧的加热重熔方法已经无法满足新时代下进步巨大的光伏产业，无法生产制作出纯度较高的硅材料。而微波加热技术的出现解决了这一难题，将其应用到硅材料的制备环节，不但加快了加热速度，也提升了熔融的进程，还增强了能源的利用率。
比如：在制备优质多晶硅薄膜过程中应用微波加热技术，首先要将微波功率调整至500W，通过铝金属对a-硅薄膜的诱导，再灵活运用横向晶化技术，能够在低温短期内获得高品质的poly-硅薄膜[1]。此外，利用之前落后的技术工艺生产制备亚微米β-SiC材料时，往往需要30个小时才能完成，且对温度有较高的要求，即2200-2400℃。而微波加热技术则不同，首先收集光伏产业中废弃的多晶硅、废芯片中的单晶硅以及活性炭等原材料，其次将温度控制在1450±50℃，然后再利用微波加热技术烧结6-8分钟就能够获得该产品。并且，与选择二氧化硅作为原材料对比，该技术的能源耗费量得到了大幅度的减少，且释放的二氧化碳也减少了78%。
1.2硬质合金材料
由于硬质合金(WC-Co)粉末压坯具备一定的吸波能力，所以应用常规生产技术很难成功，而微波则能够轻易贯穿硬质合金(WC-Co)粉末压坯，因此，微波技术在硬质合金材料的制备中也获得了良好的应用。通过调查大量文献资料发现，无论是国外还是国内，将传统烧结硬质合金材料技术和微波技术相比，前者在加热环节会受到一定热传导系数的限制，从而产生温度散步不均匀的问题，进而导致微观组织出现偏析。而解决该问题的唯一方式就是降低温度上升的速度，但是该行径会对生产出的硬质合金材料性能带来极大不利影响。微波技术加热快且均匀，其能够在低温、短期内实现硬质合金粉末压坯所需要的致密化与合金化，并让制备完成的硬质合金材料具备较高的致密度、较强的硬度、极高的断裂韧性以及优质抗腐蚀性与细微的WC晶粒和散步匀称的Co等优点。
2.微波技术在矿物冶金中的实际应用分析
2.1微波技术在冶金矿物干燥中的应用
微波能在产业化中应用最广泛的区域就是脱水干燥。微波干燥矿物所针对的成分主要是水，其跟矿物质的介电常数、介电损耗有着很大的区别，而水的损耗极高，轻易便能将微波能尽数吸收，但是矿物质的损耗低于水，所以，微波在干燥环节实际上就是高速加热让水的温度升高从而挥发。跟普通干燥方式对比，不仅高效快速，而且整个干燥阶段都没有污染。
相关专家学者曾研究过团聚物干燥，像铁矿球团等，应用微波技术，结果表明跟过去所使用的干燥模式相比，微波干燥技术更加节省能源。但是微波功率、干燥时长、干燥材料用量都会对微波干燥效果产生一定影响，所以务必要对这些要素进行严格控制。除此之外，部分专家学者在对Zr(OH)₄干燥环节中做过实验，将微波干燥技术与传统干燥工艺进行对比，结论是：后者要想让Zr(OH)₄达到标准的干燥度需要用时2个小时，而微波加热技术仅需要20分钟就能够让Zr(OH)₄的干燥度满足标准需求，这充分说明，微波干燥模式不但操作简便快捷，而且还大大减短了干燥周期[2]。将两种干燥技术下的Zr(OH)₄粉末SEM图像进行对比，发现使用微波干燥技术的Zr(OH)₄粉末粒子均匀性更强。
2.2微波在强化金属提取环节的应用
微波自身体积特殊，且加热模式具备可选择性，这极大提升了微波技术在辅助还原以及强化矿物的浸出等方面的应用效果。使用微波技术对冶金物料予以还原时，微波所独具的选择性加热模式能够令有用矿物和杂质出现热应力，但是两者之间的吸波性存在较大差异，所以导致微观中的多元多相复杂矿石体系温度分布不均，这加强了两者的解离现象，从而创造出了非平衡状态的反应条件，扩大了有用矿物界面的反应范围，加快了界面化学反应，最后将包裹型矿物进行了转化，由难到易，也分离并提取了矿石中的有价元素，且效率极高。该还原过程不但出现了高温热点，而且还做到了节能降耗。而在浸出冶金物料提取金属中应用微波技术，矿物颗粒会出现开裂，这令矿物颗粒的表面积有所加大，从而提升了浸出反应的速度、降低了反应时间、增强了金属浸出率。并且，大量研究均表明，微波技术在众多金属的回收处理中获得了良好的应用，比如重金属Fe、Co、Zn、Ni、Pb、Cu等;轻金属Al、Mg;稀有金属Ti、Mo;贵金属Au;核能原料铀的提取等。
以重金属为例，在配碳还原铁酸锌中分别应用传统技术与微波技术，其中传统加热技术需要在900℃的环境下进行，将铁酸锌予以碳热还原需要90分钟，且铁酸锌的分解率最高为85%，其反应还会受到扩散的影响;而微波加热技术对温度的要求为850℃，还原时长只需要1个小时，铁酸锌的分解率就能够提升至90%，其反应会受到碳气化的影响[3]。而应用微波还原技术分解率较高的根本原因是微波加热具备选择性，传热传质的成效好，而且还能对物质颗粒表面致密包裹层予以解离，进行比传统加热更深层次的分解。除此之外，电弧炉烟尘等类型的冶金渣尘属于有害废弃物，其中具备Zn、Pb、Fe等重金属，而应用微波技术联合石墨能够在电弧炉烟尘中回收Fe和Zn，其中ZnO的还原比Fe2O3的还原要慢，而且回收完毕之后剩余的物质也是无害的。
结束语
微波加热技术无论是在材料制备，还是在冶金矿物干燥，亦或者是有价金属强化提取等方面有着很大的积极作用，而且发展空间也较大。在材料制备过程中应用微波技术，能够缩短周期、优化改良材料的性能，而且属于清洁类型的能源。而在矿物冶金中应用微波技术，能够显著提升金属回收率和产品转化率，还能将能量消耗量降至最低。由此可见，微波技术的发展前景十分广阔。——论文作者：李永佳 杨志鸿 *通讯作者
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