發(fā)布時間：2020-07-02 17:21

【摘要】：微波作為一種熱能源,在加熱過程中被認為具有體加熱、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、食品加工等領域已經得到了成功應用。然而,在高耗能的冶金行業(yè),微波加熱在冶金中的工程應用進展卻十分緩慢,可復制推廣的工程應用案例鮮有報導。究其原因,我們認為主要是,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在聯系,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,采用了多種不同的表征方法,但對不同表征方法所得結果的相關性、差異性和適應性缺乏研究,導致以往大量的研究成果對微波冶金的工程化應用難以形成有效支撐。針對上述問題,本論文按照化學元素歸類原則,選擇了含鐵物料、含錳物料、硫化礦、碳質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,及不同表征方法結果的關聯性、差異性和適應性,揭示多種物料混合或發(fā)生相變的微波冶金的過程機理,為微波冶金應用中正確選擇和控制原輔料、過程調控和結果預測提供理論依據。在此基礎上,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用,揭示了各微波應用過程中有關參數的影響和過程機理,獲得以下結論：(1)物料升溫法、電磁參數法、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,表征的內涵不同,表征結果的關聯度與物料有關,表征測試設備和測試要求不同,三種方法各有優(yōu)缺點和一定的適應性。雖然三種方法的表征關注的內容不同,但具有理論相關性。按照化學元素歸類原則研究不同類別物料的吸波特性,根據較短時間微波輻射條件下的能量吸收法測試結果,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)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);碳質物料為：石墨活性炭焦炭高硫煤木屑木炭低硫煤。根據微波順序輻射優(yōu)先吸收微波方法測試結果,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。FM-5(Fe2O3) FM-6(Fe2O3)、M-2(MnO2)、方鉛礦、黃銅礦、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粒鐵屑,細粒級黃鐵礦和還原鐵粉吸收微波能力強于粗粒級。根據在單模波導(BJ26型)中實測物料溫度與波導內模擬電磁場分布的對比結果,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備、焙燒過程參數影響顯著,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的耦合作用強化焙燒行為。多模腔體焙燒易導致產生不均勻焙燒和局部物料高溫燒結,降低微波焙燒效果,使硫脫除率降低約4%�；靹蚍侄伪簾s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。(3)在硫酸渣的微波碳熱還原研究中,硫酸渣和碳質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,Fe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,使微波預處理后磨礦產品的粗粒級(-3.2+2、-2+1mm)含量顯著下降,中間粒級(-0.425+0.15mm)和細粒級(-0.074 mm)含量明顯增加,-0.425 mm粒級的有價金屬分布率增加,更多金屬礦物實現了優(yōu)先破碎。微波加熱預處理后,含Fe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,微波加熱預處理能耗僅為傳統(tǒng)加熱預處理的1/20。微波加熱預處理后邦德功指數減小8.2%。論文研究成果對于微波冶金的設備設計、物料選擇、過程控制和機理研究等具有較好的指導作用和較高的學術價值。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TF04
【圖文】：

Ｕ．１微波定義逡逑微波是電磁波的一種，其波長為Ｉｍ？０．１邋ｃｍ，頻率為３００邋ＭＨｚ至３００邋ＧＨｚ，在電磁逡逑波波譜中介于無線電波和紅外之間（見圖１－１）Ｗ。微波根據其頻率高低可分為３個頻段：逡逑超高頻（ＵＨＦ，邋３００ＭＨＺ－３邋ＧＨｚ）、特高頻口ＨＦ，３－３０邋ＧＨｚ巧日極高頻（ＥＨＦ，３０－３００邋ＧＨｚ），逡逑其中極高頻巧Ｈ巧主要用于通訊行業(yè)Ｐ’ｓｉ。逡逑ＴＨＥ邋ＥＬ巨ＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ邋ＳＰＥＣＴＲＵＭ逡逑Ｗｎｕ－ｎｌｎｒｃｒｔｈ邐１０；邋１邋滬邋１０，１邋心邋ｌＯ’：邋１０．３邋ｉ0＊＊邋化－；巧＊邋ｌＯ’，ｌＯ＊邋ｉ0－９邋ｉ0’，0邋ｉ0－＂如》逡逑（ｎ邋ｍｅｔｅｒｓ）邐＇邐？邐＇邐？逡逑Ｓ＾ｏ，．邋—0邋昔‘？q!方逡逑Ｓ0ｃｅ＂Ｗｄ邋Ｃ邋哥＊邋ｍ：＾ｌｌ邐Ｖｗ邋■■？ｉＭｕｌ．逡逑ｎａｍｅ邋ｏｆ邋ｗａｖｅ邐＾邋ｒ？ｄｉｏｗ？ｖＭ邐ｉｎｆｒａｒｅｄ邋山邋ｔｒｗｏｌＰｔ邐ｈ．ｆｄ邋ｗｙ＾逡逑＾邐－＾ｍｍ邐ｍｍ邋？逡逑ｉＭＢｙ邐ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ邐ｓｃ－．邋＞．＇ｎｖ邋ｇａｍｍａ邋ｒ？ｙ％逡逑＾邐ｉ邋Ｓ邋戶邋ａｔ逡逑ＡＭ邋Ｒａｄｉｏ邋ＦＭ邋Ｒａｄｉｏ邐心ｄｗ邐Ｐ＊0ｐｌ＊邋ＵｇＭ邋ＢＷｂ邋Ｔ？＊？化Ｓ邋＂．ｃｗ：，．逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邐ｉ邐ｉ邐ｔ邐ｔ邐ｔ邋ｉ邐ｉ邋ｉ邋ｔ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｔ邐ｉ邐ｉ逡逑（ｗａｖｅｓ邋ｐｅｒ邋ｓｅｃｏｎｄ）邐１0６邐ｔＯ

Ｕ．１微波定義逡逑微波是電磁波的一種，其波長為Ｉｍ？０．１邋ｃｍ，頻率為３００邋ＭＨｚ至３００邋ＧＨｚ，在電磁逡逑波波譜中介于無線電波和紅外之間（見圖１－１）Ｗ。微波根據其頻率高低可分為３個頻段：逡逑超高頻（ＵＨＦ，邋３００ＭＨＺ－３邋ＧＨｚ）、特高頻口ＨＦ，３－３０邋ＧＨｚ巧日極高頻（ＥＨＦ，３０－３００邋ＧＨｚ），逡逑其中極高頻巧Ｈ巧主要用于通訊行業(yè)Ｐ’ｓｉ。逡逑ＴＨＥ邋ＥＬ巨ＣＴＲＯＭＡＧＮＥＴＩＣ邋ＳＰＥＣＴＲＵＭ逡逑Ｗｎｕ－ｎｌｎｒｃｒｔｈ邐１０；邋１邋滬邋１０，１邋心邋ｌＯ’：邋１０．３邋ｉ0＊＊邋化－；巧＊邋ｌＯ’，ｌＯ＊邋ｉ0－９邋ｉ0’，0邋ｉ0－＂如》逡逑（ｎ邋ｍｅｔｅｒｓ）邐＇邐？邐＇邐？逡逑Ｓ＾ｏ，．邋—0邋昔‘？q!方逡逑Ｓ0ｃｅ＂Ｗｄ邋Ｃ邋哥＊邋ｍ：＾ｌｌ邐Ｖｗ邋■■？ｉＭｕｌ．逡逑ｎａｍｅ邋ｏｆ邋ｗａｖｅ邐＾邋ｒ？ｄｉｏｗ？ｖＭ邐ｉｎｆｒａｒｅｄ邋山邋ｔｒｗｏｌＰｔ邐ｈ．ｆｄ邋ｗｙ＾逡逑＾邐－＾ｍｍ邐ｍｍ邋？逡逑ｉＭＢｙ邐ｍｉｃｒｏｗａｖｅｓ邐ｓｃ－．邋＞．＇ｎｖ邋ｇａｍｍａ邋ｒ？ｙ％逡逑＾邐ｉ邋Ｓ邋戶邋ａｔ逡逑ＡＭ邋Ｒａｄｉｏ邋ＦＭ邋Ｒａｄｉｏ邐心ｄｗ邐Ｐ＊0ｐｌ＊邋ＵｇＭ邋ＢＷｂ邋Ｔ？＊？化Ｓ邋＂．ｃｗ：，．逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邐ｉ邐ｉ邐ｔ邐ｔ邐ｔ邋ｉ邐ｉ邋ｉ邋ｔ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｔ邐ｉ邐ｉ逡逑（ｗａｖｅｓ邋ｐｅｒ邋ｓｅｃｏｎｄ）邐１0６邐ｔＯ

本文編號：2738467