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(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,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)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)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)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%�；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(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,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(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(-0.074 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(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%。論文研究成果對于微波冶金的設(shè)備設(shè)計、物料選擇、過程控制和機理研究等具有較好的指導(dǎo)作用和較高的學(xué)術(shù)價值。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(jù)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(jù)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