1昆明理工大学冶金工专业工程硕士试卷昆明理工大学冶金工专业工程硕士试卷考试科目考试科目: : 微波冶金与材料微波冶金与材料 冶能学院：冶金专业工程硕士冶能学院：冶金专业工程硕士 考试时间考试时间: : 2013.62013.6 命题教师命题教师: :夏洪应夏洪应学生班级：学生班级：20112011 级级 学生姓名学生姓名: : 林安川林安川 学号学号:2011302018:2011302018题题 号号1 12 23 34 4总总 分分评评 分分1、阐述微波加热的基本原理和特点。 （25 分）2、简述微波预处理应用现状，并进行原理分析。 （25 分）3、简述微波干燥的原理和发展动态。 （25 分）4、简述微波加热在冶金中应用现状，并阐述你的看法。 （25 分）答案见下页：21、阐述微波加热的基本原理和特点。 （25 分）答：微波是频率在300MHz300GHz，即波长在100cm1mm范围内的电磁波，是位于电磁波谱的红外光谱和无线电波之间。目前，微波加热所采用的常用频率为915MHz、2450MHz，对应的波长为0.330米和0.122米。微波加热是一种将微波加热技术用于工业过程的新型加热方法，已发展成为一门引人注目的前沿交叉学科。微波加热与常规加热方式显著不同，它是通过微波在物料内部的介电损耗直接将反应所需要的能量传递给反应的分子或原子，在足够强的微波能量密度下，这种原位能量转换方式使得物料微区得到快速的能量累积。微波加热基本原理：加热机制一，偶极子极化加热在微波场中，一个极性偶极子分子总是试图随着迅速改变的电磁场方向调整其取向。极性分子取向的调整不可能与迅速改变的微波场的方向（对2.45GHz 频率，每秒改变2.45109 次）相匹配，因而使分子间的摩擦加剧，使之变热；加热机制二，离子导电加热对含有离子的溶液，微波场加速溶液中离子迁移的速率，增加了离子碰撞的几率，使动能转变成热能。导电作用大小与介质中离子的浓度和迁移率有关。因此，离子迁移产生的微波能量损失依赖于离子的大小、电荷量和导电性，并受离子与溶液分子之间相互作用的影响；微波与颗粒物料相互作用。微波加热过程在宏观上表现出如下优点：（1）选择性加热。选择性加热物料，升温速率快，加热效率高；（2）催化作用。对反应具有催化作用，能降低反应温度，缩短反应时间，促进节能降耗；（3）清洁生产。其本身不产生任何气体，是实现清洁生产的有效途径之一；（4）自动控制。使物料在瞬间得到或失去热量来源，易于自动控制。微波加热优势：提升冶金产品深加工水平，完善产品结构；改造某些传统工艺；有可能开发出冶金新技术；实现冶金过程的高效、节能、环境友好。2、简述微波预处理应用现状，并进行原理分析。 （25 分）答：我国矿产资源具有品位低、有用矿物嵌布粒度细，矿物共生复杂等特点，复杂共伴生有色多金属矿的高效分离技术难度大。对于处理高附加值矿石，特别是贵金属的提取，微波预处理也可以改进矿石的粉碎性和有利于贵金属的释放。微波对难选金矿的预处理的过程中，相对于常规氰化浸出工艺可以缩短预处理时间和得到较高的金浸出率。研究结果表明，微波预处理过程加热快而且均匀，处理时间短、成本低。微波预处理技术为难选矿石的矿预处理的提供有效技术之一。原理分析：微波通过在矿物内部介电损耗直接将化学反应所需要的能量传递给反应的分子或原子，由于有用矿物和脉石吸波特性差异显著造成多元多相复杂矿石体系的温度在微观上的不均匀分布，强化有用矿物与脉石的解离，形成一种非平衡态的反3应条件，促进界面化学反应，促进矿石中有价元素的高效分离与提取。应用现状：应用于难处理矿石微波预处理：（1）难浸金矿石的处理，指常规氰化法不能回收大部分金的矿石；难选冶金矿固体和矿浆微波预处理，有效改善了金的浸出效果；微波处理难浸微细粒包裹金的试验，提高了金的氰化浸出率；（2）微波对闪锌矿的FeCl3-HCl浸出过程的影响，证明微波辐照加热方式较传统加热方式的浸出速率快；（3）微波预处理在钛铁矿矿石中的应用，钛铁矿矿石经微波预处理后，其浮选特性大大改善。开路浮选两次精选，TiO2的回收率由39.8%提高到74.8% ，精矿品位由26.2%提高到29.9%；应用于矿石的微波助磨：（1）用大功率微波短时间预处理钛精矿在迅速产生应力、降低矿石强度和提高磨矿产量的同时，还强化了其组分的磁学性质，对提高下游磁选分离等选矿过程金属的回收率非常有效；（2）微波处理对磨矿效果可产生明显的影响：部分矿样微波处理后出现明显爆裂，相同条件下磨细至-300目占80%左右时，在磨矿时间上，经微波处理矿物缩短约5s；相同磨矿时间，则微波情况下-300目含量可以提高57%。矿石粒度、处理时间、微波功率与矿物质量比等都对处理效果有着明显影响。3、简述微波干燥的原理和发展动态。 （25 分）答：干燥：从物体中除去水分的操作。传统干燥方法存在共性问题：干燥周期较长、能量利用率低、产品均匀性差、装备技术落后等。传统干燥属于高耗能、粗放型过程，需要对全部物料进行加热。通过对多种冶金物料的系统干燥，开发了微波选择性高效干燥技术。微波干燥是微波发生器中微波辐射到待干燥的物料并穿透到物料内部时，诱使物料的水等极性分子随之同步高速旋转，使物料瞬时产生摩擦、撞击热，导致物料表面和内部同时升温，且内部温度高于物料表面，使大量的水分子从物料中逸出而被蒸发带走，从而达到干燥目的。基于微波干燥的基本原理，微波干燥系统主要由微波发生器、波导装置、微波干燥器、排湿冷却装置、传动系统、控制系统以及安全保护系统等部分组成对于冶金物料的干燥，由于微波对水具有选择加热特性，其有效加热对象主要是极少量的拟脱除水分，减少了对物料的整体加热，极大地降低了能耗，有效避免了温室气体和污染物的排放。微波干燥的优势：蒸汽压力梯度大； 温度梯度与压力梯度方向相同，进一步推动了传质过程的进行。我国微波干燥技术的应用始于上世纪70年代初期，主要应用于轻工、化工及农产品食品加工等方面。从总体来看，我国微波干燥装机功率仍然非常低，与发达国家相比仍有很大的差距。目前，国外微波干燥技术已在轻工业、食品工业、化学工业、农业和农产品加工等领域得到应用。具体在造纸、陶瓷、木材、食品、沥青、污水处理、表面活性剂、香料、矿石、药物、混凝土、涂料、油漆等方面进行研究和应用。利用微波独特的加热方式，将其应用于冶金颗粒物料的干燥，可以改善干燥工业高4能耗、低能效、大污染的现状。对拓宽微波能技术应用领域，具有重要的实践价值和科学创新性。近来，微波干燥由于其显著地的应用优势，得到了广发应用：微波干燥钛精矿；微波干燥硫酸铜；微波干燥闪锌矿；微波干燥膨润土；微波干燥球团矿；微波干燥单宁锗；微波组合干燥高纯石英砂；微波组合干燥等等。4、简述微波加热在冶金中应用现状，并阐述你的看法。 （25 分）答：颗粒物料在冶金过程中是普遍存在的，微波与颗粒物料的相互作用机理是微波冶金的重要理论基础之一。微波加热在冶金中应用：20世纪60年代，就有科技人员开始从事微波加热在矿冶方面的应用研究。昆明理工大学刘纯鹏教授于20世纪80年末代开始微波加热在冶金中的应用研究，是国内最早开展微波加热在冶金中应用的单位之一。根据颗粒物质弛豫特性理论和非Debye弛豫机理，导出了微波与颗粒物质相互作用的新方程建立了微波与颗粒物料相互作用的新方程 在验证新方程准确性的基础上，成功解释了目前微波冶金反应中出现的重要特殊现象：（1）热失控现象；（2）金属材料的吸波性；（3）非马尔可夫过程和瞬态特性；可为反应器的研发和微波冶金新工艺的开发提供了重要的依据。微波加热在冶金中应用还有：由于碳是一种很好的微波吸收物质，可在短时间内加热到10531556K，而且微波具有选择性加热物料的特点，当微波用于金属氧化物的碳热还原时，碳可以产生局部高温，使碳的还原能力明显提高，从而加速还原过程的进行。广泛运用于微波煅烧及微波还原：微波还原高钙镁钛铁矿；微波还原处理高炉瓦斯泥；微波还原软锰矿；微波还原钒钛磁铁精矿制备铁粉；微波还原越南钛精矿制取初级富钛料；微波法制备直接还原铁；微波还原焙烧红土镍矿等等；微波加热浸出是其中一种有发展前途的湿法冶金新技术。看法：微波加热所具有的优越特性和特殊机理，在宏观上表现出加热速度快、选择性好、效率高、无污染和优越的能量转化方式等特点，微观上表现出热效应和场效应的双重作用，改善微观结构。微波冶金反应器研究所取得的理论成果和产业化关键技术将为其发挥在矿业工程领域的创新性作用奠定重要的基础。微波加热应用于微波预处理、微波助磨、微波干燥、微波煅烧、微波还原、微波浸出、微波改性、探索出一到了两种新型工艺，并开展适应性和移植性研究，为微波冶金拓宽应用领域奠定坚实基础，推进微波在矿冶和新材料制备过程中的规模化和产业化。随着绿色矿业和冶金的不断发展，微波加热在矿业和冶金领域将会得到更为广阔的应用，更好的促进节能减排。