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                                  微波在矿业中的应用

       能源作为一种力量是世界运行的基础。在当时当地有效地应用能源是建立优质工程的要求,矿业领域也不例外。即使一个外行看到用于破碎和球磨的每月电费,或者用于烘干花费的石油、天然气,她/他也会感到非常的惊讶。
      
    正确地利用能源用于ROM矿业对于粉碎工序是关键。使用能源用于过滤水分直到水分蒸发进入下一道工序,从而降低整个的运行费用。
      
    通过查阅所有的研究和开发利用当地的热能用于矿业及其冶炼,人们能看到很多在矿业中应用的优势。微波在矿业粉碎加工中存在的潜在降低能源消耗优势,表现在改变了矿物的表面化学和推进了在更多的可控环境中形成新的冶炼方法。如果能完全应用微波技术,让每种矿物都能用微波加工将减少整个矿业的运行费用。在研磨传送过程中增加或直接用微波将很容易地高效地减少25%研磨能源费用。
      
    最后,几乎所有的科学领域的每一项进步都会给商贸和个人带来新的途径。一个很好的例子是Velcro,它首先由美国的太空计划设计,而现在全球的很多家庭可以找到。能源的生产和传输的变化也不例外。
      
    微波技术最初应用在远距离通信,最后发展应用到微波炉,有些人叫雷达炉。家庭拥有微波炉用于煮饭的人认为用微波炉煮饭仅需几分钟而使用其他的热源像气体炉子要花一个小时或更多,有关产品质量和速度的平衡现在还在辩论。虽然食品行业更多的人应用微波技术但它仍需继续发展,有效地应用微波加工矿物的研究已开展多年了。
      
    微波是一种电磁波,波长介入红外与无线电波之间——1103mm,频率0.3300GHz。电波与磁波形成电磁波,以一定的角度沿直线传播。
      
    微波能穿透一些像玻璃、纸和塑料的材料,一般没有反射,微波能直接通过这些材料表面。相反地,微波能被金属表面反射,微波炉使用金属制成反应器。炉内的金属架使微波能均匀分散避免能谱的非均匀分布。市场上应用的微波炉频率为2450MHz,微波热是微波与介电材料的交互作用形成的。在每端有不同的电荷极性分子(H2O是最常见的用于食品加热的极性分子)排列在磁场中,当磁场发生变化时,极性分子发生振动而产生热。用于材料加热时在表面有大量的热源,拥有大量的分子级的微小加热器。
      
    内部加热的深度与材料有关。举例来说,被加热的材料是香肠,微波将穿透不可见玻璃而在材料的表面或下面产生热,因为通过香肠的微波作用与极性分子的原因。微波安全盘一般有氧化铁复合材料吸收微波。如果加热材料是硅基材料(如石英)与黄铁矿,微波将穿透不可见的石英直接加热在石英-黄铁矿的界面。

    电场和磁场形成电磁波

    粉碎

       前面提到的一些微波的应用是由美国矿业局在上世纪90年代中期作的研究,矿物的预处理微波优越性的研究起决于微波对粉碎加工的影响。
      
    微波应用不存在难理解的原理,微波作为一种非离子辐射,能量的传输类似于可见光的辐射。来自于太阳系卫星的能量,从外层空间到达地球的微波应用已经有很多年了。能量传输中微波能的选择性吸收使粉碎时减少所有的能量消耗成为可能。
      
    在粉碎加工中消耗的能量占整个加工能量消耗的5070%或者更高,一般的矿物的加工改变矿物的物理特性(矿物的粒度和矿物的浓度)达到要求。找到更有效的办法降低能量消耗,简化材料中的物理变化提高整个加工的经济效益。
      
    矿物颗粒的局部加热引起材料的微裂纹和脆性将导致更加高效的研磨,使用微波加热将增强这种局部加热。高能量的矿物颗粒在长时间的加热(按秒计算)或增加功率能引起相或者化学变化,这样产生更多的内部应力并改善了下一道工序。
      
    许多高等研究院正进行广泛的研究,有单独研究的也有合作开发的。在万隆印度尼西亚技术研究院的研究人员研究了微波在Cimanggu研磨能的影响。西Janvanese金矿的研究人员发现应用微波能加工矿物持续时间5300秒,结果减少金矿的工作量2035%。
       Nottingham
    、BirminghamStellenbosch大学已经研究出微波在矿业工业中的优势,在Birmingham大学早先的研究显示微波辐射是提高矿物粉碎的一种有效方法因为微波增加了穿晶与沿晶断裂。下面的这些研究是微波加热在矿物浮选方面影响。现在Birmingham大学和Stellenbosch大学的研究人员在南非的一个项目上合作,研究微波腔体设计的变化对矿物加工的影响,这项工作得到工程和物理科学研究委员会与Rio Tinto技术的支持。Birmingham大学正在领导进行更深入地研究:微波处理和微波处理金矿脆性地形成。

    烘干

       烘干是微波能应用中最简单的,比较传统的管式烘干机,微波烘干减少了周围环境空气中包含的水分需要的热。事实上,热量的需要只有水分子的转变而没有其他形式变化热的需要。在一些情况下这是可能的,但是在另外的情况下,矿物烘干需要更加高效的吸收能量通过它传给水分子。
      
    考虑到水或者矿物真正吸收微波能的百分数,微波烘干证实是更经济实惠的。因为全面评估效益平衡点还起决于当地的电价与石油、天然气价格的对比。

    电磁波谱图

    碳的再生

       微波加热的另外一种应用是活性碳的再生,这方面的应用研究由Ontario HydroOTH)推出。OTH建于1912年,来自于Ontario Hydro的研究部门,该公司涉及手术及其辅助设施的电子技术的所有领域。该公司声称在环境应用和开发方面评估微波技术用途提供实验和技术。OTH 花了十多年开发和应用微波加热技术。
      
    典型的碳的再生在电、天然气或者其他能源的输送带上完成。直接的微波加热减少了能量消耗和碳的损失,当使用温和的操作系统时,碳出现突变。
       OTH
    公司的技术包含两个方面:微波源和波导。被处理的材料放进喂料处,微波功率与加热时间与反应器有关。微波器件可以定制满足特殊的容量要求。

    浮选

       前面提到的Birmingham大学已经研究了微波在钛铁矿浮选方面的影响。出版在CIM的加拿大冶金季刊,研究结果显示微波辐射预处理能有效地改善钛铁矿的表面特性提高矿物的浮选能力,钛铁矿,即钛和铁的金属氧化物,它在2.45GHz的微波炉中具有很快的介电加热特性。该大学的研究人员发现2600W功率辐射时,钛铁矿块体样品在10秒内即达到180,1分钟后达到720;石英和长石则只有很小的微波加热性能,相应地在1分钟后仅能达到5365。
      
    在微波辐射后,钛铁矿回收增加20%以上。钛铁矿样品局部表面区域随着微波辐射,出现了有价值地变化,同时观察到新相的出现。当钛铁矿(铁钛,FeTiO3)出现在空气中时出现氧化,Fe+2氧化成Fe3,在室温时,这种氧化速度很慢,但随着温度的提高而加快。微波选择性加热特性加速了钛铁矿表面Fe的氧化,氧化增强了浮?。从ξ锏奈ㄐ阅?,从而提高浮选速度。该大学的研究结果显示微波辐射10秒钛铁矿的回收提高10%,随着微波辐射时间的增加钛铁矿的回收增加大约64%,最大可到87%。通过浮选矿物表面化学特性的改善完成矿物的回收。
      
    微波辐射可减少油酸钠用量,钛铁矿浮选回收率达到60%时,油酸钠用量2×104摩尔;对于微波处理的钛铁矿,油酸钠用量是7×105摩尔,回收率达到65

    煅烧

       OHT,EMR 微波技术集团公司已经研究微波能的应用并出现了在矿业的工业化生产,特别是应用于难熔矿物及其冶炼。

    传统含砷黄铁矿的煅烧

    FeAsS→FeS+As

    4As+3O2→2As2O3

    3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2

    或者 2FeS+3.5O2→Fe2O3+2SO2

    传统黄铁矿的煅烧

    3FeS2+8O2→Fe3O4+6SO2

    或者 2FeS2+5.5O2→Fe2O3+4SO2

       EMR 公司的研究已花十多万美元和几年的时间,用于开发微波系统设计加工工程。该公司已经开发出各种加工贵重的、基本的和其他矿物的技术。EMP 公司最近授权位于加拿大Fredericton,New Brunswick pilot工厂向全球的矿业客户展示最近和最大的加工设备,两个微波反应器和75KW的微波源,设计为两段连续加工,生产量为510mt/d。这个设备主要加工方解石黄铁矿和含砷黄铁矿金的冶炼,同时也适应含碳矿物等其他矿物。
       EMR
    pilot工厂总部位于Fredericton,提供广泛的小范围的实验和分析设备,公司拥有30个专业人员,提供工程、化学、地质和分析方面的服务。
      
    存在大量的矿山运转时产生大量难熔尾渣,同时矿体不断耗尽带来复杂的冶金和经济难题。例如:典型的难熔含砷黄铁矿-黄铁矿金矿需要煅烧、高压、过滤来提炼金,高压和煅烧最后出现难题。利用微波的选择性吸收原理仅让矿中部分与微波起作用。这样出现有价值的能量节约,同时避免某些副产品的出现滞留在生产线。几个主要的加拿大公司和国际矿业公司已经认识到微波加工的潜力,微波系统的优势已得到证实并达到pilot水平,同时证实微波加工提供了有潜力的机理,因为中和硫化物矿渣,避免含酸污染物污染地下水。

    金的冶炼
     
      
    标准的烘烤是氧化黄铁矿中的铁和硫,考虑经济效益的原因,加工时利用其中的硫的氧化放出的热量。EMR公司已经成功地开发出铁的选择性氧化,很好的分离出硫。通过控制温度在硫的燃烧点以下和控制氧含量这样直接将黄铁矿加工成赤铁矿。EMP公司应用微波技术在液化反应床中完成了氧化。

    含砷黄铁矿金地冶炼
     
      
    传统煅烧含砷黄铁矿产生赤铁矿方解石,副产物是SO2AsO3。通过控制反应条件,改变反应产物形成磁铁矿和AsSSO2 ,这个反应应用微波提供反应条件在减少氧含量的条件下在液化床中可持续进行。

    含砷黄铁矿的煅烧:两段加工

    1  FeS2FeAsS→2FeS+AsS500550空气控制/再循环)

    3FeS+2O2→Fe3O4+3S

    或者 2FeS+1.5O2→Fe2O3+S (400 空气控制/再循环)

    2  3FeAsS2O2→Fe3O43AsS

    或者 2FeAsS1.5O2→Fe2O32AsS400500空气控制/再循环)

    3 FeS2+2O2→Fe3O4+6S

    或者 2FeS2+1.5O2→Fe2O3+4S(>500时空气控制/再循环)

    含碳的矿物

       含碳的矿物中的有机碳很适合微波加工,快速的微波加热形成CO2气体。EMR公司指导pilot公司得到金的回收率超过95%,成功地输入15KW/st 矿。

    黄铜矿的冶炼

       采用金的冶炼同样的方法微波熔融冶炼铜。通过有效地控制加热速度和氧含量,气体逸出时产生酸。EMR证实微波加工能有效地氧化硫。在酸中溶解的铜的回收率超过99%。低体积,高密度从反应产物中逸出的蒸气直接形成酸用于SX。

    难熔氢氧化物的封装

       EMR应用微波加工墨西哥的矿物尾渣料,它们包括针铁矿,方解石,石英,和黄钾铁矾其中含有与针铁矿结合的金和银,接近50%的金不能用CN滤取。微波预处理尾渣料很快传送针铁矿滤取赤铁矿,采用CN滤取方解石得到很高的金的回收率,破碎针铁矿的反应副产物只有水。

    块状金属硫化物矿

       EMR公司已经对几种金属硫化物矿作了初步分析研究,包括PbZn结合Cu,Au,Co,Ag,几乎所有的金属硫化物已显示微波加热特性,有待更进一步的研究证实微波加工复杂块状硫化物的选择性氧化技术。

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