高功率脉冲微波场中矿物强化解离行为研究

Using the fast in-situ conversion of microwave energy within the minerals with the thermodynamic comminution theory as a guidance, resulting in the significant temperature gradient between complex components, causing stress dissociation, so that creates good conditions for the subsequent dressing and smelting processes. The project mainly focuses on the investigation of the mechanism of energy transfer, absorption and heat transfer for the different components of minerals under the higher power density microwave field by selecting the typical encapsulated low grade minerals as research targets using high power pulse microwave as the intensifying means; studying the difference of microwave response of valuable metals and gangue in minerals, describing the temperature-rising behavior, grasping the common rules of microwave energy absorption and conversion, establishing the changing trends of dissociation mode and dissociation results of particles, forming the relationships between the trends and pulse parameters; revealing the interaction mechanism of microwave energy absorption and conversion of mineral components under the high power density, solving the scientific problems of the response mechanism for the different components in the complex minerals and the threshold of power density for the effective dissociation of minerals. Carrying out the R&D of the novel high power pulse microwave intensifying technology for the mineral dissociation, obtaining a relatively complete new principle and feasible prototype. Providing an alternative route for the higher effective dissociation of low grade minerals in China and increasing the supply of available grade minerals, which is of great significance to realize the higher resource utilization and lower energy consumption, and extending the guarantee period of strategic metals resources.

以热力破碎理论为指导，利用微波在矿物内部进行快速的原位转化，造成复杂组元间显著的温度梯度，引起应力解离，可为后续选冶创造良好条件。本项目拟选取典型的包裹型低品位矿物，将高功率脉冲微波作为强化手段，重点开展矿物不同组元在高功率密度微波场中的能量传递、吸收和传热等机理，研究矿物中有价金属和脉石等不同组分对微波的响应区别，描述其升温行为，掌握吸收和转化能力的差异共性规律，建立颗粒的裂解方式和解离结果的变化趋势，形成与脉冲参数间的关联关系，揭示高功率密度下矿物组元的微波能量吸收-转化的作用机制，解决复杂矿物组元对脉冲微波能量的响应机制和有效解离时的功率密度阈值的科学问题，获得较为完整的新原理和可行的技术原型，开发高功率脉冲微波强化解离矿物新技术。为我国低品位矿物的高效解离，增加可利用品位矿物供给提供新的技术途径，对实现高资源利用率和低能源消耗，延长战略金属资源的保障年限具有重要意义。

我国的矿石资源普遍存在贫、杂、细等特征，需要进行细磨深选才能达到冶炼要求，并且磨矿环节的高能耗限制了我国矿石的综合利用。本项目以我国攀西钛铁矿和河北某低品位磁铁矿为主要研究对象，创新性地使用脉冲间歇式微波加热方法对低品位包裹型矿石进行预处理，促进有价矿物与脉石的解离，达到降低磨矿功耗的目的。. 从实验研究和理论分析的角度，使用高温介电测试装置对两种矿石中各组元在变温条件下的微波介电性质进行系统性分析，研究不同组元对微波能量的响应规律。在此基础之上，分别使用脉冲间歇式微波和连续式微波两种方式对不同矿石组元进行加热，获取不同加热条件下各组元的升温行为。最后分别使用两种微波加热方法对矿石进行预处理，并使用球磨-筛选的方式获得球磨物料中-200目产物的质量比，以此来评价不同预处理方式的效果。对于钛铁矿而言，使用功率为1000W的连续式微波辐照50g粒径为25mm的钛铁矿30s并进行水淬，可将-200目物料的占比从66%提高至94%。同样使用连续式微波加热对磁铁矿进行预处理，功率为1000W的微波辐照-20+10mm的矿石120s，可以将-200目物料的比值从73%提升至87.32%。相比于连续式微波，脉冲微波加热可以在保持平均功率1000W的前提下，将微波的瞬时输出功率提升至50MW。在最佳的脉冲加热条件下，磁铁矿的-200目物料比例可以进一步提升至89.75%，并且将微波输出时间则减少为50s。使用脉冲微波加热方法进行预处理，不仅可以进一步提高矿石的可磨性，还能降低预处理阶段的能耗。在研究工作期间，发表学术论文10篇，其中SCI收录7篇，另有2篇论文在投；申请发明专利7件，授权实用新型1件。项目负责人获国家国际科学技术合作奖一项，获省部级奖励一等奖两项（各排名第1和第2）。. 项目立足于我国低品位包裹型矿石的综合利用，实验和理论研究结果为高效节能的脉冲微波加热强化矿石解离提供了可靠依据和支持，并对进一步的工艺生产应用具有重要参考和指导价值。