微波在处理矿石矿物过程中能量分配机制及其作用机理研究

Micriwave as a new clean energy has been widely used in mineral processing. However, due to lack of ralative basal theories of microwave interactions with minerals, it will be hardly realized that the microwave absorbing ability and the distribution relationship of microwave energy in various mineral components during microwave interactions with minerals are effectively predicted. Therefore, on the basis of the evaluation methods of microwave absorbing ability proposed by applicant's team, the microwave absorbing ability of typical nonferrous and ferro-manganese minerals and the distribution relationship of microwave energy in various mineral components in microwave processing minerals will be studied in this project. Moreover, the interactions mechanism of microwave and minerals will be discussed by the combination of the mineralogical characteristics and the migration-transformation rule of minerals, which will provide theoretical basis and guidance for devices development,ways of treatment, flowsheet design, process forecast and control in industrial application of mineral processing with microwave.

微波能作为一种清洁能源，已广泛应用于矿物热处理领域，但微波热处理矿物的相关基础理论匮乏，导致无法有效预测矿石吸波性能和微波场中矿石矿物间微波能量分配关系。基于此，本项目拟采用申请者课题组提出的微波吸收能力评价方法的基础上，研究典型有色金属矿石及铁锰矿石微波吸收性能，探清微波矿物处理过程中微波能量在矿物间的分配关系，并结合矿石的矿物学特征以及矿物的迁移转化规律，分析微波与矿物相互作用机制，为微波矿物处理工业化应用中的设备开发、处理方式、流程设计、过程预测和控制提供理论依据和指导。

微波作为一种清洁热能源，在食品、干燥领域得到广泛应用。然而，在矿石矿物处理过程中的工程应用进展却十分缓慢，可复制推广的工程应用案例鲜有报导。究其原因，一方面是因为微波场中矿石矿物与微波的相互作用过程中表征方法不系统、不科学、并缺乏有机联系，导致以往大量的研究成果对微波处理矿石矿物的工程化应用难以形成有效支撑问题；另一方面矿石矿物在微波处理过程中各矿物组分与微波相互作用机制缺乏系统研究。基于此，本项目首先运用物料升温法、电磁参数法、能量吸收法三种方法从不同角度表征含铁物料、含锰物料、硫化矿、碳质物料等物料在微波场中的吸波特性、吸波能力及吸波效果，并系统研究比较同类原料中不同成分物料的吸波特性差异和微波作用效果，发现表征结果的关联度与物料有关，表征测试设备和测试要求不同，三种方法各有优缺点和一定的适应性。其次电磁模拟研究发现大部分电介质物料主要通过损耗微波电场造成介电损耗，具有高电导率的金属粉末和强磁性矿物主要通过损耗微波磁场造成磁损耗，具有共价键和金属键的物料，还包含电阻损耗。矿物的成分和晶体结构是影响矿物吸收微波能量的关键因素，晶粒尺寸和晶格畸变与吸波能力存在显著相关性。随着晶粒尺寸的减小，物料吸收微波能力增强；晶格畸变对不同矿物吸波能力的影响并不相同。第三，建立了微波场中二元混合物料吸收微波能量的分配关系模型，确立微波处理过程中微波能量在各矿物组分中的分配关系。最后，研究了微波焙烧、微波碳热还原、微波加热助磨三种主要微波应用，揭示了各微波应用过程中有关参数的影响、各矿石矿物物相转变规律和过程机理。项目资助发表学术论文4篇，其中SCI收录1篇，核心期刊3篇，申请发明专利2项，实用新型专利1项，已授权。培养博士研究生1名，硕士研究生1名，在读博士研究生1名。本项目总预算50万元，支出30.3168万元，余额19.6832万元。各项支出与预算相符，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。