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微波高温加热原理及特点简介
来源:湖南长仪微波科技有限公司作者:长仪微波网址:http://www.changemw.com
文章附图

随着科技的发展和学科间的交叉融合,诸如微波、超声波、激光、电磁等外场技术不断引入传统冶金过程中,产生了新的冶金方法和理论。外场技术引入冶金过程中,强化了传统冶金过程,具有高效、低耗的突出优点,应用前景非常广阔。

一、微波高温加热原理

微波是指波长在1mm~1m范围内的电磁波,其相应频率在300GHz~300MHz之间。微波技术引入冶金过程中,主要是利用微波加热物质所体现出的优良性能。微波是一种电磁波。在磁场中,一些物质的分子会被极化,随着微波场方向发生每秒数以亿次的改变,极性分子总是试图以相同的速率调整其取向,引起极性分子旋转。当这种旋转行为受到原子的弹性散射或晶格热振动等因素阻碍时就会引起能量耗散,电磁能转化为热能,从而引起物质温度升高。

物料介质可分为极性分子和非极性分子,在电磁场作用下,极性分子从随机分布状态转为按电场方向进行取向排列。在微波电磁场作用下,这些取向运动以每秒数十亿次的频率不断变化,造成分子的剧烈运动与磨擦碰撞,从而产生热量,导致电能直接转化为热能。可见,微波加热是介质材料自身损耗电场能量而发热。不同介质材料在微波电磁场作用下的热效应是不一样的。由极性分子所组成的物质,能较好地吸收微波能。水分子为强极性分子,是吸收微波的最好介质,所以凡含水分子的物质必定吸收微波。有机化学反应中常用的溶剂如乙醇、甲酰胺等具有偶极的溶剂受微波照射时也会有加热效应的出现。另一类由非极性分子组成的物质,它们基本卜不吸收或很少吸收微波,而如己烷、CCl4等小分子溶剂,以及聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、玻璃、陶瓷等高分子及无机材料。这些材料能透过微波,但不吸收微波,可作为微波加热用的容器或支承物,或做密封材料。

大量的实验研究结果表明,微波照射可以使许多化学反应很快完成,在某些反应中明显地提高了产率。一些科学家将微波在化学反应上造成的这些影响解释为微波效应,但仍然没有一种确切的理论解释,所以,其作用机制还有待于进一步研究和阐明。

二、微波加热优点

微波高温加热与传统高温加热方式相比具有明显的优点:

微波加热能够实现选择性加热,加热速度快。大多数硫化物和一些氧化物(如MnO、NiO等)能够大量吸收微波,这些物质能在微彼辐照1~2min后温度升至几百摄氏度甚至上千摄氏度,而有些物质(如CaO、SiO2等)却不能大量吸收微波,不能在微波辐照下被加热到很高温度。

微波高温加热均匀,加热效率高。微波可对被加热物质内外一起加热,避免了传统加热产生的冷中心现象,热损耗小,热能利用率高。

微波加热能降低化学反应温度,降低过程能耗。微波可使原子和分子发生高速振动,为化学反应创造更有利的热力学条件,对化学反应具有催化作用,可使反应在更低的温度下进行,降低过程能耗。

微波洁净、环保。微波本身不产生任何有害气体,所需净化的只有还原和氧化反应产生的气体,因而有利于环保。

微波不属于放射性射线、又无有害气体排放,是一种较为安全的加热技术。但同时应该指出的是,不适当的微波辐射也会对人体产生全身性的不利影响,尤其是眼睛的晶状体、胃、肠等血液循环不良的器官更易受到损伤。因此,实验过程中要防止仪器的微波泄漏,避免微波辐射。

目前,微波在冶金过程中的应用研究涉及微波强化浸出、微波辅助萃取、微波碳热还原、微波干燥、微波烧结等领域。

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