《微波在冶金中应用的基础理论研究》

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本项目在国家自然科学基金等多个课题的资助下,整合冶金物理化学、化学、微波等多学科资源,历经22年,围绕微波加热在冶金中的应用,研究成果包括:  (1)定量描述了冶金物料在微波场中的升温特性。确定了冶金矿物、中间产物和冶金用溶剂等冶金物料在微波场中的升温曲线测定方法,推导出的两阶段升温速率方程,准确描述了冶金物料在微波场中的升温特性。  (2)创建了微波高效干燥冶金物料的全过程模型。针对深度干燥和粘结性物料干燥,提出了微波选择性加热和微波内部驱动原理,并建立了微波干燥物料的全过程模型。  (3)建立了微波煅烧强吸波与弱吸波冶金物料的三维模型。考察了主要影响因素对分解率的影响规律,建立了微波场耦合强度与响应参数之间的数学方程,得到了主要因素与分解率关联的三维模型。  (4)推导出了微波浸出冶金物料的非等温动力学方程。通过微波浸出过程中能量及化学变化规律的研究,推导出了非等温动力学方程,揭示了微波浸出冶金物料的反应机理。  (5)探索了微波碳热还原冶金物料的各因素与还原度等指标的关联规律。开展了微波能量在反应物料之间的能量传输、耦合和转化机制研究,探索了温度和时间对反应过程的影响,探索了微波碳热还原冶金物料的各因素和还原度等指标的关联规律。  (6)揭示了高性能冶金专用活性炭微波法制备中的活性点强化机制。研究了冶金专用活性炭在微波与活化气体联合作用下的孔径、表面官能团的演变规律,提出了物理活化法中的活性点强化机制,进而获得了微波条件下孔径的调控技术。  出版学术专著2部;发表论文190篇,被国际权威检索机构SCI、EI、ISTP、CA收录187篇次,其中被三大检索收录48篇(SCI/EI/ISTP分别收录17、43、7篇次),CA网络版收录120篇;他引达到656次,其中SCI、EI他引共103篇次;参加国内外学术会议26次,大会特邀报告9次;发明专利已获得授权14项,培养博士20余名、硕士40名。  经国际联机检索查新,“冶金物料微波场中升温曲线测定方法,建立的两阶段升温速率方程,除课题组的文献外,未见他人文献报道;冶金物料的微波干燥、微波煅烧、微波还原、微波浸出等相关反应机理,同时三维模型的建立,仅见课题组的文献报道;基于高温炭化与物理活化法的微波孔径调控技术制备高强度、高性能、高比表面积活性炭的反应机理研究,除课题组已发表的论文、出版的专著等文献外,未见他人文献报道。”  美国工程院院士米勒教授对本成果给予了高度评价,认为“冶金工业的一大突破”。  成果被鉴定为“整体水平达到国际先进,部分达到国际领先”。

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