曹 陽，劉殿文,2

(1.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2.復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南 昆明 650093)

0 引言

礦石碎磨是選礦過程中的重要環(huán)節(jié)，其效果將直接影響最終分選指標。我國每年需要碎磨的礦石多達數(shù)十億噸[1]，造成碎磨設備耗鋼量巨大。在實際的選礦過程中，碎磨階段能耗占選廠全部能耗的50%以上[2]，但是僅有約1%的能耗被用于使礦石形成新的表面[3]，剩余的能量大多以摩擦發(fā)熱等形式被碎磨設備消耗。礦石碎磨的難易程度取決于礦石內部的晶格結構，因此通過對礦石進行預處理而改變其內部晶格結構、降低硬度是提高碎磨效率的有效手段。礦石碎磨預處理的常用方法有：添加助磨劑法、超聲波預處理法和熱預處理法等[4]。微波是熱預處理法中比較新穎的一種，具有整體性、選擇性、高效性[5]等特點。當用微波輻照礦石時，礦石內部不同的礦物組分會被選擇性加熱，導致礦石內部的晶格結構發(fā)生改變，從而使得礦石的硬度降低。通過研究微波輻照對礦石晶格的作用，可以進一步探索微波輔助礦石碎磨的機理，為后續(xù)研究提供理論依據(jù)。

1 微波輔助礦石碎磨機理

1.1 微波概述

1.1.1 微波的定義

微波是一種高頻的電磁波[6]，處于無線電波和紅外輻射之間，其頻率范圍為300 MHz～300 GHz、波長范圍為1 mm～1 m[7]。根據(jù)微波的波長，可將其劃分為：分米波、厘米波、毫米波、亞毫米波等。

1.1.2 微波加熱物料機理

當微波輻照物料時，物料內部非極性分子中的電荷會在電場作用下朝著相反的方向移動，該過程稱為“極化”現(xiàn)象[8]，被極化的分子稱為偶極子。當電場的方向以高頻率發(fā)生改變時，偶極子將重新排列，在此過程中偶極子會受到其他分子的干擾和阻礙，產(chǎn)生摩擦和碰撞進而產(chǎn)生大量熱量。

1.1.3 微波加熱特點

a.選擇性：不同物料的介電特性存在差異，因此對微波的吸收能力不同；僅有微波吸收型和微波部分吸收型的物料可以被微波加熱[2]。

b.整體性：微波具有較強的穿透性[8]，在微波的輻照下，物料不同位置的溫度梯度較小，受熱均勻[9]。

c.高效性：微波可以直接對物料進行從內而外的加熱，因此在熱量傳遞過程中熱量損失較小，升溫速率高，可直接將電磁能轉化成熱能[10]；取消微波輻照后，會立即停止加熱物料[11]。

由微波對物料加熱的機理和特點可知，微波加熱方式相較于傳統(tǒng)加熱方式具有明顯的優(yōu)勢。利用微波選擇性加熱的特點，可以差異性加熱礦石中的不同礦物組分，降低礦石硬度，提高碎磨效率。

1.2 微波輔助碎磨礦石機理

礦石中的目的礦物和脈石礦物具有不同的介電常數(shù)、導電率、導磁率和比熱容等，因此對微波的吸收能力存在差異。當用微波對不同種類的礦物進行輻照時，隨著時間的延長，不同礦物會呈現(xiàn)不同的升溫趨勢。常見礦物微波輻照升溫速率見表1[11]。礦石中不同種類的礦物被微波輻照后的溫度差異較大，并且不同礦物自身的膨脹系數(shù)不同，因此會在不同礦物晶格邊緣產(chǎn)生熱應力，從而產(chǎn)生裂紋或在晶格內部發(fā)生斷裂。大量的裂紋和斷裂會明顯降低礦石的硬度、減小碎磨難度、提高碎磨效率，促進有用礦物和脈石礦物的解離。

表1 常見礦物的微波輻照升溫速率[11]

2 微波在礦石碎磨中的輔助作用

礦石內部發(fā)生變形和產(chǎn)生裂紋是碎磨的關鍵[12]。在微波輔助礦石碎磨的過程中，造成礦石內部晶格邊緣產(chǎn)生裂紋或晶格內部發(fā)生斷裂的根本原因是產(chǎn)生了內部熱應力。此外，由于不同礦物具有不同的介電特性，對微波吸收能力存在差異，因此在微波場中會呈現(xiàn)不同的溫度分布以及升溫特性，這些因素都會直接影響微波輔助礦石碎磨的效果。了解不同礦物在微波場中的溫度變化規(guī)律，可以進一步降低礦石碎磨的難度、提高碎磨效率。

2.1 微波對礦石硬度的影響

通過微波輻照對礦石進行預處理的主要目的是降低礦石的硬度及碎磨成本，提高碎磨效率。礦石內部熱應力產(chǎn)生的方式主要有以下幾種：

a.不同礦物的介電特性不同，在微波輻照下，不同礦物之間產(chǎn)生的熱膨脹具有一定的不均勻性，進而產(chǎn)生了熱應力，使得相鄰的晶格界面之間產(chǎn)生裂紋，從而降低礦石硬度。

b.不同礦物對微波的敏感性不同，因此會發(fā)生不同程度的熱膨脹；膨脹程度較小的礦物會對膨脹程度較大的礦物產(chǎn)生一定的約束效應，當產(chǎn)生的應力足夠大時，便會使晶格內部發(fā)生斷裂而降低礦石硬度。

c.在礦石被微波加熱的過程中，部分礦物會熱分解[13]或發(fā)生化學反應，改變礦石內部的晶格結構，進而產(chǎn)生熱應力而降低礦石硬度。

d.有時礦石內部水分較多，在微波加熱的過程中會有氣體生成，其產(chǎn)生的壓力會在礦石內部結構薄弱的區(qū)域產(chǎn)生應力，增加了裂紋的數(shù)量從而降低礦石硬度[14]。

LU等[15]在用微波輔助碎磨玄武巖、輝長巖、花崗巖時發(fā)現(xiàn)：巖石對微波的敏感性及巖石內部礦物的熱膨脹系數(shù)是影響微波輔助碎磨效果的主要因素；當巖石中同時存在對微波敏感和熱膨脹系數(shù)較大的礦物時，微波輔助碎磨的效果較好。首先，對微波敏感的礦物可以使巖石被快速加熱；其次，熱膨脹系數(shù)較大的礦物在高溫作用下，巖石內部會發(fā)生非均勻膨脹，從而產(chǎn)生較大的熱應力，進而在巖石內部產(chǎn)生大量晶間斷裂或穿晶斷裂。當巖石中只存在對微波敏感但不存在熱膨脹系數(shù)較大的礦物時，雖然巖石會被快速加熱，但是巖石內部產(chǎn)生的不均勻膨脹不明顯，產(chǎn)生的熱應力較小，因此產(chǎn)生的晶間斷裂或穿晶斷裂較少。當巖石中不存在具有上述兩種特征的礦物時，巖石則不會被快速加熱，并且?guī)r石內部幾乎不會產(chǎn)生晶間斷裂或穿晶斷裂。

戴俊等[16]在不同參數(shù)微波輻照對花崗巖硬度影響的試驗中發(fā)現(xiàn)：短時間大功率的微波輻照比長時間小功率的微波輻照對花崗巖硬度的降低更加有效；對比之下，雖然經(jīng)過長時間小功率的微波輻照，花崗巖同樣可以被加熱到相同的溫度，但不同礦物之間的溫度梯度較??；短時間大功率的微波輻照可以在短時間內形成更大溫度梯度，產(chǎn)生更大的集中熱應力，能更有效地降低巖石硬度。此外，短時間大功率的微波輻照會減少不同礦物之間因熱傳遞造成的熱量損失，因此微波輻照需要維持在適當?shù)臅r間范圍內，長時間的微波輻照并不會使巖石硬度持續(xù)降低，相反會造成能量浪費。

王帥等[17]在用微波輻照降低方解石硬度的研究中發(fā)現(xiàn)：在高于700 ℃時，方解石的質量隨著溫度的升高而減小，這是由于方解石發(fā)生熱分解反應生成了CO2氣體；大量的CO2氣體會在方解石內部產(chǎn)生一定的壓力而形成內外壓差，從而產(chǎn)生應力，使得方解石內部產(chǎn)生裂紋和破裂，降低方解石的硬度。不僅如此，周文戈等[18]研究發(fā)現(xiàn)：石英在微波加熱過程中，當溫度高于580 ℃時，會發(fā)生由α-石英向β-石英的轉化；后者的體積比前者大，因此在轉化過程中會發(fā)生體積膨脹，進而產(chǎn)生內部應力，使得含有石英的礦石內部產(chǎn)生裂紋而降低礦石硬度。BOBICKI等[19]在研究微波對超鎂鐵質鎳礦的加熱行為和粉碎效應中發(fā)現(xiàn)：超鎂鐵質鎳礦中的蛇紋石在微波加熱過程中脫去羥基轉化成橄欖石的同時會產(chǎn)生水蒸氣，在礦石內部形成一定的壓力，進而在礦石結構薄弱處產(chǎn)生一定的應力，致使礦石內部出現(xiàn)裂紋而降低礦石硬度。

由此可見，微波的輻照功率、輻照時間是影響礦石硬度降低程度的重要因素之一。對于不同的礦物，各自有其相應的微波輻照功率及時間。礦石硬度的降低程度并非與微波的輻照功率和輻照時間成簡單的線性關系。影響微波降低礦石硬度的另一重要因素是不同礦物組分對微波吸收能力的差異性。當?shù)V石中不同礦物組分對微波吸收能力或者敏感性差別較大時，礦石硬度會顯著降低；反之，礦石硬度降低不明顯。綜合上述兩種影響因素，根據(jù)礦石內不同礦物組分對微波吸收能力或敏感性的差異，選擇最合適的微波輻照功率及輻照時間，可以最大限度地降低礦石硬度，最大程度地提高礦石的碎磨效率，減少礦石碎磨階段的能量消耗，延長碎磨設備的使用壽命并降低成本。

2.2 礦物對微波的吸收特性

礦物對微波的吸收能力可以用相對微波能量ER表示，ER是指物體所吸收的微波能量與中間介質水吸收微波能量的比值[20]；ER越高，表明物體對微波的吸收能力越強。

白立記等[20]分析了脆硫銻鉛礦、黃鐵礦和錫石對微波吸收能力的差異及3種礦物的溫度隨微波輻照時間的變化，結果表明：3種礦物對微波均具有較好的吸收能力(實驗設備見圖1[20])，值得注意的是，3種礦物對微波的吸收能力并未隨微波輻照時間的延長而持續(xù)上升；在初始階段，礦物對微波的吸收能力增幅較大；隨著微波輻照時間的延長，礦物對微波吸收能力的增幅趨于平緩。礦物對微波的吸收能力直接影響礦物溫度的變化，因此礦物溫度的變化與微波吸收能力的變化相同。這種升溫現(xiàn)象很好地體現(xiàn)了微波加熱的高效性，即微波加熱可以使礦物短時間內被快速加熱。該研究還分析了脈石礦物對微波的吸收能力，石英和方解石的ER只有0和2.12，金屬硫化礦除閃鋅礦外，ER均大于18。WALKIEWICZ等[21-23]通過試驗發(fā)現(xiàn)，閃鋅礦雖是金屬硫化礦，但對微波的吸收能力較弱，其ER僅為2.44，與方解石對微波的吸收能力相似。

圖1 多物料分立共存吸波升溫試驗設備[20]

MO等[24]在測定各類硫化礦精礦對微波的吸收能力的試驗中發(fā)現(xiàn)：黃銅礦精礦對微波的吸收能力最強，閃鋅礦精礦對微波的吸收能力最弱，但仍強于石英；當不同種類的硫化礦混合后，每種礦物仍保持自身對微波的吸收能力,混合礦物對微波的吸收能力取決于其中對微波吸收能力較強礦物的質量分數(shù)，其質量分數(shù)越高，則混合礦物對微波的吸收能力越強。LU等[25]在不同礦石對微波吸收能力的試驗中發(fā)現(xiàn)，頑火輝石的升溫速率最大，對微波的吸收能力最強，黑云母對微波的吸收能力屬于中等水平，鉀長石、鈉長石、白云母、橄欖石、石英和方解石等對微波的吸收能力較弱，可見大多數(shù)造巖礦物對微波的吸收能力均較弱；采用能譜掃描電鏡(SEM-EDX)對不同礦石中的元素和裂紋進行了觀察，發(fā)現(xiàn)即使是同種礦物，但由于來源、雜質的含量等不同，其對微波的吸收能力也有很大差別；另外還發(fā)現(xiàn)，鐵含量較高的區(qū)域比含量較低的區(qū)域對微波的吸收能力更強，說明鐵可以促進礦物對于微波的吸收。

PICKLES等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，礦物對微波的吸收能力會隨著溫度的變化而變化。決定礦物對微波吸收能力的影響因子是復介電常數(shù)ε，其由實部和虛部兩部分組成，實部為礦物的介電常數(shù)ε′，表示礦物對電磁能的存儲能力；虛部為損耗因子ε″，表示礦物將存儲的電磁能轉化成熱能的能力；tanφ為虛部和實部的比值，稱為損耗角正切，表示電磁能轉化成熱能所消耗的能量值。由于礦物復介電常數(shù)的實部和虛部均隨溫度變化而變化，因此礦物對微波的吸收能力也在不斷變化。

LIU等[27]在鈦鐵礦對微波的吸收能力研究中發(fā)現(xiàn)：在20～100 ℃范圍內，溫度對復介電常數(shù)的實部和虛部均有很大影響；隨著溫度的升高，實部和虛部均迅速增大，使得復介電常數(shù)增大，鈦鐵礦對微波的吸收能力增強；此外，不同礦物晶格中的離子隨著溫度的上升，其電導率也會明顯增大，進而使損耗因子ε″增大，同樣使鈦鐵礦對微波的吸收能力得到提升。

SALSMAN等[28]在粒度對微波吸收能力的影響試驗中發(fā)現(xiàn)：當混合礦物的粒度較小時，對微波的吸收能力較差；中等粒度混合礦物對微波的吸收能力最強；大粒度混合礦物對微波的吸收能力會減弱，但仍強于小粒度混合礦物。這是因為：混合礦物復介電常數(shù)中虛部ε″在低溫或者高溫時會明顯減??；此外，混合礦物的粒度較小時，比表面積的增大會導致熱量在不同的礦粒之間傳遞而造成能量損失。

莫秋紅[29]在不同的微波輻照功率及時間下研究了各種類型錳礦石對微波的吸收能力，結果表明：隨著輻照時間的延長，γ-MnO2對微波的吸收能力最強，MnO2對微波的吸收能力居中，Mn單質、MnCO3、Mn2O3、MnO對微波的吸收能力較弱；不同錳礦石在微波輻照120 s內對微波的吸收能力相對穩(wěn)定，這是因為不同錳礦石的加熱狀態(tài)、物化性質以及結構不發(fā)生變化時，其對微波的吸收能力一般會保持穩(wěn)定；在改變微波輻照功率的條件下，固定質量的不同錳礦石對微波吸收能力的變化趨勢與前者相似，這是因為在質量不變的情況下，微波輻照功率的變化對錳礦石吸收微波的能力影響不大。

劉全軍等[30]在采用微波輻照對鐵礦石進行選擇性磨礦的研究中使用公式定量計算出了鐵礦石對微波的吸收與升溫關系。 單位介質吸收的微波功率可以用式(1)計算：

P=0.556×fE2ζk×10-12,

(1)

式中：P為單位介質吸收的微波功率，W/cm3；f為微波頻率，Hz；E為電場強度，V/cm；ζ為物料介電常數(shù)；k為介質損耗系數(shù)。

介質在微波中因極性分子高速振蕩，升高的溫度可用式(2)計算：

(2)

式中：c為比熱容，J/(kg·K)；d為物料密度，g/cm3。

由式(1)和式(2)可知，不同礦物在同一微波場輻照下，雖然微波頻率f和電場強度E相同，但由于不同礦物的比熱容、密度、介電常數(shù)和介質損耗系數(shù)不同，因此會導致不同礦物對微波的吸收能力存在差異。

由此可見：大多數(shù)金屬礦物如黃鐵礦、方鉛礦、磁鐵礦、鈦鐵礦等的復介電常數(shù)一般較大，因此對微波的吸收能力較強，會被快速加熱；非金屬礦物如石英、方解石等的復介電常數(shù)一般較小，因此對微波的吸收能力較弱，即使延長輻照時間，溫度的變化仍不明顯。礦物對微波的吸收能力并非一成不變，而是隨著礦物自身復介電常數(shù)中實部和虛部的變化而變化[31]。礦石的粒度、礦石內部雜質含量、礦粒的比表面積、礦石內部鐵的含量、礦物的物化性質、礦物的質量、礦物的電導率及礦石的當前溫度等都會引起復介電常數(shù)中實部和虛部的變化，從而影響礦物對微波的吸收能力。在實驗中，應綜合考慮上述因素，以提高礦物對微波的吸收能力。

2.3 微波場中礦物內部的溫度分布和升溫特性

通過對微波場中礦物內部的溫度分布及升溫特性的進一步了解，可以更加有效地控制微波輻照的輸入功率、輻照時間，減少能量的過度輸入從而降低能耗，這對微波在礦石碎磨中的應用具有重要意義。

2.3.1 微波對礦物內部溫度分布的影響

相關學者通過建立礦物結構模型分析微波加熱過程中礦物內部溫度的分布情況。秦立科等[32]對黃鐵礦與方解石組成的混合礦物進行了溫度分布研究，礦樣為立方體結構，黃鐵礦位于立方體的中心位置，四周由方解石圍成(見圖2)，結果表明：在微波輻照下，中心黃鐵礦的溫度最高，并且黃鐵礦內部的溫度梯度較小，外側方解石的溫度隨著與中心的距離的增大而降低，中心和邊緣溫差較大；中心黃鐵礦在短時間內的升溫速率很高，隨著微波輻照時間的延長，升溫速率減緩，外側方解石的溫度為線性增加，但升溫速率遠低于中心黃鐵礦，中心與邊緣的溫度梯度呈減小趨勢；當提高微波功率時，中心黃鐵礦、外側方解石的溫度及中心與邊緣的溫度梯度均明顯增大。這說明提高微波功率可以使礦物被加熱到更高的溫度，同時礦物的空間分布也是影響溫度分布的一個重要因素。

圖2 微波加熱礦樣結構示意圖[32]

微波輻照預處理不僅對礦石具有加熱效果，對煤巖也有很好的加熱效果，可以利用微波高穿透性的特點，對煤巖進行由內而外的加熱[33-34]。張永利等[35]研究了微波預處理對煤巖滲透能力和氣體解析能力的影響，通過試驗發(fā)現(xiàn)，微波可以在煤樣的中心產(chǎn)生高溫區(qū)，隨著微波輻照時間的延長，中心高溫區(qū)范圍逐漸擴大，進而由內而外對整個煤樣進行加熱；在不同微波功率對煤樣溫度影響的模擬試驗中發(fā)現(xiàn)，盡管微波的功率不同，但是產(chǎn)生的中心高溫區(qū)形狀相似，微波的功率越高，中心高溫區(qū)的范圍就越大，對整個煤樣的加熱效果就越好。

由此可見，微波輻照加熱與常規(guī)加熱有很大不同，前者熱源從內部產(chǎn)生，由內而外對礦物進行加熱，這將大幅提高加熱效果。微波的功率、輻照時間及礦物的嵌布關系均是影響溫度在礦物內分布的重要因素。礦石中對微波吸收能力較強的礦物的溫度會隨著微波功率的提高而上升，同時與微波吸收能力較弱的礦物的溫度梯度會變大，有利于礦石內部熱應力的產(chǎn)生。隨著微波輻照時間的延長，不同礦物的溫度均會升高，但不同礦物之間的溫差會逐漸減小，這不利于礦石內部熱應力的產(chǎn)生。因此在礦石碎磨中微波輻照的時間不宜過長，同時短時間的微波輻照可以大幅減少能量消耗。

2.3.2 微波對礦物升溫特性的影響

徐宏達等[36]在用微波輻照鞍山式鐵礦石的試驗中發(fā)現(xiàn)：在3種不同功率微波輻照下，赤鐵礦的溫度隨著微波功率的提升而升高;在3 kW微波作用下，1 min內赤鐵礦就可以被加熱至600 ℃；但石英在相同功率的微波輻照下，雖然延長輻照時間至150 s，相較于30 s，溫度并沒有明顯提升，說明微波對石英的加熱效果不明顯。

侯明等[37]在鈦鐵礦的升溫特性研究中發(fā)現(xiàn)：隨著微波輻照時間的延長，鈦鐵礦會被加熱至更高的溫度；在鈦鐵礦的質量從40 g增加至60 g的過程中，鈦鐵礦的升溫速率均較快，不同質量的鈦鐵礦隨著微波輻照時間的延長均呈現(xiàn)相同的升溫特性；隨著樣品質量繼續(xù)增加，鈦鐵礦在相同輻照時間內的溫度有所降低，這是因為適當提高礦物的質量，可以提高礦物對微波的吸收能力，使礦物的升溫速率也得到了提升，但是當介質的質量過大時，微波的電磁能轉化成熱能的效率就會明顯降低，導致升溫速率下降。

劉漢文[38]通過研究認為：相同族類礦物中，鐵含量對礦物升溫特性的影響遠不及礦物晶格類型本身造成的影響；只有在相同族類礦物并且晶格類型相同的情況下，礦物的升溫速率才會隨著鐵含量的增加而升高。

雷鷹等[39]的研究表明，礦物粒度也是影響其微波輻照升溫特性的因素之一。劉國崗[12]研究不同粒度釩鈦磁鐵礦在微波輻照下的升溫特性后發(fā)現(xiàn)，隨著粒度的減小，礦石內部的空隙率降低，氣體在礦石內部的含量減少，導致復介電常數(shù)增大，使礦物的介電性能得到了增強。因此釩鈦磁鐵礦的升溫速率隨著礦物粒度的減小而升高，但微波對礦物的穿透能力卻隨著粒度的減小而下降。

劉亞靜等[40]同樣研究了粒度對硼鐵礦介電特性和升溫特性的影響，結果表明：硼鐵礦在200 ℃以下時，隨著粒度的減小，空隙率變小，復介電常數(shù)變大，升溫速率變快；而在200 ℃以上時，復介電常數(shù)中的虛部迅速降低，這是因為硼鐵礦中的硼鎂石和蛇紋石隨著溫度的升高發(fā)生了脫水，增大了空隙率，并且脫水后的產(chǎn)物對微波的吸收能力較弱[41]，升溫速率降低。

綜上所述，礦物的升溫速率會隨著微波功率的增大[42]、物料量的適當增加[43]及粒度的減小而升高，但隨著微波輻照時間的延長，礦石內部可能會發(fā)生化學反應，改變原有礦石內部的晶格結構，導致復介電常數(shù)發(fā)生變化，最終導致升溫速率降低。因此在試驗中，應該根據(jù)礦物的粒度和質量，確定合適的微波功率和輻照時間，以降低成本、提高能量利用率。

3 微波對礦石碎磨解離度的影響

礦石中有用礦物和脈石礦物通常緊密連生，為了得到較好的精礦指標，目的礦物需要具有一定的解離度。微波對礦石的輻照在降低其硬度的同時，內部產(chǎn)生的裂紋可以暴露出更多的新鮮表面，增加了單體解離的可能性，減小了連生體的占比，提高了細粒級顆粒的含量[44]，同時可以有效解決過粉碎和過磨的問題。

郭潤楠等[45]對主要成分為錫石、方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦的多金屬硫化礦的可磨性進行了研究，為了解決過磨與欠磨的問題，采用微波對礦物進行預處理，與未經(jīng)微波預處理的礦樣(磨礦1～5 min)相比，前者-0.074 mm質量分數(shù)比后者平均高10%，在磨礦3 min時，最多高出12.90%；通過動力學分析，經(jīng)微波預處理后的礦石磨礦仍符合一級磨礦動力學方程，磨礦破碎速率相對增加了56.96%；不僅如此，磨機的生產(chǎn)能力也有大幅提升，在磨礦1 min時相對增幅最大為77.92%。隨著-0.074 mm質量分數(shù)越來越高，磨機的生產(chǎn)能力增幅逐漸減小，在5 min時為5.08%。

嚴妍等[46]對低品位磁鐵礦進行了微波輔助磨礦研究，采用微波連續(xù)性加熱方式和微波脈沖間歇式加熱方式對磁鐵礦進行預處理，并比較了兩種預處理方式的助磨效果，結果表明：兩種微波預處理方式均有良好的助磨效果，兩種處理方式下-0.074 mm質量分數(shù)分別提高14.32%和16.75%；但是脈沖間歇式加熱方式相較于連續(xù)性加熱方式助磨效果更好，雖然總時間有所增加，但是微波輻照的時間相對減少，磨礦效率提高了2.43%。

焦鑫等[47]在試驗中采用馬弗爐作為參照組，對比了微波輔助輝鉬礦碎磨的效果，在輝鉬礦被氧化的溫度之內，使用馬弗爐預處理的輝鉬礦的-0.074 mm質量分數(shù)并沒有明顯升高；但使用微波輻照的輝鉬礦隨著溫度的上升，-0.074 mm質量分數(shù)明顯升高；通過掃描電鏡(SEM)觀察經(jīng)微波預處理后的礦樣，有用礦物與脈石礦物之間存在明顯裂紋，使得礦樣的抗壓能力下降而更易磨細。

由于鮞狀赤鐵礦嵌布粒度較細和被層層包裹的特點，其單體解離比較困難，為了使其充分解離，一般需要細磨至5 μm以下[48]。鮞狀赤鐵礦在普通的碎磨過程中易產(chǎn)生微細顆粒，常造成含泥量較大[49]。針對鮞狀赤鐵礦的特點，微波預處理是一種比較好的手段。錢功明等[50]研究了微波輻照對鮞狀赤鐵礦的磨礦效率以及解離度的影響，結果表明：在微波輻照之后，鮞粒與基體礦物交界處有較為明顯的裂紋，而沒有經(jīng)過微波預處理的鮞狀赤鐵礦，二者之間沒有裂紋；若延長微波輻照時間，會發(fā)現(xiàn)鮞粒與基體礦物交界處的裂紋增多并逐漸形成斷裂，繼續(xù)加大微波功率，鮞粒內部也有大量裂紋出現(xiàn)，礦物的比表面積和孔隙率均得到了提高，說明微波可以促進鮞狀赤鐵礦的單體解離。

由此可見，微波輻照可以促進礦物單體解離，并且無需額外的能量，相較于馬弗爐等傳統(tǒng)加熱方式，解離效果更好。并且微波輻照對礦物加熱所需要的能量遠低于碎磨設備所耗的電能。因此，在大批量礦石碎磨過程中，可以節(jié)約電能，避免和減少碎磨設備的磨損；同時，在提高礦物單體解離度的同時，可以產(chǎn)生更大的比表面積，為后續(xù)浮選過程中的藥劑吸附提供便利，從而增強藥劑對礦物的抑制和捕收能力。

4 展望

a.微波已經(jīng)在多個行業(yè)發(fā)揮巨大作用，但在礦物加工行業(yè)的發(fā)展尚處于起步階段。將礦石中多種礦物組分與微波選擇性加熱的特點相結合，可以獲得傳統(tǒng)熱處理方式無法比擬的助碎磨效果。

b.微波加熱礦物的作用機理研究仍處于實驗室研究階段，在實際生產(chǎn)中，礦石性質的差異、礦石的粒度及雜質含量都將嚴重影響微波的輔助碎磨效果。不僅如此，微波發(fā)生裝置對電能轉化成電磁能的效率不高，且在礦石日處理量較大的情況下，電能消耗是否能夠小于未經(jīng)過微波預處理礦石碎磨所需的能量，仍需實踐檢驗。微波在礦物加工領域應用的安全性和穩(wěn)定性也有待進一步研究。

c.隨著國家對綠色礦山建設的大力扶持，以及研究人員對微波輔助碎磨理論研究的不斷深入，相信可以突破各種技術瓶頸，使微波技術可以在處理量較大的選廠中得到廣泛應用。