摘要：介绍了超声波的概念和作用机理。论述了超声波在冶金领域中的主要应用：在合理利用超声波的条件下，均有利于脱气、去夹杂、细化晶粒和强化浸出过程等的进行。展望了超声波的应用前景。
关键词：超声波；有色冶金；应用；前景
引言：
目前我国冶金工业正处于由提高产量转向提高质量、全社会节能降耗的良好契机，超声波更具有良好的研发前景和实用价值，因此本文对超声波在有色冶金领域中的应用研究作如下介绍。
一、超声波的概述
人们通常把频率比20kHz大的声波称作为超声波，它的频率是超出了人耳能感受到的最大范围的。因此，超声波是人们听不见的。超声波是一种压缩纵波，它在固、夜、气体以及固熔体等作为介质时均能有效传播，它的穿透性很强。此类固有的特点让其在液体介质中传播时传递出了十分强大的能量，可以在界面上发生强烈冲击与空化的作用。而且同声波一样会出现反射、干涉、叠加与共振等现象。在条件相同的振幅下，超声波的强度与普通波比较要大许多，这个关键因素使得超声波可以在众多领域里有着广泛应用。并且超声波有波长短，频率高，能量大，对介质质点能够产生明显的声压作用等特征。现阶段已经被医学、化工业、食品、电子工业、工业探伤、海洋探测以及电镀行业（用于表面清洗）等方面广泛应用。与此同时，这半个世纪以来，很多的冶金人员也长时间致力在超声波的基础研究与应用研究工作。甚至，最近几年伴随着新材料的成功开发，让人们成功研制出了大功率的超声波换能器，打破了传统换能器功率小、能量利用率低的限制，致使超声波有可能在冶金方面也实用，并且前后获得了一些研究成果，一些在工业上有了应用。
二、超声波在有色冶金中的应用
（一）超声波在火法冶金中的应用
Onaev等对声振动在铅鼓风炉上的应用进行了工业规模的试验。从研究结果可得，使用6赫兹、140分呗的声波，能让铅锭的熔炼率与铅锭的回收率提高了5.84%；冰铜的熔炼率与铅锭的回收率提高了8.97%；渣的熔炼率与铅锭的回收率提高了6.55%；冰铜的熔炼率与铅锭的回收率提高5.65%，炉渣的温度从1073摄氏度提高到了1090摄氏度，排出的废气中一氧化碳的浓度从原来的24.2%降为了20.2%，其中二氧化碳的含量却从原来的17.2%增加到了21.4%；熔炼过程的热平衡测试结果表明，声振动加强了焦碳的燃烧，热损失减少了，能让每吨炉料的热量增加11.3%。[1]所以，声振动不但可以强化熔炼过程、提高回收率，而且能够降低焦耗。Sarukhanov等研究了在频率44赫兹、振幅1微米的超声波作用下锡的结晶净化过程。结果表明，超声波提高了杂质元素的分离效果，让铜、金、铬、镍在锡中的分配系数减少了25%～45%，进而使得成为了精炼锡。Romanteev等研究了在600～800摄氏度范围内一氧化碳还原纤维的动力学。了解到当声压提高到15.8Pa，600摄氏度时纤维的还原速率提升了15%～25%，温度在800摄氏度时还原速率比原来高出了2倍；以此同时，还知道了声波频率比6.6赫兹小的时候，对纤维的还原速率没有影响。
（二）超声波在湿法冶金中的应用
1、在重有色金属冶金中的应用
孙家寿等提出，用超声波处理技术强化FeCl3浸出硫化铜精矿，可显著提高铜的浸出率。常规浸出16h，铜的浸出率仅为71.5%；经21kHz、4.5W/cm2超声处理后，浸出12h，铜的浸出率可达80.2%。
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2、超声波在轻金属冶金中的应用
Gomes等觉得，在氢氧化钠溶液中，用超声波处理铝土矿能够对微扰作用与矿石颗粒的溶解速率有所提高，然后再用超声波来处理溶液，可以加快溶液中的固体颗粒沉降分离速度；用超声波处理加晶种的铝酸钠溶液能够提高分解速率与让晶体可以更均匀地生长。
3、超声波在稀有金属冶金中的应用
彭少方等人研究了在超声作用下盐酸浸出白钨矿的过程。在30～75摄氏度范围里检测了温度、精矿粒度与盐酸浓度对白钨矿浸出过程的影响，提出了动力学方程，明确了反应体系的表观活化能为13.822kJ/mol，而没有使用超声振动时的表观活化能为83.057kJ/mol。研究结果可得，超声振动可以很大程度上提高反应速率，降低反应温度与盐酸浓度，还能够对工作环境有所改善。
4、超声波在贵金属冶金中的应用
赵文焕利用超声波的特征，进行了银精矿中金银的氰化浸出小型试验、扩大试验与半工业试验研究。研究结果可得，超声波浸出法具有浸出时间短、氰化钠单耗低、金银浸出率高等好处。在试验条件最好的时候之下，金、银浸出率分别为97%～99%与95%～96%，浸出时间比传统的氰化浸出时间少了一半，氰化钠的单独耗损减少了10kg/t。所研制的管式、槽式强化反应均能够在工业生产中使用。
5、在萃取过程中的应用
BatricPesic等研究了超声场对强化镍萃取过程的影响，分别讨论了超声能量、声频率、溶液pH值、萃取温度和有机相及溶液组成对萃取速率的影响。实验中分别用了Lix65N和Lix70两种萃取剂，超声波频率在20赫兹到40赫兹之间。研究结果可得，超声场对化学反应机制没有影响，仅对动力学过程有所强化，增加比表面积，镍萃取速率提高了4～7倍。和机械搅拌条件下的萃取结果相比，最终的萃取率没有变化。但是，超声场对钴萃取过程却有着不同的影响，不但使萃取速率加快了，而且明显提高了最终的萃取率。其原因有可能是超声场使Co2+氧化成了Co3+，让原本的平衡关系有所改变。此外，Batric Pesic还评估了超声能量的消耗。[2]觉得超声能量消耗比较大，由于短暂超声作用和持续超声作用一致，使用短暂超声处理能够减少能量消耗。
6、在离子交搀冲的应用
井上洁将氯化混合稀土溶液流过与EDTA混合过的强阴性离子交换柱，以NH4OH调节pH值，当溶液通过30个10m长柱子10天时，能获得99.94%的钇；若另施加42kA/m的磁场，3天就可获得9.98%的钇；若再进一步施加100kHz、2W/cm2的超声波，则30h便可获得99.3%的钇，大大加快了钇的分离过程。
三、超声波在有色冶金中的前景展望
综上所述，超声波对很多冶金过程的确可以起到有效的强化作用。但是，现阶段超声波在冶金反应过程中的作用机理并未全部弄清。想让它可以逐步完善与推广，还应该对超声工艺设备、技术条件、强化方式及强化机理优化进行下一步的研究实验。就具体应用的角度来看，目前的超声波发生器几乎都有功率小的不足，对工业化生产的标准无法满足，怎样让设备大型化，需要赶快研究出超声波发生器才能解决现阶段的问题。应该确信，超声强化技术具有非常好的应用方向。科技的逐渐进步以及冶金人员的逐渐探索研究，在未来，随着科技日新月异的进步和冶金工作者的不断研究探索，在不久的将来，功率超声在复合材料的制备、分离纯化冶金产品、强化冶金过程等方面的应用会更加广泛。
结束语：
如何使超声设备大型化，以满足冶金工业物料流量大的要求是必须优先解决的，难题，随着二次有色金属废料回收利用的重要性日益突出，研究出一系列不同规格的超声装置是大有发展前途的，而较为合理的方案是采用压差来产生超声的流体超声设备，我国已进行了开拓性的工作。我们相信，超声波在有色冶金某些工序中的应用前景是光明的。
参考文献：
[1]徐晖.超声波液相脱气原理及研究进展[J].安全与环境工程，2014，21（01）：62-68.
[2]曾青云，张勇，帅庚未.微波及超声波在钨冶金中的研究进展[J].有色金属科学与工程，2014，5（02）：15-19.
论文作者:施玉露
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：超声波论文; 超声论文; 速率论文; 过程论文; 溶液论文; 回收率论文; 摄氏度论文; 《电力设备》2017年第34期论文;