超声波在有色冶金中的应用研究新进展

超声波在有色冶金中的应用研究新进展
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%。

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.。