Abstract：Polymerasechainreactionanddenaturinggelgradientelectrophoresismethod（hereafterabbreviatedasPCR-DGGE）isgettingalargerrangeofapplication.Chinahasaslowstartinthisfieldbutitisstillgraduallytakenseriouslyandresearchedandappliedbypeople.Thispaperanalyzestheapplicationandprospectofthisinthefieldofenvironmentalengineering.
关键词：环境工程；DGGE技术；污水处理
Keywords：environmentalengineering；DGGEtechnique；sewagetreatment
中图分类号：X32文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）03-0100-02
0引言
基因工程是现代生物技术最为核心的内容，属于DNA的重新组合技术，也被称为遗传工程。该技术自问世以来已经在诸多领域被广泛研究和应用，这其中就涉及到环境工程。技术核心原理是一系列的DNA重组、拼接，实现该技术是在研究对象的细胞之外进行的。其目的是通过人为干涉来改变基因的组成。合理的使用该技术，能产生原有物质本身不具备的特性；产生新的物种；合成能力更加强大。基因工程技术已经在环境项目中得到较好的应用，取得了相应的成果。
1DGGE实现的基本原理
DNA指纹技术就是变性梯度凝胶电泳技术。属于众多的多态性分析技术中的一种。研究对象的DNA使用具有化学变性剂梯度的聚丙烯酰胺凝胶进行电泳，所使用的凝胶能有针对性的解链PCR的扩增产物。由于DNA虽然长度相同，在碱基序列上却存在很大的差异。在DNA进行电泳时，双链的解链所需要的变性剂浓度不同。在相应的变性剂浓度下序列不同的DN段发生变性，产生其空间构型上的变化。双链DNA在开始的时候会以线状移向正极，当变性剂浓度逐渐增加后，G+C含量低含量的序列的部分会逐渐被打开，G+C高含量的部分仍然是双链状态。一旦DNA的双链解链后，其分子端部的叉状、中间的环形会发生部分熔化。此时，点用速度在聚丙烯酰胺凝胶中将会急速降低甚至停留在相对应的变性计对应的位置。经过染色之后以分开的条带形式呈现于凝胶之上。以上步骤可实现同长但有序列差异的DAN分子有效分开，形成变性的梯度主要用尿素和甲酰胺。
2DGGE技术在环境工程领域中的应用
PCR-DGGE技术能有效的避开传统微生物技术的局限性。当DGGE技术进入环境工程的微生物生态领域之后，这种新生技术很快变为研究微生物群落结构最主要的技术手段之一。在活性污泥与生物膜等生物处理系统中，微生物具有多样性。在进行相关的检测、微生物鉴定以及种群演替研究的时候，DGGE技术已被广泛应用。
2.1污水生物处理中的应用方法污水微生物群在CR-DGGE技术改变下与既有技术有很大差异，在这个过程中研究人员有了新的认识。
污水中的好氧细菌群落结构和功能在温度升高时会发生很大变化。运用DGGE技术我们可以分析出，不同温度环境会存在不同的细菌群落。
在同等的工作环境下，使用PCR-DGGE技术，跟踪分使用低温菌、常温菌分别接种的两套活性污泥系统中的微生物群落结构，进行及时动态观察。在相同工艺条件下，对低温菌群与常温菌群进行相同的操作，结果是：产生的微生物群结构有很强的相似性。随着时间的推移，这两类菌群在结构上的相似度越来越强。
去除污水中的氨和氮主要使用硝化方法。在这种硝化作用过程中氨氧化细菌负责将氨氧成亚硝酸盐。这种实现亚硝化作用过程是硝化过程中重要的步骤。所使用的氨氧化细菌具有生长速度低、相对生物种群较少的特点。传统的细菌分离、培养、分析方法，会消耗工作人员大量的时间。采用PCR扩增16SrDNA、功能基因并且随机克隆测序等相关技术手段。在高浓度氨氮废水处理系统的不同时间，分析并且处理活性污泥样品、氨氧化细菌的种类和氨单加氧酶的活性。御用PCR-DGGE相结合的技术，针对样品将总细菌群进行差异性研究。实验证明，PCR-DGGE技术可以使我们更为深入、全面的了解氨氧化细菌的类群及其相关功能。
应用PCR-DGGE工艺对城市污水处理与完全混合的传统式处理工艺进行了相关的实验对比。在同一反应器的不同位置，微生物群的分布、不同工况下的微生物种群结构进行了相关的分析、研究。研究表明，这两种污水处理工艺中的微生物种群都具有很强的多样性，区别是：两者种群的结构差异巨大。
采用生物滴滤反应器与生物滤池处理相同的污水，然后采用PCR-DGGE研究不同反应器或反应器的不同位置中氨氧化细菌菌群的组成。种群对反应器的形式或者位置的差异没有任何依赖性，不会随这些因素变化而变化。
2.2PCR-DGGE技术在废气生物处理中的应用生物滤池与生物滤塔是处理臭味、异味行之有效的好办法，这种生物过滤技术可以对恶臭与挥发性油剂废气体很好的遏制，从而该技术能够很快的推广。
在除臭生物滤池中较强酸性与中性两种不同运行环境下，运用PCR-DGGE技术研究，可以发现：微生物种群的多样性与生物种群结构上发生的改变。利用扩增细菌16SrRNA基因的V3可变区，运用相关技术分析滤池内的种群变化。回收有研究意义的DN段，与PCR测序、T载体克隆测序有效的结合。最终确定众多种群中的优势菌群。微生物对强酸性环境有很大影响；中性条件下的微生物种群更为丰富。此外，滤池的层次上的差异，也导致了种群空间分布的差异性。实验证明，除臭过程中硫氧化细菌占有相对明显的优势。
影响生物滤塔处理效率以及反应器的稳定运行的主要因素是塔中的微生物种群的结构，以及微生物的多样性。我们可以采用DGGE技术，对处理含氨废气的生物滤塔中的微生物进行多样性研究。随时间的推移，对反应器不同填料、不同时期微生物多样性比对研究。证明：微生物的多样性与反应器运行时间的长短有直接关系，随着时间的不断延长其多样性会有所降低；将填料方法进行对比可知：如果是堆肥填料，其微生物多样性更为丰富，反应器也能达到很好的效果。
2.3PCR-DGGE技术在污泥生物处理中的应用污泥的稳定化在污泥处理过程中是一个相当重要的过程。在此过程当中，微生物的稳定对于整个污泥系统的稳定起到了至关重要的作用。专家们采用DGGE指纹图谱技术，研究污泥堆肥工艺中的细菌种群动态变化和种群的多样性。研究证明：生物法污泥堆肥时间不大于8d。采用DGGE指纹图谱与相似性系数Cs值对污泥堆肥各工艺环节样品进行相关分析，可以发现，反应时间的持续，导致了微生态结构的Cs值逐渐增高。这说明：微生物种群结构会逐渐趋于稳定状态。污泥微生态种群可以迅速进行选择，进而调整内部细菌种群数量和结构。
采用PCR-DGGE技术，可以科学、直观的研究出环境中细菌群落及多样性。我们需要避开DGGE技术的先天缺陷，这就需要我们的科研工作人员，在该领域继续加大研究力度，为环境工程做出更大贡献。
参考文献：
[1]王超，曾玉香.环境影响评价中公众参与的问题和对策探讨[J].环境科学与管理，2010.
邵宗泽,国家海洋局第三海洋研究所研究员，国家海洋局海洋生物遗传资源重点实验室主任。国家百千万人才工程人选，国http://家政府特殊津贴专家，中国大洋协会重大项目首席科学家，中国大洋有突出贡献专家。建立了我国第一个规范化的海洋微生物资源保藏管理中心。
深海是地球表面生物多样性最丰富的地区，对深海生物系统及生物资源的研究，对于生物起源和进化、生物对环境的适应性以及医药卫生、生物技术、轻化工等方面的研究，都能够起到重要的推动作用。近年来，国际上对深海生物资源，尤其是深海生物基因资源的勘探和研究越来越关注，邵宗泽研究员为我们介绍了国内外深海生物资源的勘探和研究现状，并对我国这方面存在的问题与不足提出了自己的看法与建议。
记者：请您为我们介绍一下深海生态系统调查研究的意义与动态情况。
邵宗泽：深海水体、深海沉积物、深海平原、海山、海沟、冷泉等各种生境构成了深海特殊的生态系统。深海生态系统是地球上最大的生态系统，复杂独特、生境多样，蕴藏着巨大的基因资源，已引起国际社会高度关注。
与地球上其他生态系统相比，对深海生态系统的调查研究还很少。虽然早在1977年，美国阿尔文”号深潜器就发现了深海热液区，但目前对深海热液生态系统的认识还比较肤浅。不同地质背景的热液成分及生物群落组成具有独特性，目前对各大洋的热液生态系统的分布与生物种群特征还没有全面的了解。对古菌、细菌以及噬菌体等在深海生态系统的形成与维持过程中的作用，还有很多问题等待解答，热液活动在地球生命起源中的作用仍是一个谜。
记者：深海微生物是深海生态系统的重要成员，请您介绍一下国际上深海微生物调查研究的情况。
邵宗泽：微生物是深海生态系统中的重要组成部分，与其他海洋生物形成了密切的共附生关系。深海极端高温、低温、有氧、无氧等各种各样的环境条件选择出了多种多样的微生物。营养贫乏的大洋环境造就了寡营养的海洋微生物，寡营养微生物以其精简的基因组和特殊的代谢机制适应了特殊的深海环境。总的来说，各种古菌、细菌、噬菌体广泛分布于整个海洋环境，构成了独特的深部生物圈”，它们在地球生物化学循环中起着重要作用。
其中，深海化能自养微生物对热液及海底冷泉生态系统的形成至关重要。用时8年的化能自养生态系统计划（chessproject）对南大西洋、南太平洋等四个海区的深海化能自养生态系统进行了调查。在位于南太平洋开曼海槽（caymantrough）的超慢速扩张洋中脊，发现了水深最深热液口（6800米），生态环境独一无二；在南大西洋中脊发现了最热的热液口，还在新西兰附近发现了巨大的深海冷泉区，在北极的摩恩（mohnsridge）发现了大量的硫氧化菌席。
深海沉积物也是一个巨大的、天然的dna资源库，仅位于深海沉积物顶部的10厘米空间，据估算约含有4.5亿吨脱氧核糖核酸（dna）。已经证实，海底1626米以下的沉积物中也有微生物活动。深海中蕴藏着地球上最为丰富的物种多样性和最大的生物量，被公认是未来重要的基因资源来源地，具有巨大的应用开发潜力。
随着环境基因组、宏蛋白组等组学分析技术的进步，对海洋微生物的认识取得了重大进展。美国克雷格?文特尔研究小组开展的海洋微生物环境基因组系列调查发现，仅在表层海水就有大量的微生物新物种、新基因、新蛋白、新途径。这些微生物新物种、新蛋白家族、新代谢过程的科学价值、环境作用和资源价值目前难以估量。
记者：目前，深海生物基因资源已成为各国在国际海底竞相角逐的战略资源，能不能介绍一下国际社
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会的看法与态度？
邵宗泽：人类对海洋生物基因资源知识产权的拥有量每年在以12%的速度快速增长，目前有超过18000个天然产物和4900个专利与海洋生物基因有关，说明它不再只是个应用远景，而是一类现实的可商业利用的重要生物资源。基因组测序技术与生物信息技术的发展，大大加速了海洋微生物基因资源的发现与发掘速度。
目前，公海海洋生物基因资源的保护与可持续利用，以及知识产权归属已经成为联合国国际海底会议的重要议题。从2004年起，联合国会员大会成立了国家管辖以外海域的海洋生物多样性工作组”，每两年召开正式会议磋商，我国每次由外交、管理人员和学术专家应邀组团参加，目前还没有被国际社会广泛接受的法律框架来保护和规范海洋生物基因资源的开发。
发达国家与发展中国家因各自的经济实力、深海调查能力的差异，对海底遗传资源生物勘探所持的态度也不一致。发达国家坚持先入为主、自由采探，主张知识产权的保护。相反，发展中国家主张人类共同遗产”原则，坚持利益共享，不支持公海海洋生物基因资源知识产权的申请保护。
记者：我国近年来在我国大洋深海生物基因资源勘探方面的研究进展与现状如何？
邵宗泽：我国在十五”期间就启动了深海生物及其基因资源的相关研究，并依托国家海洋局第三海洋研究所建立了中国大洋生物基因研发基地。在深海微生物研究装备的研制、深海微生物基础科学研究以及资源开发应用方面取得了重要进展。从2003年起，初步建立了我国第一个深海微生物资源库。2005年起，在国家自然科技资源共享平台的支持下，在深海微生物资源库的基础上建立了中国海洋微生物菌种保藏管理中心。经过六年积累，分离了大量新的大洋微生物资源，并通过资源的标准化、规范化整理，建立了资源共享平台。
十一五”期间，在大洋协会洋中脊项目支持下，发表深海微生物研究论文200多篇，其中147篇sci文章发表在美国科学院院刊等重要学术刊物上。在极端微生物资源获取、极端酶研究、活性物质筛选以及微生物多样性分析等方面取得了重要进展，初步形成了集大洋生物基因资源勘探及大洋科学研究于一体的优秀团队。
十二五”期间，在深海生物调查技术能力、深海（微）生物勘探与资源潜力评估以及微生物资源开发方面，已经得到了在科技部、海洋局、大洋协会等各类项目大力支持，有望获得更大的进展。
记者：在深海生物基因资源勘探方面，我国还存在哪些不足？您认为应该如何提高我们的研究水平来缩短差距？
邵宗泽：通过近十年http://的努力，我国在深海生物基因资源方面有了一定的积累，但相比发达国家，在采样技术等方面还有较大差距。我们在深海调查与样品采集方面技术手段还有待加强。虽然我们也有了载人深潜器和水下机器人，但观测与采样工具还比较欠缺，深海作业的经验也很缺乏。在生物资源研发方面也存在较大差距，需要继续加强在深海极端生命过程、工业酶、先导化合物筛选、深海微生物环境作用等方面的研究。深海生物资源的开发、产业的形成一方面需要国家政策的扶持，也需要企业的积极参与。
1微波技术提高铁矿石的碎磨效率
矿石在破碎磨矿过程中的耗能量占整个工艺的50％～70％，而有效率的能耗却很低，若能开发出一种新技术降低碎磨过程中的能耗将会产生可观的经济效益。早在20世纪90年代美国矿山局就对此课题做过研究，并取得成效。英国诺丁汉大学的萨姆•金曼［1］研究指出微波加热矿石在粉碎矿石的同时却能节约常规方式碎磨矿石一半的能耗，研究指出由于不同类型的矿石对微波的吸收不同，引发不同矿石间的热应力不同，从而造成矿石内的裂纹，这对于矿石的碎磨是有利的。图1显示出钛铁矿经微波处理后，有用矿物与脉石矿物之间产生的裂纹较发育。经微波处理后的钛铁矿，其磨矿功指数随辐射时间的增加而大幅度降低，经2600W、2．45GHz的微波辐射，10sec矿石相对磨矿功指数降低10％，60sec后降低了80％［1－3］。刘全军等［4］以磨矿动力学系数与选择性破裂函数作为依据，研究了微波促进磁铁矿的磨细作用，证明了微波的选择性加热能够促进磁铁矿的细磨。图2显示了混合磨矿时磁铁矿和石英的粒级产率变化，经过微波的作用，磁铁矿－0．3mm的粒级含量增加了20％，而石英则只增加了5％。表明微波对石英的磨矿影响较小，从而达到微波选择性磨细磁铁矿的目的。岳铁兵等［5］研究了微波对黄铁矿及有色多金属矿的助磨作用：黄铁矿型金矿经微波预处理15min，磨矿细度（0．074mm粒级含量）增加了2．67％；蓝晶石矿和铅锌多金属矿分别用微波预处理15min，其磨矿细度分别提高了14．16％和5．84％；铜钼矿和钽铌矿经微波辐射5min，磨矿细度分别提高了7．60％和12．16％，可见微波辐射预处理对这些矿物细磨的促进作用是显而易见的。微波辐射能够改善矿石的碎磨，主要是因为它增加了矿石颗粒间的裂隙，而不是横穿颗粒间的裂隙。如果能将微波技术合理应用在铁矿石的碎磨阶段，将对整个选矿流程成本的降低起到极大的作用。
2微波技术改善铁矿物的分选特性
2．1微波技术应用于钛铁矿浮选的预处理在研究微波辐射对矿石破碎与磨矿影响的同时，伯明翰大学也研究了微波辐射对钛铁矿浮选的影响。钛铁矿为三方晶系的氧化矿物，浮选时其颗粒表面的Fe2＋不利于浮选药剂的吸附，这种特殊的晶体结构和表面性能决定了钛铁矿是一种难以浮选的矿物。研究表明［2］，微波辐射预处理钛铁矿可以有效地改善矿物表明性质和矿物的可浮性。钛铁矿是钛和铁的氧化物，在2．45GHz的微波辐射作用下具有迅速介电加热特性，在微波功率2600W时，钛铁矿试样内部温度在10sec内达到180℃，1min后可达到720℃，而对于微波弱加热特性的石英，1min后仅分别达到53℃和65℃。表1为常见铁矿物与脉石矿物在微波场中的升温速率。钛铁矿经微波辐射处理后，其比表面积随微波辐射时间的延长而增加，并有新相产生。当暴露在空气中时，钛铁矿中的Fe2＋氧化为Fe3＋离子，微波的选择性加热加速了钛铁矿表面上的这种在室温下也可以缓慢进行的氧化反应，这种氧化反应能够增加浮选药剂的吸附量，从而使钛铁矿可浮性大大提高。伯明翰大学对钛铁矿的微波辅助浮选研究显示，钛铁矿的浮选回收率随着其在微波场中的暴露时间的延长而增加，10sec时提高了10％，最终回收率从64％提高到了87％。微波的作用还使油酸钠的用量降低，最多可减少药剂用量约65％。范先锋等［6］研究了微波处理钛铁矿后三段开路浮选，表明经微波辐射处理的钛铁矿在粗选及精选作业均表现出很好的可浮性，同时指出微波预处理钛铁矿能够加速其表面亚铁离子的氧化，加强了油酸根离子在钛铁矿Helmholtz层内的吸附，从而提高钛铁矿的浮选性能。解振朝等［7］研究了微波对钛铁矿浮选的影响，表明钛铁矿表面Fe2＋的氧化，药剂吸附量的增加是钛铁矿可浮性改善的原因；结果还表明，微波预处理与否，钛铁矿的精矿（TiO2）品位均在47％左右，这说明微波辐射处理钛铁矿不能提高其浮选精矿的品位，回收率的增加是由产率的提高引起的，最高回收率增幅可达34．7％。
2．2黄铁矿的微波辐射磁化黄铁矿少以单独矿体存在，多伴生于铜、铅、锌、金等的硫化矿物中，是煤炭中硫的主要存在形式。对黄铁矿有效合理的处理对于铜、铅锌、金等高价金属的回收、煤炭脱硫等有至关重要的影响。在煤炭脱硫过程中，利用微波辐射可将黄铁矿（FeS2）转变成磁黄铁矿（Fe1－xS），而后用磁选容易将磁黄铁矿分离而降硫［8］。KEWaters等［9－10］对比研究了常规热处理和微波辐射对黄铁矿磁性的影响，采用振动样品磁强计（VSM）来探测样品的磁矩和磁选结果来综合评价。结果表明热处理后黄铁矿的磁饱和度均有显著增加，EDS和XRD分析表明热处理后产生了磁性较强的磁黄铁矿和磁铁矿等，磁选试验结果也证实了这一点，如：未经加热的黄铁矿磁选回收率为23％，经600℃热处理的磁选回收率增加到94％。微波预处理黄铁矿比传统的热处理生成新的更多的磁性物质，如磁黄铁矿；黄铁矿的微波热处理相对于常规热处理有暴露时间短、能耗更低等优点。但微波处理时间过短时，虽然有磁选效果，但其XRD分析显示经微波辐射的黄铁矿没有变化，这可能是因为样品的改变还低于XRD的敏感度阈值。TUslu等［11］在研究微波加热对黄铁矿磁选的影响的时发现相对于在氮气气氛中，暴露在空气中时微波处理黄铁矿得到的产品较好，主要有黄铁矿、硫铁矿、α－赤铁矿和β－赤铁矿，而在氮气气氛中处理时没有赤铁矿产生。众多研究表明，微波处理黄铁矿过程中发生的反应主要有：
2．3菱铁矿的微波辐射磁化菱铁矿（FeCO3）属于碳酸盐类矿物，其热分解及焙烧温度应低于熔融温度。菱铁矿在不同加热方式、不同气氛条件下的分解已经有很多研究，在氧化气氛中的最终产物只检测出α－赤铁矿，磁铁矿和氧化亚铁只有在真空或者惰性气体氛围中得到。IZnamenáˇcková等［12］研究了微波辐射对菱铁矿磁性的影响，通过对样品的DTA、DTG和TG分析可知，样品的反应温度在383℃～616℃之间，吸热特征温度为544℃，发生的分解反应为：通过对比磁化系数的测定，考察了不同时间对菱铁矿磁性能的影响，微波加热不同时间对菱铁矿磁性能的影响如图4。样品的比磁化系数由原来的．947×10－6m3／kg提高到经微波辐射10min时的8．736×10－6m3／kg和辐射15min时的140．87×0－6m3／kg，最终经微波辐射30min后样品的比磁化系数提高到324．79×10－6m3／kg；而磁铁矿的比磁化系数为（104～520）×10－6m3／kg，这也从另一个方面证实了菱铁矿样品经微波辐射后磁铁矿的生成。向微波处理后的产品经湿式弱磁选别，可得到铁品位45．6％，回收率高达97．6％的精矿产品，而未处理前的回收率为零。磁性物质的产生使得菱铁矿采用较容易的磁选方法即可分离，可用磁选代替浮选，能减少对环境的污染。另外微波热处理方式还具有高效、节能、环保
2．4微波在钛铁矿热还原中的研究目前，国内外钛铁矿的综合利用主要方法有两大类：一类是高温熔炼还原法；另一类是化学浸出法。具体的方法与种类虽然有很多，但就国内外实际生产情况而言，碳热还原法仍是主导的、唯一在工业上取得实际应用的技术。我国的钛资源主要分布在四川攀枝花地区，主要以钛铁矿的形式存在，国内学者大都以此地的钛铁矿作为研究对象，在开发研制新技术时对微波加热应用于钛铁矿的处理做了大量的研究，认为钛铁矿的微波碳热还原技术在理论上是可行的，且比其它方法有许多优点。大量研究［13－16］表明微波碳热还原钛铁矿的机理主要是：微波的选择性加热可以使碳产生局部高温，这能够显著提高碳的还原能力，从而提高钛铁矿的还原速率；钛铁矿选择性优先吸收微波发生局域耦合共振，产生热点，这些热点比其它区域的温度要高，成为反应的中心。研究证实还原反应从一开始施加微波辐射就开始进行；由于对微波的吸收不同，使钛铁矿球团内部产生热应力，从而产生大量孔隙和裂纹，促进了还原气氛的扩散，并且快速还原产生的大量晶核也加速了还原反应的进行。雷鹰等［13］在研究微波碳热还原攀枝花低品位钛精矿时发现：钛铁矿在常规加热800℃预氧化后添加相关添加剂制成球团，在微波辐射温度1000℃～1100℃下保温还原60min，还原产物中铁的金属化率可超过90％。李雨等［16］类似的研究指出，钛精矿的球磨活化可以进一步降低微波还原温度，提高反应速率。汪云华等［16］发现微波辐射还原得到的铁粉比常规加热还原得到的铁粉表面有更加发达的海绵体，如图5（a）（深色部分为海绵体铁），这种海绵体铁具有更大的比表面积，表面活性强，有利用制造中低密度、中高强度的粉末冶金制品。微波加热技术可以实现钛铁矿的高效、节能、环境友好型还原生产，与传统加热方式相比不仅可以缩短加热时间，降低了能耗，而且改善了还原条件，可以有效的降低生产成本。微波碳热还原技术对钛冶金行业降低能耗、降低成本、增加利润具有重要意义。该方法虽然理论可行，但缺少大型工业配套设备，目前尚无工业实践。
2．5微波辅助铁矿浸出我国钛工业主要采用硫酸法，该方法与氯化法在竞争中求生存，利用微波辅助钛铁矿浸出技术应运而生。周晓东等［17］探索了微波辐射－盐酸浸出钛铁矿的方法，研究表明钛铁矿在一定温度下能将其中的亚铁氧化成高价铁，形成假板钛矿结构，这种氧化使原矿中的铁活化，低温氧化有利于盐酸浸出时选择性的除去铁，生成大颗粒人造金红石，高温氧化产生高铁板钛矿结构，对酸十分稳定，不利于钛铁矿的浸出。表明微波辐射下对钛铁矿进行酸浸出代替高温高压酸浸工艺制备人造金红石在理论上和实践上都是可行的。DKXia等［18］采用微波加热技术对某种电弧炉渣进行碱浸出处理，能够较好的回收炉渣里的铁、锌、铅等金属。炉渣的主要成分为红锌矿和铁酸锌，试验表明传统条件下锌的回收率在180min达到最大，约为72％，在微波辅助浸出条件下，锌的回收率在5min内达到最大，约80％，表明锌在微波辐射下能够快速的溶解，这可能是因为溶液过热、沸腾剧烈、溶液中电炉渣颗粒与微波的相互作用。试验显示在微波试验中，固体颗粒和界面的温度比常规浸出要高许多，从而导致金属溶解速率和回收率的增加。
2．6微波用于赤铁矿的脱磷近年来我国大量进口国外铁矿石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地广泛的分布着总资源储量达70亿t的“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿，因这类铁矿含磷高、嵌布复杂而难以分选利用。张辉等［19］对利用微波加热处理高磷鲕状赤铁矿。经微波作用碳热还原、细磨和磁选，其脱磷率达到87．8％，铁回收率90％，效果较好。基于Fe2O3、Fe3O4和无烟煤粉具有较强的微波热效应，对微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸盐类矿物对微波的吸收能力却较差。由于微波与物质作用的弛豫效应以及高磷铁矿中铁氧化物的晶体结构缺陷，微波加热时一部分热能使碳铁混合物温度升高，另一部分存储在晶格缺陷中充当晶格能和吉布斯自由能；同时因微波场中高磷铁矿碳热还原反应的活化能降低，加快还原反应速率，致使铁氧化物的碳热还原反应更加彻底，使得本来不能进行的反应有可能进行；因微波作用还导致铁颗粒的聚集长大破坏了磷灰石的嵌布特征，改变了铁矿的原有结构，可为后续磁选过程中铁和高磷渣的分离创造有利条件。微波应用于高磷鲕状赤铁矿的脱磷研究还处于试验室阶段，但微波所表现出的良好效应及试验结果表明微波加热在处理该类矿石中的潜力，相信随着微波技术的进步、选矿水平的提高以及工业型设备的开发，该类铁矿资源的利用将成为可能。
2．7微波辅助加热选别含铁铝土矿铝土矿是做耐火材料的主要原料，其含铁（Fe2O3）上限为2．0％～2．5％，铝土矿中的铁通常
以弱磁性矿物形式存在或呈极细粒分散，普通方法很难去除，长期以来学者们一直在探索从铝土矿中除去铁的有效途径。目前为止，最有效、最常用的方法是在焙烧炉或焙烧窑中对铝土矿原矿石进行焙烧热处理然后进行磁选除铁。微波加热技术被认为具有对铝土矿殊部位选择性加热的能力，在还原气氛中微波能够促进铁矿物很快的转变为磁铁矿，从而改善磁选分离效果。虽然这项技术认为在理论上是可行的，但它是一个随着人们对微波能兴趣的提高而发展来的一个新的研究课题，尚没有大规模的生产试验研究。有学者对印度某铝土矿用微波加热法将纯赤铁矿转变成磁铁矿然后磁选除铁的试验研究，对含Al2O355．7％、Fe2O35．6％的铝土矿原矿，在经微波炉磁化焙烧后再破碎磁选，可以获得含Al2O380％、Fe2O32．5％，Al2O3回收率达80％的铝土矿精矿，这一选别结果能够满足耐火材料的要求，而采用回转窑焙烧法最终铝土矿精矿含铁仍高于2．5％。
3微波技术强化铁矿物辅助作业
3．1微波加热用于褐铁矿脱水微波干燥脱水比普通干燥方法有更加优越的特点，它不仅能脱去颗粒表明的吸附水，而且能够脱除矿物分子中所含的结晶水。褐铁矿（Fe2O3•nH2O）中含有结晶水，使得选别回收的褐铁矿含铁通常只有55％，而钢铁厂对褐铁矿精矿的要求品位在62％以上。李新东等［20］研究了对微波用于褐铁矿的干燥脱水，表明微波干燥脱水速率远远大于常规脱水速率。在700W微波辐射功率下，相对于250℃常规加热干燥方法，试验显示常规干燥方法加热60min时才达到微波加热10min的脱水效果；并且微波加热不仅脱去了褐铁矿中的游离水，而且脱去了大部分的结合水，最终得到总铁含量高于60％的褐铁矿精矿。在微波加热过程中，样品的温度均匀，热利用率高；相比常规加热方法节约了大量能源，提高了生产效率。
3．2微波加热用于铁精矿烧结处理任伟等［21］研究了微波加热技术应用于铁精矿的烧结，探索了微波烧结磁铁精矿的可行性。试验考察了不同微波处理时间、碳粉的配比以及氧化钙的配比等因素。表明在相同微波加热条件下添加碳粉会降低样品的加热温度；当CaO／SiO2为2．5、加热时间20min和微波输出功率1000W时，烧结产物效果最好。得到了具有一定强度和孔隙度的烧结产物，但是其强度与现有抽风烧结产品差别较大，相关原因还需进一步研究。
3．3微波辅助钒钛磁铁矿溶样在钒钛铁矿资源利用过程中另一个重要问题是钒钛铁矿的溶样分析。常规采用过氧化钠或焦硫酸钾高温熔融，以化学滴定法进行测定分析，该方法比较成熟、分析结果比较准确。因矿样的分解在高温环境中长时间进行，该方法繁琐、周期长、劳动强度大、能耗高，难以适应快速、大批量样品的分析。利用微波辅助溶解钒钛铁矿石的溶样［22－24］，该方法采用硫磷混酸，基于H3PO4对Fe3＋有很强的络合能力的溶样机理，但使用的硫磷混酸在配制过程中具有一定的危险性。许多学者研究采用盐酸等危险性较小的酸来对钛铁矿进行溶样研究，但目前技术还不成熟。尹继先等［22］对攀枝花的难溶钒钛磁铁矿进行微波消解溶样研究，主要采用盐酸及氟化铵对样品进行溶解，结果表明同传统的消解溶样方法相比，该方法需要的能耗更低，仅有传统方法能耗的1％～10％，时间大大缩短，只有传统方法的10％～20％，试剂用量比较少。周晓东等［23］采用常规的微波炉在常压下对钛铁矿进行溶样研究，仍采用硫磷混酸，但摒弃了价格较昂贵、基于微波溶样机理的商品仪器，试验过程中优化了试验方法，取得较好的效果。朱霞萍等［24］建立了ICP－OES快速微波消解溶样方法，该方法除了在溶解过程中加入浓酸外，还加入了金属络合剂，加速了试样的溶解。利用某络合剂A与金属离子的络合能力，借助微波辅助溶解难溶的钒钛磁铁矿，缩短了消解时间，溶样效果好；采用ICP－OES法实现了样品中Fe、Ti、V的同时测定，准确度堪比分析化学的要求，适合大批量样品的快速测定。微波辅助消解是利用微波产生的热能活化反应分子以促进水和酸等溶样介质在试样表面产生极高的热能，进而导致强烈的对流来不断清除已溶解的但不活泼的试样表明层，使试样与溶解介质的接触面不断更新，加速样品的溶解。因而微波溶样法具有溶样速度快、样品分解完全、方法简便、能耗少、污染小、适合大批量快速测定等诸多独特的优点。