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微波作为一种热能源,在加热过程中被认为具有体加热、加热速度快、选择性加热、热源可以即开即停等优点,在干燥、食品加工等领域已经得到了成功应用。然而,在高耗能的冶金行业,微波加热在冶金中的工程应用进展却十分缓慢,可复制推广的工程应用案例鲜有报导。究其原因,我们认为主要是,前人开展微波冶金实验研究中,所研究的物料对象孤立分散,研究对象之间缺乏有机内在联系,对具体矿石的冶炼和具体的冶金工艺针对性不强,系统性不足,而且,针对物料与微波的相互作用,采用了多种不同的表征方法,但对不同表征方法所得结果的相关性、差异性和适应性缺乏研究,导致以往大量的研究成果对微波冶金的工程化应用难以形成有效支撑。针对上述问题,本论文按照化学元素归类原则,选择了含铁物料、含锰物料、硫化矿、碳质物料等四类典型冶金原辅料作为研究对象,采用物料升温法、电磁参数法、能量吸收法三类吸波特性表征方法,系统研究比较同类原料中不同成分物料的吸波特性差异和微波作用效果,及不同表征方法结果的关联性、差异性和适应性,揭示多种物料混合或发生相变的微波冶金的过程机理,为微波冶金应用中正确选择和控制原辅料、过程调控和结果预测提供理论依据。在此基础上,研究了微波焙烧、微波碳热还原、微波加热助磨三种主要微波应用,揭示了各微波应用过程中有关参数的影响和过程机理,获得以下结论：(1)物料升温法、电磁参数法、能量吸收法三种方法从不同角度表征物料与微波相互作用特性,表征的内涵不同,表征结果的关联度与物料有关,表征测试设备和测试要求不同,三种方法各有优缺点和一定的适应性。虽然三种方法的表征关注的内容不同,但具有理论相关性。按照化学元素归类原则研究不同类别物料的吸波特性,根据较短时间微波辐射条件下的能量吸收法测试结果,可分类别对各种物料的吸波能力大小进行排序,其中含铁物料为：FM-3(Fe3O4)>FM-4(Fe3O4)>FM-2(FeS2)>FM-8(Fe)>FM-1(FeS2) >FM-5(Fe2O3)>FM-6(Fe2O3)>FM-7(Fe2O3);含锰物料为：M-1(MnO2)>M-2 (MnO2)>M-3(Mn)>M-4(MnO);硫化矿为：S-1(Pb4FeSb6S14)>S-2(FeS2)>S-3 (CuFeS2)>S-4(PbS)>S-5(ZnS);碳质物料为：石墨>活性炭>焦炭>高硫煤>木屑>木炭>低硫煤。根据微波顺序辐射优先吸收微波方法测试结果,物料随微波加热升温后其吸波能力可能发生变化,变化趋势与物料自身有关。FM-5(Fe2O3)> FM-6(Fe2O3)、M-2(MnO2)、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿等物料初始加热阶段的吸波能力较小,但随微波加热至某一温度后吸波能力增强；两种磁铁矿两种黄铁矿、FM-8(Fe)等物料初始加热阶段的吸波能力强,但随着微波加热温度升高吸波能力反而下降；而M-4(MnO)和FM-7(Fe2O3)吸收微波能力最差,不能被微波加热升至高温,吸波能力变化很小。粗粒铁屑吸波能力强于细粒铁屑,细粒级黄铁矿和还原铁粉吸收微波能力强于粗粒级。根据在单模波导(BJ26型)中实测物料温度与波导内模拟电磁场分布的对比结果,证实了所研究的物料存在几种不同的微波损耗机制。(2)硫铁精矿的微波焙烧效果和焙烧行为受微波焙烧设备、焙烧过程参数影响显著,微波在硫铁精矿的焙烧过程不仅提供了热能源,而且通过与焙烧中新生成的强吸波物质的耦合作用强化焙烧行为。多模腔体焙烧易导致产生不均匀焙烧和局部物料高温烧结,降低微波焙烧效果,使硫脱除率降低约4%。混匀分段焙烧缩短一半焙烧时间,焙烧100 min后硫脱除率为99.34%,与未分段焙烧200 min相近。(3)在硫酸渣的微波碳热还原研究中,硫酸渣和碳质还原剂属于具有不同吸波性能的两类物料,在微波场中通过吸波加热,相互耦合,从而强化碳热还原。木屑配比5%时还原—磁选Fe回收率达99%；煤、焦炭、木炭的配比为3%时还原效果接近,Fe回收率达95%。增大微波功率或功率密度,都有利于改善微波还原效果和提高微波能量利用效率。(4)微波辐射加热预处理助磨锡石多金属硫化矿,由于微波选择性加热矿石矿物和体加热特性,使微波预处理后磨矿产品的粗粒级(-3.2+2、-2+1mm)含量显著下降,中间粒级(-0.425+0.15mm)和细粒级(-0.074 mm)含量明显增加,-0.425 mm粒级的有价金属分布率增加,更多金属矿物实现了优先破碎。微波加热预处理后,含Fe矿物在磨矿过程中优先破碎特征最显著,而含Sn、Pb、Zn矿物优先破碎特征相对较弱。粗略计算表明,微波加热预处理能耗仅为传统加热预处理的1/20。微波加热预处理后邦德功指数减小8.2%。论文研究成果对于微波冶金的设备设计、物料选择、过程控制和机理研究等具有较好的指导作用和较高的学术价值。