高炉 dust 及相关含锌冶金残留物因含有可回收金属并具备二次资源再利用潜力而受到越来越多的关注 [1], [2]。高炉 dust 是在钢铁生产过程中通过含锌组分的挥发、氧化和富集而生成的，锌通常以 ZnO 和金属 Zn 的形式存在 [3], [4]。中国仍是全球最大的粗钢生产国之一，钢铁生产的大规模使得含锌 dust 和污泥的产生量巨大 [5]。这些残留物具有可观的资源潜力，目前已开发出多种工艺来回收锌、铁、碳及其他有价值的组分 [6], [7], [8], [9]。
然而，残余水分可能限制高炉 dust 的安全储存、处理及下游利用。水分可能增加储存不稳定性以及后续火法或湿法冶金处理过程中的操作风险 [10]。过量水分还会导致粘合剂失效、降低球团强度，并促进球团在团聚和热处理过程中的崩解，从而降低处理效率 [11], [12], [13]。此外，水可能与 dust 中含氯和含硫组分发生相互作用，加剧酸性腐蚀并缩短设备使用寿命 [14], [15]。因此，控制脱水不仅是一个初步处理步骤，更是降低水分相关风险、提高下游资源回收操作稳定性的重要措施。
针对固体材料的水分去除，已开发出多种干燥技术。热风干燥因设备简单、适用范围广而被广泛使用，但长时间加热可能增加处理时间和热损失 [16], [17]。喷雾干燥可实现快速除水及产品粒径控制，但通常更适合液体进料或悬浮液 [18], [19]。冷冻干燥可保护热敏性结构，但通常需要较高的设备和能耗 [20], [21]。因此，微波干燥作为快速且可控地脱除多孔和颗粒材料中水分的一种替代技术而受到关注 [22], [23]。
与传统表面加热方法不同，微波干燥依赖交变电场与极性分子（尤其是水）之间的相互作用在材料内部产生热量 [24]。这种体积加热机制在适当操作条件下可促进快速升温、降低热惯性并加速水分去除 [25], [26]。微波功率和处理时间的可控性也为复杂冶金残留物选择适当的干燥窗口提供了可能性 [27]。
微波处理已应用于不同的固体废物和矿物材料。微波辐照可诱导结构变化，并提高含铀矿石中有价值组分的可及性 [28]。该技术也被应用于含木质素的废物，以增强后续转化和提取过程 [29]。针对生物质及其他废物衍生材料的研究进一步表明，微波处理可在适当条件下提供快速内部加热并可能提高工艺效率 [30]。然而，环境绩效在很大程度上取决于材料、微波系统、操作条件和系统边界，不应仅凭缩短的干燥时间来推断。
以往研究表明，微波干燥行为受介电特性、含水率、微波功率、床层负载量和材料结构的耦合效应控制 [31]。对于含锌高炉 dust，这种耦合尤为复杂，因为 ZnO 可与微波场有效相互作用，而金属 Zn、细颗粒、不均匀水分分布和导电组分可能影响局部加热、电磁场分布和操作稳定性 [32], [33], [34]。因此，为常规矿物粉末建立的干燥条件不能直接迁移至高炉 dust [35], [36]。
尽管单层干燥模型、表观扩散系数计算和响应面方法已被广泛应用于微波干燥系统，但对含锌高炉 dust 的综合性且针对材料特性的评估仍然有限。特别是，重复干燥实验、不确定性表征、表面温度-时间变化曲线、介电测量、交互作用分析和干燥后固相检查很少在单一研究中被综合采用。这一局限性降低了该复杂冶金残留物的机理解释和操作窗口选择的可靠性。
因此，本研究在实验室规模 2.45 GHz 微波腔中研究了含锌高炉 dust 的控制微波干燥。通过单因素实验和响应面分析评估了初始含水率、微波功率和床层负载量的影响。红外温度变化曲线和介电测量用于约束加热和水分去除行为的解释。经验 MR(t) 建模、表观传输分析、能量相关指标和干燥后定性表征进一步整合以界定适用的干燥窗口。研究目标是建立基于材料特性的水分风险控制基础，用于储存、处理和下游资源回收处理之前，而非仅将微波干燥视为动力学优化方法。
