陶瓷浆料除铁器的技术分析及发展趋势是什么？

　　随着经济的飞速发展，人们的生活质量和审美观在不断提高，对陶瓷建材等装饰产品的质量要求也日益严格，尤其是在发达及发展中国家，对高端产品的需求越发突出。 
　　在陶瓷原料的运输和粉碎过程中，由于机械设备的磨损，往往会混入若干细小的铁粉或含铁化合物，这些含铁杂质经高温焙烧后，一般呈现黄色，会降低制品的白度和透明度，特别是比较粗的颗粒，烧后往往成为从褐色到黑色不等的斑点，严重影响制品的外观质量，对特殊用途的制品（如电瓷）来说还会降低电气性能；然而随着不可再生资源的日益消耗，高品位矿源日趋枯竭，含铁杂质较多的中低档矿源已慢慢被利用。因此，把原料中含铁杂质除去对于提高陶瓷制品的质量具有重要意义。 
　　目前我国市场上广泛使用的陶瓷浆料除铁器的种类有磁棒式、电磁式、永磁式，这些除铁器的除铁原理是利用物料含铁杂质所具有的磁性受到磁极磁化后被吸引，从而达到除铁的目的。 　　 
　　2陶瓷浆料除铁器介绍 　　 
　　一般陶瓷浆料是由粘土、长石、石英等主要矿物成分组成，它们都带有含量不等的铁（如Fe2O3等）磁性物质，按其比磁化系数k的大小可分为： 
　　（1） 强磁性物质：k大于38×10-6m3/kg，如金属铁、磁铁矿、Fe3O4等。 
　　（2） 中磁性物质：k为3.8×10-6～38×10-6m3/kg，如赤铁矿、钛铁矿等。 
　　（3） 弱磁性物质：k为0.3×10-6～3.8×10-6m3/kg，如褐铁矿、Fe2O3等。 
　　（4） 非磁性物质：k小于0.3×10-6m3/kg，如长石、石英等。 
　　2.1 除铁器所使用磁性物质的特性和分类 
　　磁性材料有Fe、Co、Ni等，通常所用的铁磁性材料多是铁和其它金属或非金属组成的合金。磁性材料通常用作磁导体、永久磁铁和特殊磁性元件，根据材料的基本磁特性参数又把它们分成两大类：软磁材料和硬磁材料。 
　　铁磁性物质磁化时，具有磁滞回线的特性，如图1所示。在外磁场H的作用下，物质被充磁显磁性，产生磁感应强度B；B值随H值变化，既有同步又有滞后。当磁化场H在正负两个方向上往复变化时，材料的磁化过程也将经历循环往复的过程。此曲线存在以下几个特点： 
　　（1） 充磁之初，B与H同步上升； 
　　（2） 饱和点以后，B不随H增大而上升； 
　　（3） 外磁场H消失（O点处）后，B不随H减小回到O，而只能回到Br点，称为剩余感应强度。 
　　软磁材料的基本特性是磁导率高（在相同几何尺寸条件下磁阻小），它的矫顽力（Hc绝对值）较小，磁滞回线狭长，回线包围的“面积”小。磁选设备上所用的软磁材料有工程纯铁、导磁不锈钢和低碳钢等，一般强磁选设备经常选用工程纯铁作铁芯、磁轭或磁极头，导磁不锈钢可作感应磁介质用。 
　　硬磁材料的基本特征在于它的矫顽力（Hc）一般都很大，磁能HcBr也很大，能在工作空间中产生很大的磁场能。一般硬磁材料用作磁选设备的磁源以产生磁场。 
　　与此同时，铁磁性物质随着使用环境温度的升高，磁化率随之下降；变化曲线如图2所示。 
　　铁磁性物质充磁后，若温度升高，磁感应强度B则会随之降低；当温升达到临界温度（如铁为Tc＝357℃）后磁化率将迅速下降，以至丧失磁性；不同的材料、不同的处理方法，都可以影响温度的变化曲线，即有不同的使用温度。一般硬磁材料（如钕铁硼）临界温度Tc较低，在80～120℃之间，表磁B可下降5%以上；当实际温度接近Tc点，表磁B很容易下降到原来的30～50%之间，且温度降下来后，表磁B不能恢复到原有的强度。故使用永久磁铁除铁应在60～80℃以下较为理想。 
　　2.2 陶瓷浆料除铁器的基本原理 
　　2.2.1 磁场力 
　　利用磁场对磁性物质的吸引力，将铁质矿物从浆料中分选出来并将其除掉的设备叫做磁选机，通常称为除铁机。达到分选的基本条件是，磁场对铁磁物质的吸引力（F）要大于阻止磁性颗粒被分离出去的合力或竞争力（FC），它包括铁磁性颗粒的重力、离心力、惯性力和流体阻力等。 
　　浆料除铁时，惯性力和流体阻力是竞争力的主要部分，此时流体阻力具有以下关系： 
　　 FC=3πηdν 
　　式中： 
　　η——料浆粘度 
　　d——矿物颗粒直径 
　　ν——料浆流速 
　　由上式可知：料浆粘度、铁质矿物颗粒的大小和泥浆的流速都直接影响着竞争力的大小，即会影响除铁效果。因此在使用除铁机时，要认真掌握料浆的“四度”（浓度、粘度、速度、粒度）：颗粒度应根据振筛网目的孔径选择来决定；速度与流量直接相关；粘度与浆料的浓度、性质及添加剂有关；浓度由水分比例决定。 
　　磁场对单位质量磁性吸引力的计算公式为： 
　　 F=kH(dH/dh) 
　　式中： 
　　 k——物质的比磁化系数（m3/kg） 
　　 H——磁场强度（A/m） 
　　 dH/dh——磁场分布梯度（A/m2） 
　　要使上述磁选过程能有效地进行，必须具备以下条件： 
　　（1） 有磁场存在。磁感应（或磁场）强度愈大，对磁性颗粒的吸引力愈大。 
　　（2） 磁场应该是不均匀的。对于均匀磁场，磁场梯度为零，不能分选磁性物料，因此必须增大磁场的不均匀性。通常在磁极和磁路中导磁介质的锐棱尖角处，会形成磁力线的局部集中，使磁场变得不均匀，磁场梯度增大。 
　　（3） 被分选的物料应有一定磁性。物料的磁性越强，颗粒愈重，吸力也愈大，在相同要求的条件下对磁感应强度要求可降低，设备制作成本也低。 
　　2.2.2 磁感应原理 
　　磁感应原理是利用软磁材料在外加磁场中产生较高于磁场强度的感应磁场，并利用此感应场强进行吸铁，我们称为工作场强。从图3可清楚知道，软磁材料在背景磁场H中可在其表面产生很高的工作场强Bin， Bin跟软磁材料的导磁率μ有关， 一般Bin可达2～3倍的背景场强B。软磁材料在磁场中表现出高感应磁场状态，在退磁状态下表现为零磁性状态。 
　　2.3 几种料浆除铁器的介绍 
　　2.3.1 除铁磁棒在浆料除铁中的应用 
　　磁棒除铁是磁棒直接和浆料接触从而达到除铁效果的一种最简单的方法。浆料中的磁性杂质直接接触磁棒表面，充分利用了磁棒的有效磁能，且除铁磁棒结构简单，使用方便。足够数量的磁棒如果能够优化排列，除铁效果也相当不错。磁棒为陶瓷企业最早使用的除铁器件，通过增加数量，勤快清洗等补足方法，基本能保证陶瓷产品的品质，故在陶瓷生产中仍被广泛使用。目前出现了不少全自动磁棒式除铁机，可解决清洗困难和浆料品质波动等问题。除铁磁棒的结构如图4所示。 
　　根据磁棒的结构和陶瓷厂实际使用的情况可知，它的推广使用存在以下困难： 
　　（1） 磁棒投入量大。现有的磁棒除铁生产线上多采用浆槽截流式、浆槽沉降式除铁槽，磁棒使用越来越多，动辄上千支，投资达十多万。随之而来的清洁工人也在增加，使用成本更高。 
　　（2） 磁棒除铁环境恶劣。由于除铁槽为敞开式， 在球磨机出来后温度达60～80℃的料中含有磷化物和硫化物，并且在除铁过程中与空气充分接触， 磷化物和硫化物就会扩散到空气中，散发出极为难闻的气味。工人在除铁清洗中也很容易造成部分浆料外溅，进一步造成除铁环境的恶劣。 
　　（3） 磁感应强度径向衰减快，除铁的有效区域非常窄，因此直接降低了除铁效率。 
　　（4） 磁棒使用寿命短。磁棒直接与浆料接触，长时间受温度的反复影响，磁棒很容易因表磁下降而失效，因此磁棒只能使用在60℃以下。磁棒在清洗过程中容易受到敲打或碰击，也会影响其使用寿命。 
　　（5） 清洗难度大。磁棒清洗都是在带磁状态下清洗，清洗难度大。对于一般的陶瓷厂来说，磁棒的数量多，人工清洗劳动强度大。 
　　（6） 自动化程度低。清洗工人一般在温度高、气味重的环境下工作，因所从事的是繁重而又重复的体力劳动，很容易疲劳和情绪波动，容易发生不按规定、规程作业，导致磁棒除铁效率不稳定，影响产品的品质，容易出现不安全事故。 
　　2.3.2电磁除铁机 
　　（1） 电磁除铁机的工作原理 
　　浆料中颗粒的磁性质是电选的依据。有两种颗粒的磁性质（即导磁性能的差别）不同，才有可能进行电选。 
　　这种机械由直流励磁电源往线圈供电。通电后，在线圈包围的工作腔内产生电流磁场，对工作腔中的蜂房式滤片进行磁化，产生工作磁场。料浆通过磁化滤片时，铁、钴、镍等金属粉末及其氧化物就会被吸附在滤片上。电磁除铁机简图如图5所示。 
　　（2） 电磁除铁机的特性 
　　1） 能够产生比较高的工作磁场，最高在2～3×104Gs。 
　　2） 能耗大，成本高。在工作中消耗的电能很大，且每增加一倍磁强，需增加几倍以至几十倍的成本。 
　　3） 自动化程度低。间歇式工作，人工清洗，一般采用多台串联或并联使用。 
　　2.3.3感应式永磁除铁机 
　　感应式永磁全自动除铁机是利用永磁代替电磁，以减少电耗，方便清洗，达到更好的使用效果。 
　　（1） 吸铁介质的结构原理 
　　永磁除铁机的吸铁介质是通过以永久磁块组成的磁极产生的磁场作为背景磁场，利用磁感应原理，在吸铁介质表面产生表磁很高、梯度很大的工作场强，可达15000～18000Gs。其工作示意图如图6所示。 
　　（2） 湿式永磁全自动除铁机的使用性能 
　　1） 实现全自动控制。通过电气系统控制，除铁、清洗作业全自动化，不须人工参与。 
　　2） 高梯度、高场强，除铁效率高。吸铁介质场强可达15000～18000Gs，对中弱磁性杂质都有较好的吸附效果，除铁率达80%以上。 
　　3） 清洗彻底。使用高压水直接喷射清洗吸铁介质，清洗彻底。 
　　4） 节能，环保。除铁机使用全密封浆料通道，并使用永磁为磁源，能耗不大，达到较好的环保节能目的。 
　　5） 磁材使用寿命长。由于磁铁跟浆料不直接接触(有一定的间隙)，高温浆料很难影响永久磁块的温升，况且除铁机使用常温水清洗，可降低腔内温度。由于磁材使用耐高温等级(H级，耐温120℃)，故该类型的除铁设备的使用寿命较长。 
　　2.3.4三种代表性除铁设备的综合性能参数对比（见表） 　　 
　　3 陶瓷料浆除铁器的发展趋势 　　 
　　目前我国浆料除铁器还存在以下几个问题： 
　　（1） 磁材综合性能不佳。根据目前我国硬质磁材的发展水平，磁棒的最高表面磁场小于1万Gs，磁块更小；且温度对磁性的影响很大，一般从球磨机中出来的浆料在80℃左右，长期在这种温度状态下使用的磁材，磁性容易退化，使用寿命2～3年左右；硬质磁材的价格居高不下，这给除铁机技术的发展带来了不少困难。 
　　（2） 高效、节能、环保跟不上。陶瓷行业是一个高耗能、高污染的产业，随着地球温室效应的日益严重，国家对能源采取紧缩政策，对陶瓷机械的环保问题提出了新一轮的挑战，而陶瓷料浆除铁器清洗消耗所产生的大量水是一个有待解决的问题。电磁式除铁器还有高耗电的问题，虽然磁棒清洗时耗水较小，但磁棒清洗消耗的人力却不可估量，安全隐患多。 　　 
　　4 结 语 　　 
　　由于国家对节能、环保问题的重视，佛山陶瓷厂面临前所未有的环保压力，这给浆料除铁机市场带来了新的契机，一款节能高效、除铁效果好、自动化程度高的除铁机已成众多陶瓷厂家的迫切需求。随着市场的发展，相信不久之后陶瓷浆料除铁器技术将有新的突破。