摘要 本文詳細(xì)介紹了應(yīng)用于陶瓷漿料除鐵中的各種類型除鐵器的原理、結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點以及目前市場的使用情況，并指出了陶瓷漿料除鐵器今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 陶瓷漿料，除鐵器，磁棒，電磁感應(yīng)，感應(yīng)磁場

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和審美觀在不斷提高，對陶瓷建材等裝飾產(chǎn)品的質(zhì)量要求也日益嚴(yán)格，尤其是在發(fā)達(dá)及發(fā)展中國家，對高端產(chǎn)品的需求越發(fā)突出。

在陶瓷原料的運(yùn)輸和粉碎過程中，由于機(jī)械設(shè)備的磨損，往往會混入若干細(xì)小的鐵粉或含鐵化合物，這些含鐵雜質(zhì)經(jīng)高溫焙燒后，一般呈現(xiàn)黃色，會降低制品的白度和透明度，特別是比較粗的顆粒，燒后往往成為從褐色到黑色不等的斑點，嚴(yán)重影響制品的外觀質(zhì)量，對特殊用途的制品（如電瓷）來說還會降低電氣性能；然而隨著不可再生資源的日益消耗，高品位礦源日趨枯竭，含鐵雜質(zhì)較多的中低檔礦源已慢慢被利用。因此，把原料中含鐵雜質(zhì)除去對于提高陶瓷制品的質(zhì)量具有重要意義。

目前我國市場上廣泛使用的陶瓷漿料除鐵器的種類有磁棒式、電磁式、永磁式，這些除鐵器的除鐵原理是利用物料含鐵雜質(zhì)所具有的磁性受到磁極磁化后被吸引，從而達(dá)到除鐵的目的。

2陶瓷漿料除鐵器介紹

一般陶瓷漿料是由粘土、長石、石英等主要礦物成分組成，它們都帶有含量不等的鐵（如Fe2O3等）磁性物質(zhì)，按其比磁化系數(shù)k的大小可分為：

（1） 強(qiáng)磁性物質(zhì)：k大于38×10-6m3/kg，如金屬鐵、磁鐵礦、Fe3O4等。

（2） 中磁性物質(zhì)：k為3.8×10-6～38×10-6m3/kg，如赤鐵礦、鈦鐵礦等。

（3） 弱磁性物質(zhì)：k為0.3×10-6～3.8×10-6m3/kg，如褐鐵礦、Fe2O3等。

（4） 非磁性物質(zhì)：k小于0.3×10-6m3/kg，如長石、石英等。

2.1 除鐵器所使用磁性物質(zhì)的特性和分類

磁性材料有Fe、Co、Ni等，通常所用的鐵磁性材料多是鐵和其它金屬或非金屬組成的合金。磁性材料通常用作磁導(dǎo)體、永久磁鐵和特殊磁性元件，根據(jù)材料的基本磁特性參數(shù)又把它們分成兩大類：軟磁材料和硬磁材料。

鐵磁性物質(zhì)磁化時，具有磁滯回線的特性，如圖1所示。在外磁場H的作用下，物質(zhì)被充磁顯磁性，產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度B；B值隨H值變化，既有同步又有滯后。當(dāng)磁化場H在正負(fù)兩個方向上往復(fù)變化時，材料的磁化過程也將經(jīng)歷循環(huán)往復(fù)的過程。此曲線存在以下幾個特點：

（1） 充磁之初，B與H同步上升；

（2） 飽和點以后，B不隨H增大而上升；

（3） 外磁場H消失（O點處）后，B不隨H減小回到O，而只能回到Br點，稱為剩余感應(yīng)強(qiáng)度。

軟磁材料的基本特性是磁導(dǎo)率高（在相同幾何尺寸條件下磁阻?。?，它的矯頑力（Hc絕對值）較小，磁滯回線狹長，回線包圍的“面積”小。磁選設(shè)備上所用的軟磁材料有工程純鐵、導(dǎo)磁不銹鋼和低碳鋼等，一般強(qiáng)磁選設(shè)備經(jīng)常選用工程純鐵作鐵芯、磁軛或磁極頭，導(dǎo)磁不銹鋼可作感應(yīng)磁介質(zhì)用。

硬磁材料的基本特征在于它的矯頑力（Hc）一般都很大，磁能HcBr也很大，能在工作空間中產(chǎn)生很大的磁場能。一般硬磁材料用作磁選設(shè)備的磁源以產(chǎn)生磁場。

與此同時，鐵磁性物質(zhì)隨著使用環(huán)境溫度的升高，磁化率隨之下降；變化曲線如圖2所示。

鐵磁性物質(zhì)充磁后，若溫度升高，磁感應(yīng)強(qiáng)度B則會隨之降低；當(dāng)溫升達(dá)到臨界溫度（如鐵為Tc＝357℃）后磁化率將迅速下降，以至喪失磁性；不同的材料、不同的處理方法，都可以影響溫度的變化曲線，即有不同的使用溫度。一般硬磁材料（如釹鐵硼）臨界溫度Tc較低，在80～120℃之間，表磁B可下降5%以上；當(dāng)實際溫度接近Tc點，表磁B很容易下降到原來的30～50%之間，且溫度降下來后，表磁B不能恢復(fù)到原有的強(qiáng)度。故使用永久磁鐵除鐵應(yīng)在60～80℃以下較為理想。

2.2 陶瓷漿料除鐵器的基本原理

2.2.1 磁場力

利用磁場對磁性物質(zhì)的吸引力，將鐵質(zhì)礦物從漿料中分選出來并將其除掉的設(shè)備叫做磁選機(jī)，通常稱為除鐵機(jī)。達(dá)到分選的基本條件是，磁場對鐵磁物質(zhì)的吸引力（F）要大于阻止磁性顆粒被分離出去的合力或競爭力（FC），它包括鐵磁性顆粒的重力、離心力、慣性力和流體阻力等。

漿料除鐵時，慣性力和流體阻力是競爭力的主要部分，此時流體阻力具有以下關(guān)系：

FC=3πηdν

式中：

η——料漿粘度

d——礦物顆粒直徑

ν——料漿流速

由上式可知：料漿粘度、鐵質(zhì)礦物顆粒的大小和泥漿的流速都直接影響著競爭力的大小，即會影響除鐵效果。因此在使用除鐵機(jī)時，要認(rèn)真掌握料漿的“四度”（濃度、粘度、速度、粒度）：顆粒度應(yīng)根據(jù)振篩網(wǎng)目的孔徑選擇來決定；速度與流量直接相關(guān)；粘度與漿料的濃度、性質(zhì)及添加劑有關(guān)；濃度由水分比例決定。

磁場對單位質(zhì)量磁性吸引力的計算公式為：

F=kH(dH/dh)

式中：

k——物質(zhì)的比磁化系數(shù)（m3/kg）

H——磁場強(qiáng)度（A/m）

dH/dh——磁場分布梯度（A/m2）

要使上述磁選過程能有效地進(jìn)行，必須具備以下條件：

（1） 有磁場存在。磁感應(yīng)（或磁場）強(qiáng)度愈大，對磁性顆粒的吸引力愈大。

（2） 磁場應(yīng)該是不均勻的。對于均勻磁場，磁場梯度為零，不能分選磁性物料，因此必須增大磁場的不均勻性。通常在磁極和磁路中導(dǎo)磁介質(zhì)的銳棱尖角處，會形成磁力線的局部集中，使磁場變得不均勻，磁場梯度增大。

（3） 被分選的物料應(yīng)有一定磁性。物料的磁性越強(qiáng)，顆粒愈重，吸力也愈大，在相同要求的條件下對磁感應(yīng)強(qiáng)度要求可降低，設(shè)備制作成本也低。

2.2.2 磁感應(yīng)原理

磁感應(yīng)原理是利用軟磁材料在外加磁場中產(chǎn)生較高于磁場強(qiáng)度的感應(yīng)磁場，并利用此感應(yīng)場強(qiáng)進(jìn)行吸鐵，我們稱為工作場強(qiáng)。從圖3可清楚知道，軟磁材料在背景磁場H中可在其表面產(chǎn)生很高的工作場強(qiáng)Bin， Bin跟軟磁材料的導(dǎo)磁率μ有關(guān)， 一般Bin可達(dá)2～3倍的背景場強(qiáng)B。軟磁材料在磁場中表現(xiàn)出高感應(yīng)磁場狀態(tài)，在退磁狀態(tài)下表現(xiàn)為零磁性狀態(tài)。

2.3 幾種料漿除鐵器的介紹

2.3.1 除鐵磁棒在漿料除鐵中的應(yīng)用

磁棒除鐵是磁棒直接和漿料接觸從而達(dá)到除鐵效果的一種最簡單的方法。漿料中的磁性雜質(zhì)直接接觸磁棒表面，充分利用了磁棒的有效磁能，且除鐵磁棒結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。足夠數(shù)量的磁棒如果能夠優(yōu)化排列，除鐵效果也相當(dāng)不錯。磁棒為陶瓷企業(yè)最早使用的除鐵器件，通過增加數(shù)量，勤快清洗等補(bǔ)足方法，基本能保證陶瓷產(chǎn)品的品質(zhì)，故在陶瓷生產(chǎn)中仍被廣泛使用。目前出現(xiàn)了不少全自動磁棒式除鐵機(jī)，可解決清洗困難和漿料品質(zhì)波動等問題。除鐵磁棒的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

根據(jù)磁棒的結(jié)構(gòu)和陶瓷廠實際使用的情況可知，它的推廣使用存在以下困難：

（1） 磁棒投入量大?，F(xiàn)有的磁棒除鐵生產(chǎn)線上多采用漿槽截流式、漿槽沉降式除鐵槽，磁棒使用越來越多，動輒上千支，投資達(dá)十多萬。隨之而來的清潔工人也在增加，使用成本更高。

（2） 磁棒除鐵環(huán)境惡劣。由于除鐵槽為敞開式， 在球磨機(jī)出來后溫度達(dá)60～80℃的料中含有磷化物和硫化物，并且在除鐵過程中與空氣充分接觸， 磷化物和硫化物就會擴(kuò)散到空氣中，散發(fā)出極為難聞的氣味。工人在除鐵清洗中也很容易造成部分漿料外濺，進(jìn)一步造成除鐵環(huán)境的惡劣。

（3） 磁感應(yīng)強(qiáng)度徑向衰減快，除鐵的有效區(qū)域非常窄，因此直接降低了除鐵效率。

（4） 磁棒使用壽命短。磁棒直接與漿料接觸，長時間受溫度的反復(fù)影響，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。磁棒在清洗過程中容易受到敲打或碰擊，也會影響其使用壽命。

（5） 清洗難度大。磁棒清洗都是在帶磁狀態(tài)下清洗，清洗難度大。對于一般的陶瓷廠來說，磁棒的數(shù)量多，人工清洗勞動強(qiáng)度大。

（6） 自動化程度低。清洗工人一般在溫度高、氣味重的環(huán)境下工作，因所從事的是繁重而又重復(fù)的體力勞動，很容易疲勞和情緒波動，容易發(fā)生不按規(guī)定、規(guī)程作業(yè)，導(dǎo)致磁棒除鐵效率不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品的品質(zhì)，容易出現(xiàn)不安全事故。

2.3.2電磁除鐵機(jī)

（1） 電磁除鐵機(jī)的工作原理

漿料中顆粒的磁性質(zhì)是電選的依據(jù)。有兩種顆粒的磁性質(zhì)（即導(dǎo)磁性能的差別）不同，才有可能進(jìn)行電選。

這種機(jī)械由直流勵磁電源往線圈供電。通電后，在線圈包圍的工作腔內(nèi)產(chǎn)生電流磁場，對工作腔中的蜂房式濾片進(jìn)行磁化，產(chǎn)生工作磁場。料漿通過磁化濾片時，鐵、鈷、鎳等金屬粉末及其氧化物就會被吸附在濾片上。電磁除鐵機(jī)簡圖如圖5所示。

（2） 電磁除鐵機(jī)的特性

1） 能夠產(chǎn)生比較高的工作磁場，最高在2～3×104Gs。

2） 能耗大，成本高。在工作中消耗的電能很大，且每增加一倍磁強(qiáng)，需增加幾倍以至幾十倍的成本。

3） 自動化程度低。間歇式工作，人工清洗，一般采用多臺串聯(lián)或并聯(lián)使用。

2.3.3感應(yīng)式永磁除鐵機(jī)

感應(yīng)式永磁全自動除鐵機(jī)是利用永磁代替電磁，以減少電耗，方便清洗，達(dá)到更好的使用效果。

（1） 吸鐵介質(zhì)的結(jié)構(gòu)原理

永磁除鐵機(jī)的吸鐵介質(zhì)是通過以永久磁塊組成的磁極產(chǎn)生的磁場作為背景磁場，利用磁感應(yīng)原理，在吸鐵介質(zhì)表面產(chǎn)生表磁很高、梯度很大的工作場強(qiáng)，可達(dá)15000～18000Gs。其工作示意圖如圖6所示。

（2） 濕式永磁全自動除鐵機(jī)的使用性能

1） 實現(xiàn)全自動控制。通過電氣系統(tǒng)控制，除鐵、清洗作業(yè)全自動化，不須人工參與。

2） 高梯度、高場強(qiáng)，除鐵效率高。吸鐵介質(zhì)場強(qiáng)可達(dá)15000～18000Gs，對中弱磁性雜質(zhì)都有較好的吸附效果，除鐵率達(dá)80%以上。

3） 清洗徹底。使用高壓水直接噴射清洗吸鐵介質(zhì)，清洗徹底。

4） 節(jié)能，環(huán)保。除鐵機(jī)使用全密封漿料通道，并使用永磁為磁源，能耗不大，達(dá)到較好的環(huán)保節(jié)能目的。

5） 磁材使用壽命長。由于磁鐵跟漿料不直接接觸(有一定的間隙)，高溫漿料很難影響永久磁塊的溫升，況且除鐵機(jī)使用常溫水清洗，可降低腔內(nèi)溫度。由于磁材使用耐高溫等級(H級，耐溫120℃)，故該類型的除鐵設(shè)備的使用壽命較長。

2.3.4三種代表性除鐵設(shè)備的綜合性能參數(shù)對比（見表）

3陶瓷料漿除鐵器的發(fā)展趨勢

目前我國漿料除鐵器還存在以下幾個問題：

（1） 磁材綜合性能不佳。根據(jù)目前我國硬質(zhì)磁材的發(fā)展水平，磁棒的最高表面磁場小于1萬Gs，磁塊更??；且溫度對磁性的影響很大，一般從球磨機(jī)中出來的漿料在80℃左右，長期在這種溫度狀態(tài)下使用的磁材，磁性容易退化，使用壽命2～3年左右；硬質(zhì)磁材的價格居高不下，這給除鐵機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來了不少困難。

（2） 高效、節(jié)能、環(huán)保跟不上。陶瓷行業(yè)是一個高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)，隨著地球溫室效應(yīng)的日益嚴(yán)重，國家對能源采取緊縮政策，對陶瓷機(jī)械的環(huán)保問題提出了新一輪的挑戰(zhàn)，而陶瓷料漿除鐵器清洗消耗所產(chǎn)生的大量水是一個有待解決的問題。電磁式除鐵器還有高耗電的問題，雖然磁棒清洗時耗水較小，但磁棒清洗消耗的人力卻不可估量，安全隱患多。

4結(jié) 語

由于國家對節(jié)能、環(huán)保問題的重視，佛山陶瓷廠面臨前所未有的環(huán)保壓力，這給漿料除鐵機(jī)市場帶來了新的契機(jī)，一款節(jié)能高效、除鐵效果好、自動化程度高的除鐵機(jī)已成眾多陶瓷廠家的迫切需求。隨著市場的發(fā)展，相信不久之后陶瓷漿料除鐵器技術(shù)將有新的突破。

參考文獻(xiàn)

1 張柏清，林云萬.陶瓷工業(yè)機(jī)械與設(shè)備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006

2 王常任.磁電選礦[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005

3 R.C.奧漢德力.現(xiàn)代磁性材料原理和應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

4 陳帆主編.現(xiàn)代陶瓷工業(yè)技術(shù)裝備[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1995