趙春琳

（中核建中核燃料元件有限公司，四川宜賓 644000）

0. 引言

高純粉體材料外觀質量要求高，夾雜物控制嚴格，產品夾雜物檢測檢出的雜質多為含鐵磁性物質。

高純粉體材料經濟價值高，目前含鐵雜質的去除主要采用人工使用磁棒在產品中攪拌除鐵的磁選方式。磁選過程人因影響較大，勞動強度大且效率低，易造成二次污染，粒度發(fā)生變化影響外觀質量。因此，改進高純粉體材料中含鐵雜質去除工藝對保證產品質量、提高生產效率有重要意義。

1. 磁選器選型與設計

1.1 磁選器分類

衡量磁選器性能的主要指標是磁體的磁感應強度和磁性物質去除率，在選擇磁性設備時主要看其磁感應強度的高低，磁感應強度越高，磁性金屬雜質去除率就越高。

國內外使用的磁選器種類很多，分類方法不一，按磁選器的磁源可分為永磁磁選器和電磁磁選器，根據磁場強弱可分為弱磁場磁選器、中磁場磁選器和強磁場磁選器，根據介質、磁場類型、機體外形結構亦可有不同的分類方式。

1.2 磁選器選型

1.2.1 磁選器磁源

電磁鐵需要大量的銅線繞圈來產生強磁場，體積龐大，移動不便，實驗證明電磁鐵吸引力在間隔距離≥1mm后衰減嚴重[1]。

永磁鐵的磁力一直存在，不受外界環(huán)境太大干擾。且永磁鐵價格相對電磁鐵較低。永磁鐵周圍吸引力較電磁鐵衰減較少。

由于高純粉體材料物化性質特殊，磁選均須在特殊環(huán)境的工作箱內完成，對磁選設備尺寸大小具有較高要求，特選用永磁鐵作為磁選器的磁源。

1.2.2 磁選器樣式

磁選器樣式分類較多，環(huán)式磁選器適合連續(xù)進料的磁選方式。高純粉體材料為批次物料，每批物料的重量、質量相對獨立，不容混料。每批物料磁選后要求及時清理磁選器，一方面防止混料，另一方面也可保證磁選效果。

結合物料自身性質及現(xiàn)行工藝，為方便后續(xù)操作特采用抽屜式磁選器。抽屜式磁選器廣泛適用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的鐵磁性物質的過濾清除。抽屜式磁選器磁棒磁路分布使磁棒之間的空隙中磁場強度達到最大，當物料從頂部進料垂直下落時經過磁棒區(qū)域時物料里的鐵雜質被磁化，從而被牢牢地吸附在磁棒上。抽屜式磁選器清理方便，取出磁格柵，把磁棒清理干凈即可。

1.3 抽屜式磁選器的設計

經典電磁理論認為，導磁材料在磁場中所受的力可歸結為分子電流所受的力[2]。

其中B為磁感應強度，μ0為真空磁導率，μr為磁介質相對磁導率，S為磁場與導磁材料作用面的面積。

由于磁場在導磁材料所在區(qū)域分布的復雜性，故直接使用公式（1）積分來求磁場力往往比較困難，實際使用中，一般假設磁場在導磁材料所在區(qū)域分布均勻一致，又由于導磁材料磁導率較大（μr＞＞1），可將公式（1）簡化為[3]

由公式（2）可知，導磁材料在磁場中所受的力與磁感應強度呈二次線性關系，實際應用也證實永磁鐵吸引力在間隔距離≥3mm后衰減明顯[4]。因此，通過抽屜式磁選器磁棒磁路表面物料層厚度不宜大于3mm，選用刀口式強磁棒則下料漏斗出口間隙不宜大于6mm。為保證磁選效果，用3根強磁棒組成磁格柵呈“品”字型排布。

為保證產品質量，抽屜式磁選器選用不銹鋼SUS316材質，表面拋光處理。主體結構由下料漏斗、抽屜式磁格柵和支座組成（磁場峰值≥12000GS），磁選時只需將物料倒入下料漏斗，物料在重力作用下流過漏斗下方磁格柵，即可完成磁選。抽屜式磁選器如圖1所示。

圖1 抽屜式磁選器

2. 磁選器效果實驗

通過X射線裝置對用抽屜式磁選器去雜質前后的物料進行照射成像，對比去除雜質前后的照片檢驗鐵雜質去除效果。

2.1 實驗前準備

準備好實驗用工作箱，清洗烘干后的抽屜式磁選器送入工作箱，收集人工磁選出的鐵屑保存待用。

2.2 實驗步驟

（1）將不含鐵磁性物質單批次物料倒入容器中，用X射線裝置照射成像，保存不含雜質物料照片。

（2）向物料中加入事先收集的鐵屑若干，適當攪拌后再次用X射線裝置照射成像，保存加入鐵屑后的物料照片。

（3）將全部物料均勻倒入抽屜式磁選器中，物料流過強磁鐵被磁選，記錄下料時間。

（4）將磁選后物料倒入容器中器，用X射線裝置照射成像，保存磁選后物料照片。

（5）重復步驟（2）～（4），對比前后多次X射線成像照片，判讀磁選效果。

3. 結果與討論

3.1 一次磁選實驗

全部物料均勻倒入抽屜式磁選器中，物料經過1次磁選，將磁格柵從實驗工作箱中取出，檢查強磁棒上的鐵屑吸附情況，如圖2所示?？梢?，磁棒上吸附了非常多的鐵屑雜質，物料幾乎無夾帶。

圖2 磁棒上的鐵屑吸附情況

對比前后多次X射線成像照片，結果如表1所示。

表1 1次磁選情況

由表1實驗數(shù)據可知，物料經過1次磁選后夾雜物去除率＞88%。

3.2 磁選效果穩(wěn)定性測試

為檢驗磁選器除鐵效果穩(wěn)定性，每隔一周進行一次除鐵效果測試，共進行了5組測試。將物料2次通過磁選器全部物料經過2次磁選，對比前后多次X射線成像照片，結果如表2所示。

表2 2次磁選效果穩(wěn)定性測試

由表2實驗數(shù)據可知，物料經過2次磁選后夾雜物去除率達100%，磁選效果穩(wěn)定。

3.3 結果討論

（1）物料通過磁選器，物料無二次污染和二次破碎，強磁棒上吸附物主要為鐵屑雜質，物料幾乎無夾帶，較人工磁選方式磁選效果更好、物料損耗少。

（2)物料經過1次磁選后夾雜物去除率＞88%，2次磁選后夾雜物去除率達100%。

（3）批次物料2次磁選的時間約90s，較人工磁選方式時間大大縮短，降低勞動強度的同時生產效率大大提高。

（4）磁選器較人工磁選方式有更好的穩(wěn)定性，一次合格率可達100%。

4. 結論

抽屜式磁選器在高純粉體材料磁選過程中的應用規(guī)避了人工磁選方式帶來的各種缺陷，可顯著減少人因影響，確保產品含鐵雜質去除率，不影響產品質量，同時降低勞動強度、提高生產效率。