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我国除铁器在陶瓷行业生产中的应用

点击数:1503发布:2014-09-24 来源:http://www.lqhongsheng.cn

目前我国建陶产量已占世界总量的50%,随着产品档次的提高,特别是加入了世贸后,建陶出口大幅增加,已达到世界出口总量的10%以上,仅次于世界老牌陶瓷大国意大利和西班牙,遗憾的是我国的产品多为中低档产品。为了在国际市场上占据更多的份额,唯一的途径是生产更多高档次、高品质的陶瓷产品,以适应国际市场的需求,努力创造国际名牌。 
产品的档次关键在于它的外观与内质,而影响陶瓷产品外观、内质的重要因素之一是陶瓷原料含铁量的高低。所以在陶瓷产品,特别是生产白色或浅色的建筑卫生陶瓷产品,都应把除铁作为重要的生产工序。 
1 除铁器的工作原理及主要类型 
1.1铁磁性物质的特性和分类 
铁磁性物质,例如Fe、Co、Ni等,只有在外磁场作用下,对外才显磁性,这种现象被称作磁化,有如下主要特性: 
(1)铁磁性物质磁化时,具有磁滞回线的特性,即在外磁场(H)作用下,物质被充磁显磁性,产生磁感应强度(B)•B值随H值的变化规律中,既有同步的又有滞后的。 
曲线特点: 
(a)充磁之初,B与H同步上升; 
(b)饱和点以后,B不随H增大而上升; 
(c)外磁场H消失(点0)后,B不随H减小回到0,而只能回到Br点,称为剩余磁感应强度。 
铁磁性物质的Br值就是该物质被充磁后所能得到的最大磁感应强度值。它是人工永久磁铁制作中的关键参数,也就是我们所用的除铁磁棒内磁芯的B值,用它来表示物质充磁后受磁感应所产生的磁场之强弱:B=mμoH。式中mμo是物质的导磁系数,μ值是可变的数,不同材料的μL值不相同;Br值和它的保持时间也不相同:较好的材料(如:铝镍钻合金和高序号的钕铁硼等)Br值可达10000高斯(Gs)或更高。理论上,外界因素不变化,常温下可永久保持,实际使用中可保持8-10年;较差的材料(如:铁氧体等)Br值只有2000-3000Gs,使用中退磁速度很快,只能保持1-2年,甚至更短时间。 
(2)磁场对铁磁性材料有吸引力,简称为磁力。 
作用在单位质量颗粒上的磁力为F 
F=kH(dH/dh ) 
式中: 
k——比磁化系数(cm3/g) 
H——磁场强度(A/m) 
dH/dh——磁场分布梯度(A/m2) 
单位质量物料的磁化系数,称比磁化系数(k),也叫磁化率,表示磁场对该物质可以产生作用力大小的系数; 
表示磁场强弱的量叫做磁场强度(H),由电流产生磁 
场时,H和电流成正比; 
表示磁场中某一点的磁场强度随该点与场源的距离h变化而衰减的速率,叫磁场梯度(dH/dh )。 
从公式中分析可知,对于同一种铁磁物质(k值相同),提高磁场的措施有两个:一是增加门值,这将导致加大制作和使用的成本;二是增大梯厦值,它可以通过制作工艺、改变磁芯形状与排列方法等手段来实现,这种措施投入不大,可取得很好的效果。 
(3)铁磁性物质随着使用环境温度的升高,磁化率随之下降。 
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(如铁的Tc=357℃)后磁率将迅速下降,以至丧失磁性;不同的材料,不同的处理方法,都可以影响温度变化曲线,即有不同的使用温度。目前所使用的磁棒要想延长使用时间,应工作在60—82℃以下,较好的材料也只能使用在100℃以下。 
(4)按照含铁物质磁化率的大小可将其分为如下几种类别: 
强磁性,k>3000×10-6cm3/g,如磁铁矿(Fe3O4),80000×10-6; 
中磁性,k(300—3000) ×l0-6,如黑钛铁矿(FeTi03),399×10-6 
弱磁性,k(25~300) ×l0-6,如褐铁矿(2Fe2O3,•3H20)80×10-6; 
非磁性,k<25×10-6,如黄铁矿(FeS2)7.5×10-6 
1.2除铁器的基本原理 
利用磁场对铁磁性物质具有的吸引力,将铁质矿物从原料中分选出来的设备叫做除铁器,也叫磁选机。达到分选目的基本条件是,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(Fc),Fc也叫竞争力,它包括铁磁性颗粒的重力、离心力、惯性力和流体阻力等。 
将料除铁时,惯性力和流体阻力是竞争力的主要部分,此时流体阻力: 
Fc=πηdυ 
式中: 
η——泥浆粘度 
d——矿物颗粒直径 
v——泥浆流速 
由此可知:浆料粘度、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,即影响除铁效果。因此在使用除铁器时,要认真掌握浆料的“四度”(浓度、粘度、速度和粒度):颗粒度应通过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、浓度的性质及添加剂有关;浓度与水份比例有关。 
实用的除铁器应具备以下三个条件: 
(1)足够强的磁场源(F>Fc); 
(2)足够的接触面积,保证吸收猎物的机会与场所; 
(3)及时有效地清洗(分离)已吸到的铁磁杂质,清洗是有效除铁的关键。 
1.3陶瓷行业常用的除铁器种类 
(1)按矿物原理的特征分有干粉与湿式(浆料)除铁器; 
(2)按磁场产生的方式分有永久磁铁与电磁铁; 
(3)按外型结构分:浆槽截流式,浆槽沉降式,圆筒罐式;干粉的有悬挂式、皮带式和抽斗振动柜(框)式等; 
(4)按清洗方式分:人工清洗、半自动和全自动三种; 
(5)按工作状态分:间歇式与连续式。 
2 除铁器在陶瓷行业的使用现状与发展要求 
建筑卫生陶瓷生产企业对除铁问题的重视程度越来越高,除铁器的使用场合不断扩大:由原来釉料除铁发展到坯料亦除铁;需要除铁的产品越来越多,除铁要求也越来越高,一条生产线由安装一个除铁器,发展到安装3-4个多级串联除铁器;一个除铁槽的吸铁磁棒也由原来的十几支发展到二、三百支,磁棒除铁投资越来越大。 
由于矿山资源消耗过快,许多企业都已无法就近寻找而又无力购买低含铁的优质原料,只好使用较差的原料,大量使用除铁器,一条线上除铁工序启用多达十多个操作工人,除铁成本越来越高。 
清洗全靠人工操作,质量难于保障。当原料含铁较高时,常常出现磁棒周围粘贴的铁泥杂质厚厚一层,占据场源的有效磁程,除铁效果显著下降以致消失。再加上人的为因素诸多,质量难以控制。 
市场出售的永久磁棒,质量不稳定,致使磁棒平均寿命不断下降,正常情况应保证使用两年以上,有的半年就不吸铁了;其次,市场上磁棒B值的“标称”普遍虚高,多为高出实测值的50%~100%。 
干粉除铁多采用抽斗振动柜(框)式永磁除铁器和皮带传动除铁器,主要是用以清除粉料在长距离输送过程中落人的铁锈杂质。使用干粉除铁的在不断增多。 
电磁除铁器研制试用时间较早,普遍反应较好,尤其是大功率强磁场,对分选原矿中存在的弱磁性材料比较合适。但是投资过大,耗电较多,导磁材料容易氧化,因而影响了它的推广应用。 
目前我国陶瓷生产企业也十分希望除铁设备的制作厂商们制作磁选能力强、使用寿命长、自动化程度高而又较为经济适用的新型除铁产品。具体要求: 
(1)永磁除铁磁棒B值应在6000Gs以上,使用温度在70—80℃以上;使用寿命应保证两年以上,B值保持不小于50%; 
(2)电磁除铁器磁感应强度高,但制造与购置成本要降低,电磁能量转换效率要高;其次是做好导磁材料的密闭技术,避免氧化而缩短使用寿命;还应制作多种相同流量不同功率的除铁器,以适应多级串联时经济使用的需要; 
(3)除铁器的清洗自动化程度要高,同时减少浆(粉)料和水的损耗,尤其是釉浆除铁; 
(4)在喷雾干燥塔中要求除铁器有效流量要大,能适应20t/h以上的浆处理量; 
(5)结构要简单,容易维修保养,体积尽可能小,使用安全可靠; 
(6)浆(粉)料传输途径中,要使用优质不锈钢,防止产生二次铁锈和其他杂质污染。 
3 几点建议 
除铁工艺应注意: 
(1)根据铁磁物质对陶瓷制品的影响特点,分析制品中铁磁杂质的来源与严重性,进而采取恰当的处理措施,堵住杂质源头。 
(2)安排除铁器的位置时,应遵循以下原则: 
a)除铁应在经过筛选的原料中进行,以避免较大的颗粒和其他杂质进入附近铁槽(框),阻碍除铁器正常发挥应有效能; 
b)除铁应尽可能在温度较低的位置上,以延长磁棒的使用寿命; 
c)根据铁磁性物质的类别,选择磁场强度适当的除铁器;除强磁性杂质时采用弱磁场(如0.2-0.3T)以降低购置与使用成本;除弱磁性杂质一定要采用强磁场(如0.5-2T),这时它的购置与使用费用都较高。在同一条生产线上应先除强磁性杂质,后除弱磁性杂质。据此,有人把退磁较多的旧棒安放在除铁工艺的下游最后部分的做法收效甚少。 
(3)永磁浆槽截流除铁器的浆截面高度要适当,应基本保证最上层面的铁磁杂质能在有效磁程作用范围内。 
(4)清洗磁棒是保证除铁效果的关键,尤其是高梯度磁场,它的径向衰减更快,有效磁程较短;只有及时清洗吸铁磁棒(块)的工作表面,才能正常发挥磁场与梯度的作用。清洗的间隔时间应视浆(粉)中含铁量的多少结合经验数据而定。 
(5)由于高低温磁棒的价格不同,应按使用温度合理选用磁棒,以达到经济使用的目的。 
(6)磁棒(芯)的氧化(生锈)会导致磁场的减弱,所以当除铁器停用时一定要将磁源载体清理干净;在选购除铁磁棒时,一定要检查两头封口是否完好,不能有漏缝,防止使用时磁芯接触浆料使之氧化或腐蚀而退磁。 
(7)敲击与振动都会改变磁源材料的部分磁矩方向,进而使磁场减弱。要求操作者必须十分小心。 
(8)经济使用除铁设备的几种措施: 
a)在同一条生产线上可以采用永磁电磁混合使用;b)在选用永磁除铁棒的直径时,不宜选得太大。c)旧磁棒充磁翻新,只要磁棒套管未烂,磁芯未被氧化变质,翻新便可以达到原有的水平,投资可节约50%左右。 
为了解决目前陶瓷行业对除铁设备的需求,某公司推出了高强磁场高梯度优质永磁全自动高效除铁器,经过本集团几个企业的实际应用,效果理想,达到了设计指标;还有许多除铁器厂商也都在结合企业所需研究除铁新技术,逐渐推出全自动的永磁电磁除铁器、高场强耐高温除铁磁棒等新产品,以满足陶瓷企业生产的需要。


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