陶瓷生产中除铁问题之我见-中国窑炉信息网

随着我国人民生活水平的提高，小康住宅室内装饰装修对陶瓷产品的要求也越来越高，品质好、档次高、洁白高雅，还要价格便宜，已成为广大消费者的追求。在国际市场上，目前我国建陶产量已占世界总产量的55%，随着产品档次的提高，特别是加入了世贸组织后，建陶出口大幅增加，已达到世界出口总量的10%以上，仅次于世界陶瓷老牌大国意大利和西班牙。遗憾的是多属中低档产品，且多在发展中国家，价格也只有世界出口均价的50%左右。为了在国际市场上占据更多的份额，赚取更多的外汇，成为名符其实的陶瓷大国，唯一的途径是生产更多高档次、高品质的陶瓷产品，适应国际市场的需求，努力创造国际名牌。
　　众所周知，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与内质的重要因素之一是陶瓷原料含铁量的高低问题。尽管铁元素在陶瓷工艺着色过程中有着十分得要的作用，但是在白色或浅色坯料釉料中铁质的存在将严重影响产品的外观色泽和光洁度，尤其是白度。例如原料中颗粒较大的铁质（如铁锈）可以在煅烧后变成黑色、黄色或监色的斑点，微细的铁粉末在高温煅烧下还可以降低砖坯或釉面的白度，釉料中带铁质还可以使釉面产生气泡针孔。所以生产白色或浅色的釉面砖和卫生洁具及纯白色的抛光砖，都把除铁作为重要工艺工序。这是由于铁元素在地球地壳中的含量太大了，达４．２％。原因之二是陶瓷原料加工运输过程中，不可避免地会带入铁质及其氧化物。下面仅将陶瓷行业中除铁器及其应用与要求提出个人的浅见与同行斟酌。
　　一、铁磁性物质的特性和除铁器的工作原理
　　科学实验证明，铁磁性物质具有如下主要特征：
　　１）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，如图所示：
　　曲线特点：
　　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（为Ｏ）后，Ｂ不随Ｈ减小回到Ｏ，而只能回到Ｂｒ点，叫做剩余磁感应强度。
　　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＝μμ。Ｈ。式中μμ。是物质的导磁系数，μ值是可变的数，视物质不同而不同。Ｂ的现用单位是特斯拉（Ｔ），原用单位为高斯（Ｇｓ），１Ｔ＝１０４Ｇｓ。
　　不同材料的μ值不相同，Ｂｒ值和它的保持时间也不相同。较好的材料（如：铝镍含金、高序号的铷铁硼等），Ｂｒ值可达10000Ｇｓ或更高，理论上，外界因素不变化，常温下可永久保持，实际使用中保持８～10年是没有问题的。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＝ｋＨｄＨ／ｄｈ
　　式中：ｋ——比磁化系数（ｃｍ３／ｇ）
　　Ｈ——磁场强度（Ａ／ｍ）
　　ｄＨ／ｄｈ
　　——磁场分布的梯度（Ａ／ｍ２）
　　从公式中分析可知，对于同一种铁磁物质（ｋ值相同），提高磁场对它的吸引力的措施，有两个。一是增加Ｈ值，这将导致加大制作和使用成本；二是增大梯度值，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，这种措施往往投入不需很大，亦可取得很好的效果。
　　３）铁磁性物质随着使用环境温度的升高，磁化率却随之而下降，如图是铁磁性物质随温度变化的规律曲线：（图）
　　铁磁性物质充磁后，若温度升高，磁感应强度Ｂ则会随之而降低，（如：铁的Ｔｃ＝３５７℃）当温升达到临界温度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，都可以影响温度变化曲线，即有不同的使用温度。目前我们所使用的磁棒要想延长使用时间，通常应工作在60～80℃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几种类别：强磁性、中磁性、弱磁性和非磁性。
　　除铁器的基本原理
　　利用磁场对铁磁性物质具有吸引力的特性，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　，也叫竞争力。Ｆｃ包括铁磁性颗料的重力、离心力、惯性力和流体动力的阻力等。
　　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
　　Ｆｃ＝３πηｄｖ
　　式中：η－η泥浆粘度
　　ｄ－矿物颗粒直径
　　ｖ－泥浆流速
　　由Ｆｃ的表达式可知，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；粘度与浆料的浓度、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，保征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）
　　二、除铁器在陶瓷行业的使用现状与发展要求
　　１、建筑卫生陶瓷生产企业对除铁问题的重视程度越来越高，许多企业都把它列进了议事日程，主要领导亲自过问或分管领导直接抓。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，包括了日用陶、卫生洁具和各类浅白色釉面墙地砖，抛光砖等。除铁要求也越来越高，一条生产线由原来不用除铁器到安装一个除铁器，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一二十支发展到二三百支，投资越来越大。
　　２、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标准原料，只好采用下游处理的方式，大量使用除铁器，一条线上除铁工序最多已达十多个择作工人，除铁成本越来越高。
　　３、清洗方式全是靠人工择作，质量难于保障。通常一组磁棒100～300根，每班１～３名工人，一支接一支不停地轮流清洗，约１～２ｈ洗一遍，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，除铁效果显著下降了。再加上人的情绪变化因素诸多，质量管理难于控制。
　　４、市场出售的永久磁棒，质量不稳定，生产厂家太多，牌子太杂，也有不少为粗制滥造产品，采用劣质材料，棒的两端密封又不严。这些产品充斥市场后，使企业使用的磁棒平均寿命不断下降，其次是市场上磁棒Ｂ值的“标称”普遍偏高，多为高出实测值的（50～100）％。
　　５、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，主要是用于清除粉料在长距离输送过程中渗入的铁锈杂质颗粒，效果不错，使用单位也在不断的增多与扩大。
　　６、电磁除铁器研制试用时间较早，反应都可以，尤其是大功率强磁场对分选原矿中存在的弱磁性材料，但是投资过大，耗电较多，使用寿命不长，因而影响了它的推广应用。
　　７、世界发达国家陶瓷原料都是集中加工标准化生产的，它们的除铁设备多为大规格，大流量、大功率、全自动的电磁除铁器，体积庞大、价格昂贵，少则几十万，多则几百万元。
　　８、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，使用温度应在70～80℃以上，因为有些原料在球磨机出浆口的温度就可达70℃以上。使用寿命应保证两年以上，Ｂ值不下降50%。
　　（２）电磁除铁器磁感应强度要高，这是高白度产品的需要，但制造与购置成本要降低，电磁能量较换效率要高，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。三是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，一是不要人工干预，二是清洗周期可调，三是浪费浆（粉）料和水最少，尤其是釉浆除铁，四是污水处理循环利用时，除铁器的废水还应专门处理。
　　（４）在喷雾干燥塔中使用要求有效流量要大，连续不间断，除铁效果要好。
　　（５）结构要简单，装拆对接、操作控制与维修保养容易，体积尽可能小，使用安全可靠，能适应老生产成的改造安装。
　　（６）浆（粉）传输途径中，要使用优质不锈钢材料，防止产生二次铁锈和其他杂质污染。
　　三、几点建议
　　了解除铁器的基本原理与特性后，应用于实践，要掌握除铁工艺的应注意事项：
　　１、根据铁磁物质对陶瓷制品的影响特点，分析判断确定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，堵住源头。
　　２、安排除铁器的位置时，应遵循以下原则；
　　（１）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除铁槽（框），阻碍除铁器正常发挥应有效能。
　　（２）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。
　　（３）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以降低购置与使用成本；除弱磁性杂质一定要采用强磁场，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。
　　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磁力作用的范围内。
　　４、清洗磁棒是保证除铁效果的关键，间隔时间过长，磁棒周围被铁磁泥浆封盖层过厚时，外围铁磁杂质便远离了磁场的有效范围，吸力不够，效果不好，尤其是高梯度磁场，它的径向衰减更快，以至磁力太小而无法捕获措物。清洗的间隔时间周期应视浆（粉）料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，可将高温区和低温段的除铁器区别开来，使用不同温度级别的磁棒，以达到经济使用之目的。
　　６、磁棒（芯）的氧化（生锈）会导致磁场的减弱，这是由于氧化会使磁铁中原生磁源含量减少。所以当除铁器停用时一定要将磁源载体清理于净，一是防止氧化，二是防止干固堵塞。另外在选购除铁磁棒时，一定要检查两头封口是否完好，不能有漏缝，以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原材料的部分磁矩方向，进而使磁场减弱。因此要求操作者必须十分小心，同时也要防止被两根磁棒相吸合时夹伤手指而发生事故。
　　８、经济使用除铁设备的几种措施：
　　①在同一条生产线上可以采用永磁电磁混合使用，先用价格低廉的磁场较弱的永磁除铁器，除掉强磁性铁杂质，后用购价与使用成本都较高，但磁场较强的大功率电磁除铁器。②在选用永磁除铁棒的直径时，不宜选的太大。因为增大磁源与铁杂质接触的表面积，可以增加捕获猎物的机会，固然增大直经可以增加一根棒的表面积，但是永磁源材料在相同重量的前提下，减少磁棒的直经可增多根数，则可大大增加表面积。在大流量浆截面较高时，可以采用多层磁棒叠架的形式处理。③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使用效果相同，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，佛山市******有限公司，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，达到了设计指标，实现了无人清洗而又稳定地改善产品质量。满足了用户的要求，现已经批量出产，供应市场。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，为陶瓷生产企业排忧解难。希望大家增加沟通，交流经验与教训，不断改善现有装备，制造更多更高性能的除铁设备来，为佛山陶瓷走向世界，使我国能成为名符其实的世界陶瓷大国而努力作贡献。本人仅以此文为序，供参放，意在为这一目标出点微薄之力吧!