中國(guó)粉體網(wǎng)訊  精細(xì)氧化鋁是一個(gè)包括氧化鋁、氧化鋁水合物及鋁酸鹽等系列產(chǎn)品的大門(mén)類(lèi)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，如α-氧化鋁，具有良好的耐高溫性能、絕緣性能、耐腐蝕性、高硬度等特性，在陶瓷、耐火材料、拋光研磨、電子材料、玻璃、航空材料、涂料等領(lǐng)域廣范應(yīng)用，是一種不可或缺的基礎(chǔ)原材料。特種氫氧化鋁具有白度高、高溫脫水阻燃等作用，可用于人造板材、電纜阻燃填料、環(huán)氧灌封料、覆銅板等。

精細(xì)氧化鋁的應(yīng)用較冶金級(jí)氧化鋁的要求相對(duì)較高，其化學(xué)成分要求具有更高的純度、粒度分布更為嚴(yán)格，除此之外，對(duì)其中磁性物也有較高的要求。

本文分析了磁性物的危害與來(lái)源，并對(duì)比了化學(xué)除鐵與物理除鐵的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了電磁除鐵器的原理、影響除鐵精度的因素、超潔凈除鐵工藝的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。

1 磁性物的危害與來(lái)源

一般來(lái)說(shuō)，磁性物主要是含鐵的金屬或金屬氧化物，盡管其含量極低，但在精細(xì)氧化鋁的應(yīng)用領(lǐng)域卻有很大的危害，由于磁性物顯色性，會(huì)對(duì)外觀造成不良影響，同時(shí)還因磁性物導(dǎo)電性能影響材料的電氣性能，大顆粒的磁性物還在高溫下直接造成結(jié)構(gòu)材料的空洞等[1，2]。

用于人造石材的氫氧化鋁中是嚴(yán)格控制磁性物的，因?yàn)樯倭康拇判晕镏苯佑绊懜邫n石材的外觀。而在陶瓷中，磁性物會(huì)在陶瓷表面形成紅色、褐色的斑點(diǎn)，對(duì)于電子陶瓷來(lái)說(shuō)，斑點(diǎn)就意味著廢品。當(dāng)用作高壓絕緣件填料氧化鋁中混入磁性物時(shí)，在高壓下，將在磁性物位置形成局部放電，導(dǎo)致事故發(fā)生。因此，磁性物危害較大，必須嚴(yán)格控制。

磁性物的來(lái)源通常為加工引入或空間落入，生產(chǎn)設(shè)備或管道的磨蝕造成較細(xì)的金屬顆粒進(jìn)入氧化鋁產(chǎn)品中，也有設(shè)備檢修或包裝過(guò)程控制不嚴(yán)造成產(chǎn)品中落入金屬渣等。盡管在加工過(guò)程中通過(guò)設(shè)備材質(zhì)控制和生產(chǎn)工藝控制，可以盡可能的降低磁性物的含量，但作為大工業(yè)、大流程的生產(chǎn)，無(wú)法絕對(duì)避免磁性物的引入。

因此，除鐵工藝對(duì)于高端精細(xì)氧化鋁的生產(chǎn)尤為重要，是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提升品質(zhì)的重要手段。

2 除鐵工藝分類(lèi)

由于磁性物大部分是細(xì)小的鐵質(zhì)顆粒，因此在除鐵方式上有物理除鐵和化學(xué)除鐵兩種工藝。

化學(xué)除鐵工藝是利用酸的腐蝕性直接將單質(zhì)Fe變成離子Fe，溶解到水溶液中，從而實(shí)現(xiàn)分離，也就是酸洗工藝。但酸洗工藝涉及到硫酸、鹽酸等強(qiáng)酸的使用，對(duì)設(shè)備的防腐要求較高，而且還涉及到廢水處理、物料固液分離、干燥等工序，會(huì)增加大量的生產(chǎn)成本。

物理除鐵就是利用Fe質(zhì)金屬的感磁性，用磁選的原理實(shí)現(xiàn)物料和磁性物的分離。物理除鐵分為永磁除鐵和電磁除鐵，永磁除鐵在工業(yè)上應(yīng)用已久，但永磁體由于其受到材料本身的制約，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減。譬如目前主流的除鐵永磁材料為釹鐵硼，最高磁場(chǎng)強(qiáng)度約為12000GS，在常溫環(huán)境應(yīng)用工作頻率較高的場(chǎng)合下，1年后強(qiáng)度衰減到80%左右。而在高溫或振動(dòng)環(huán)境下，磁場(chǎng)強(qiáng)度則衰減更快。

電磁除鐵是利用電磁原理，線圈通電后除鐵器內(nèi)導(dǎo)磁介質(zhì)即被磁化，物料通過(guò)導(dǎo)磁介質(zhì)時(shí)，物料中的鐵等金屬粉末及其氧化物就會(huì)吸附在導(dǎo)磁介質(zhì)上，當(dāng)線圈斷電后，磁性物由于消磁而脫落。電磁除鐵磁場(chǎng)強(qiáng)度較高，可達(dá)30000GS左右，且不存在磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減的問(wèn)題，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化除鐵。

3 電磁除鐵器的工作原理

電磁除鐵器結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，主要部件為線圈、筒體、除鐵導(dǎo)磁介質(zhì)及進(jìn)出料裝置等，當(dāng)線圈兩端接通直流電時(shí)，線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)，并在筒體內(nèi)部形成磁束，在筒體中加入導(dǎo)磁介質(zhì)，當(dāng)粉體或料漿通過(guò)導(dǎo)磁介質(zhì)，導(dǎo)磁介質(zhì)受到強(qiáng)磁場(chǎng)磁化，磁性物被吸附在導(dǎo)磁介質(zhì)表面，物料流走。需要排鐵時(shí)，停止給料，線圈斷電，導(dǎo)磁介質(zhì)消磁，磁性物從介質(zhì)上脫落排出。圖1（a）所示為干粉除鐵器，物料從上部加入，下部為出料口和排渣口。圖1（b）所示為料漿除鐵器，料漿從底部進(jìn)料，上部出料。

圖1 電磁除鐵器結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于工業(yè)氧化鋁、α-氧化鋁粗粉、剛玉砂、干氫氧化鋁粗粉等流動(dòng)性較好的產(chǎn)品，可選擇干粉電磁除鐵器進(jìn)行精細(xì)除鐵，而粒度較小的微粉產(chǎn)品，由于流動(dòng)性較差，粘度大，一般適用漿料除鐵。對(duì)于不同的產(chǎn)品，其除鐵工藝應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的特性和工藝特點(diǎn)進(jìn)行選擇。

4 影響除鐵精度的因素

不同的除鐵工藝有不同的適用范圍，其除鐵的精度和效率存在較大的差異，在成本方面也有所不同。其中影響電磁除鐵精度的決定因素主要有兩個(gè)：一個(gè)因素為物料和導(dǎo)磁介質(zhì)的接觸程度，另一個(gè)因素為磁場(chǎng)強(qiáng)度。

電磁除鐵器的導(dǎo)磁介質(zhì)既是吸附磁性物質(zhì)的介質(zhì)，也是過(guò)流介質(zhì)，當(dāng)物料充分分散到導(dǎo)磁介質(zhì)表面時(shí)，介質(zhì)的磁性才能將物料中的磁性物吸附住，因此，在設(shè)計(jì)介質(zhì)時(shí)，盡可能的使物料在其中分散，物料在介質(zhì)中流動(dòng)路徑越長(zhǎng)，物料和介質(zhì)接觸越充分，磁性物被吸附的幾率越高，除鐵效果也越好。但介質(zhì)分布過(guò)密，就會(huì)影響物料流動(dòng)，因此，需根據(jù)物料的粒度、含鐵量等因素進(jìn)行配置介質(zhì)方式及尺寸。

由于精細(xì)除鐵總量較低，主要除去的是微鐵，磁性較弱，因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度是影響精度的重要因素。磁場(chǎng)強(qiáng)度與線圈的電流和匝數(shù)成正比，提高電流和匝數(shù)是提升磁場(chǎng)強(qiáng)度的主要途徑，但由于線圈的發(fā)熱，若不能把熱量及時(shí)排除就會(huì)造成線圈溫升過(guò)高，就會(huì)導(dǎo)致線圈損毀，因此，設(shè)計(jì)更優(yōu)的冷卻方式和采用優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)線是除鐵設(shè)備性能的保障。

除了背景磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)除鐵精度有較大影響，其過(guò)流筒體的直徑也決定了除鐵精度，內(nèi)徑越小，磁場(chǎng)作用到物料的距離越短，其電磁強(qiáng)度的衰減越小，因此，小的過(guò)流腔比大的過(guò)流腔電磁強(qiáng)度大，除鐵精度更高。

5 超潔凈除鐵工藝

隨著精細(xì)氧化鋁在電子材料的應(yīng)用不斷提升，其去除磁性物的要求也越來(lái)越高，因此，超潔凈除鐵工藝的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是未來(lái)高端氧化鋁材料和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

5.1 高強(qiáng)電磁除鐵器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

提高除鐵設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)度是提高除鐵精度最為有效的手段，一個(gè)途徑就是提高線圈匝數(shù)，但存在散熱問(wèn)題，目前常采用的散熱方式為油冷和風(fēng)冷，進(jìn)一步提高冷卻能力是未來(lái)的技術(shù)方向，開(kāi)發(fā)的油冷+水冷強(qiáng)制循環(huán)冷卻工藝可大幅提高線圈冷卻速度，該冷卻方式目前在QM160型、QM360型電磁除鐵器上得到應(yīng)用，磁場(chǎng)強(qiáng)度從12000Gs提高到24000GS。除了從散熱角度解決發(fā)熱問(wèn)題外，降低線圈電阻率也是解決發(fā)熱問(wèn)題的一個(gè)重要手段，那就是采用超導(dǎo)材料制成導(dǎo)線，借助液態(tài)氮或液態(tài)氦進(jìn)行冷卻解決發(fā)熱問(wèn)題，可大大提升線圈匝數(shù)，從而提升電磁強(qiáng)度，但由于成本較高，目前仍不能普遍應(yīng)用。

除了提高線圈的匝數(shù)外，另一個(gè)提高設(shè)備性能的途徑就是改變導(dǎo)磁介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，也可以大大提高除鐵性能，通過(guò)研究，在有序的電磁場(chǎng)中，分布更多的小的磁極，會(huì)強(qiáng)化磁場(chǎng)強(qiáng)度，也就是說(shuō)，在筒體內(nèi)分布的磁極越多，磁性物質(zhì)被吸附的機(jī)會(huì)才越多。專(zhuān)利[2]CN203425905U采用一種T型螺紋狀感磁介質(zhì)替代傳統(tǒng)的格柵式介質(zhì)，能在除鐵器工作腔內(nèi)產(chǎn)生無(wú)序高梯度的高強(qiáng)磁場(chǎng),吸附效率高,停機(jī)清洗方便，在中國(guó)鋁業(yè)高白氫氧化鋁、氧化鋁等產(chǎn)品中應(yīng)用后，產(chǎn)品中的磁性物含量大幅下降，成品率得到很大的提升。

5.2 工程設(shè)計(jì)原則

對(duì)于普通除鐵，通過(guò)單一的手段即可達(dá)到效果，但對(duì)于超潔凈除鐵，就需要系統(tǒng)性的工藝設(shè)計(jì)。

通過(guò)研究和工程實(shí)踐，超潔凈除鐵可以用形象比喻來(lái)描述，既要“普遍撒網(wǎng)”又要“重點(diǎn)捕魚(yú)”，尤其是不能有“漏網(wǎng)之魚(yú)”。其工藝設(shè)計(jì)的原則：

1、優(yōu)先攔截大顆粒，即采用篩分的方式，把大顆粒、纖維等雜質(zhì)除去，避免后期設(shè)備堵塞。

2、多段式階梯除鐵。在加工工序的前段要針對(duì)大部分的顆粒磁性物進(jìn)行除鐵，在后段工序中重點(diǎn)針對(duì)弱磁性粉狀磁性物進(jìn)行除鐵，因此，在選型方面應(yīng)綜合考慮。

3、采用永磁+電磁全效組合。電磁重在除鐵，永磁重在檢測(cè)，并作為保安除鐵，用于流程末端防止意外落入的磁性物質(zhì)。

4、進(jìn)一步提升自動(dòng)化手段。除鐵工藝很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是及時(shí)排渣，若吸附飽和或誤操作將會(huì)造成磁性物意外脫附，不但不能達(dá)到除鐵效果，而且還會(huì)引起質(zhì)量事故，因此，盡可能提升自動(dòng)化控制，減少或消除誤操作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李晉峰，李建忠，康樂(lè).超細(xì)氧化鋁性能對(duì)電池隔膜影響.鋁鎂通訊.2020（4）：1-4

[2] 長(zhǎng)昊.人造石高白填料氫氧化鋁的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用.精細(xì)氧化鋁與建材行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)論文集.2017:38-40

[3] 李建國(guó)，劉勇，李自鵬.電磁除鐵器.中國(guó)，CN203425905U

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除！