中國粉體網(wǎng)訊  精細氧化鋁是一個包括氧化鋁、氧化鋁水合物及鋁酸鹽等系列產(chǎn)品的大門類，應用領域非常廣泛，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、涂料等領域廣范應用，是一種不可或缺的基礎原材料。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。

精細氧化鋁的應用較冶金級氧化鋁的要求相對較高，其化學成分要求具有更高的純度、粒度分布更為嚴格，除此之外，對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源，并對比了化學除鐵與物理除鐵的優(yōu)缺點，重點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發(fā)及應用。

1 磁性物的危害與來源

一般來說，磁性物主要是含鐵的金屬或金屬氧化物，盡管其含量極低，但在精細氧化鋁的應用領域卻有很大的危害，由于磁性物顯色性，會對外觀造成不良影響，同時還因磁性物導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構材料的空洞等[1，2]。

用于人造石材的氫氧化鋁中是嚴格控制磁性物的，因為少量的磁性物直接影響高檔石材的外觀。而在陶瓷中，磁性物會在陶瓷表面形成紅色、褐色的斑點，對于電子陶瓷來說，斑點就意味著廢品。當用作高壓絕緣件填料氧化鋁中混入磁性物時，在高壓下，將在磁性物位置形成局部放電，導致事故發(fā)生。因此，磁性物危害較大，必須嚴格控制。

磁性物的來源通常為加工引入或空間落入，生產(chǎn)設備或管道的磨蝕造成較細的金屬顆粒進入氧化鋁產(chǎn)品中，也有設備檢修或包裝過程控制不嚴造成產(chǎn)品中落入金屬渣等。盡管在加工過程中通過設備材質(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)，無法絕對避免磁性物的引入。

因此，除鐵工藝對于高端精細氧化鋁的生產(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

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

化學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、鹽酸等強酸的使用，對設備的防腐要求較高，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)上應用已久，但永磁體由于其受到材料本身的制約，磁場強度會隨使用時間的延長而衰減。譬如目前主流的除鐵永磁材料為釹鐵硼，最高磁場強度約為12000GS，在常溫環(huán)境應用工作頻率較高的場合下，1年后強度衰減到80%左右。而在高溫或振動環(huán)境下，磁場強度則衰減更快。

電磁除鐵是利用電磁原理，線圈通電后除鐵器內(nèi)導磁介質(zhì)即被磁化，物料通過導磁介質(zhì)時，物料中的鐵等金屬粉末及其氧化物就會吸附在導磁介質(zhì)上，當線圈斷電后，磁性物由于消磁而脫落。電磁除鐵磁場強度較高，可達30000GS左右，且不存在磁場強度衰減的問題，易于實現(xiàn)機械化和自動化除鐵。

3 電磁除鐵器的工作原理

電磁除鐵器結構形式如圖1所示，主要部件為線圈、筒體、除鐵導磁介質(zhì)及進出料裝置等，當線圈兩端接通直流電時，線圈產(chǎn)生電磁場，并在筒體內(nèi)部形成磁束，在筒體中加入導磁介質(zhì)，當粉體或料漿通過導磁介質(zhì)，導磁介質(zhì)受到強磁場磁化，磁性物被吸附在導磁介質(zhì)表面，物料流走。需要排鐵時，停止給料，線圈斷電，導磁介質(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，料漿從底部進料，上部出料。

圖1 電磁除鐵器結構示意圖

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

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：一個因素為物料和導磁介質(zhì)的接觸程度，另一個因素為磁場強度。

電磁除鐵器的導磁介質(zhì)既是吸附磁性物質(zhì)的介質(zhì)，也是過流介質(zhì)，當物料充分分散到導磁介質(zhì)表面時，介質(zhì)的磁性才能將物料中的磁性物吸附住，因此，在設計介質(zhì)時，盡可能的使物料在其中分散，物料在介質(zhì)中流動路徑越長，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)分布過密，就會影響物料流動，因此，需根據(jù)物料的粒度、含鐵量等因素進行配置介質(zhì)方式及尺寸。

由于精細除鐵總量較低，主要除去的是微鐵，磁性較弱，因此，磁場強度是影響精度的重要因素。磁場強度與線圈的電流和匝數(shù)成正比，提高電流和匝數(shù)是提升磁場強度的主要途徑，但由于線圈的發(fā)熱，若不能把熱量及時排除就會造成線圈溫升過高，就會導致線圈損毀，因此，設計更優(yōu)的冷卻方式和采用優(yōu)質(zhì)的導線是除鐵設備性能的保障。

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

5 超潔凈除鐵工藝

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

5.1 高強電磁除鐵器的開發(fā)和應用

提高除鐵設備的磁場強度是提高除鐵精度最為有效的手段，一個途徑就是提高線圈匝數(shù)，但存在散熱問題，目前常采用的散熱方式為油冷和風冷，進一步提高冷卻能力是未來的技術方向，開發(fā)的油冷+水冷強制循環(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用，磁場強度從12000Gs提高到24000GS。除了從散熱角度解決發(fā)熱問題外，降低線圈電阻率也是解決發(fā)熱問題的一個重要手段，那就是采用超導材料制成導線，借助液態(tài)氮或液態(tài)氦進行冷卻解決發(fā)熱問題，可大大提升線圈匝數(shù)，從而提升電磁強度，但由于成本較高，目前仍不能普遍應用。

除了提高線圈的匝數(shù)外，另一個提高設備性能的途徑就是改變導磁介質(zhì)的結構，也可以大大提高除鐵性能，通過研究，在有序的電磁場中，分布更多的小的磁極，會強化磁場強度，也就是說，在筒體內(nèi)分布的磁極越多，磁性物質(zhì)被吸附的機會才越多。專利[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)生無序高梯度的高強磁場,吸附效率高,停機清洗方便，在中國鋁業(yè)高白氫氧化鋁、氧化鋁等產(chǎn)品中應用后，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 工程設計原則

對于普通除鐵，通過單一的手段即可達到效果，但對于超潔凈除鐵，就需要系統(tǒng)性的工藝設計。

通過研究和工程實踐，超潔凈除鐵可以用形象比喻來描述，既要“普遍撒網(wǎng)”又要“重點捕魚”，尤其是不能有“漏網(wǎng)之魚”。其工藝設計的原則：

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，避免后期設備堵塞。

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

3、采用永磁+電磁全效組合。電磁重在除鐵，永磁重在檢測，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、進一步提升自動化手段。除鐵工藝很重要的一個環(huán)節(jié)就是及時排渣，若吸附飽和或誤操作將會造成磁性物意外脫附，不但不能達到除鐵效果，而且還會引起質(zhì)量事故，因此，盡可能提升自動化控制，減少或消除誤操作。

參考文獻：

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

[2] 長昊.人造石高白填料氫氧化鋁的開發(fā)和應用.精細氧化鋁與建材行業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展大會論文集.2017:38-40

[3] 李建國，劉勇，李自鵬.電磁除鐵器.中國，CN203425905U

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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