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電瓷原料的除鐵與除雜
發(fā)布時間：
2025-07-14 16:28
來源：
電瓷作為電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的絕緣材料，其性能（如介電強度、機械強度、耐老化性）直接依賴于原料的純度。原料中的鐵雜質(zhì)和其他有害雜質(zhì)會嚴重影響電瓷的質(zhì)量：鐵雜質(zhì)可能導(dǎo)致電瓷介電損耗增大、局部電場集中，甚至在燒結(jié)過程中形成低熔點相，降低絕緣性能；其他雜質(zhì)（如硫化物、碳酸鹽、重金屬氧化物等）可能破壞燒結(jié)均勻性，導(dǎo)致開裂或強度下降。因此，電瓷原料的除鐵與除雜是原料廠家生產(chǎn)中的核心環(huán)節(jié)。
一、電瓷原料除鐵與除雜的重要性
電瓷原料主要包括黏土（如高嶺土）、長石（如鉀長石、鈉長石）、石英等，其天然礦物中常混入鐵的氧化物（如Fe?O?、Fe?O?）、鐵磁性礦物（如磁鐵礦、赤鐵礦），以及其他雜質(zhì)（如方解石、云母、硫化物、有機質(zhì)等）。
鐵雜質(zhì)的危害：鐵的氧化物在燒結(jié)過程中會形成深色斑點，影響電瓷外觀；更嚴重的是，鐵元素會降低電瓷的體積電阻率和介電強度，導(dǎo)致絕緣性能下降。
其他雜質(zhì)的危害：碳酸鹽（如CaCO?）高溫分解產(chǎn)生氣體，可能導(dǎo)致瓷體氣孔率增加；硫化物（如FeS?）氧化產(chǎn)生SO?，會引發(fā)瓷體內(nèi)部開裂；云母等層狀礦物則會破壞燒結(jié)后的結(jié)構(gòu)均勻性。
二、電瓷原料的除鐵技術(shù)
鐵雜質(zhì)的去除主要基于其物理（如磁性、密度）或化學(xué)特性（如可溶性），常用方法可分為物理除鐵和化學(xué)除鐵兩大類。
1. 物理除鐵法
物理除鐵利用鐵雜質(zhì)與原料的物理性質(zhì)差異（如磁性、粒度、密度）實現(xiàn)分離，是工業(yè)中最常用的方法，具有成本低、效率高、無二次污染的特點。
（1）磁選法
磁選法是除鐵的核心技術(shù)，基于鐵磁性或弱磁性物質(zhì)在磁場中被吸附的特性，適用于去除原料中具有磁性的鐵雜質(zhì)（如磁鐵礦、磁黃鐵礦、鐵的氧化物結(jié)核）。根據(jù)原料狀態(tài)（干法/濕法）和磁場強度，可分為以下幾類：
干式磁選：適用于干燥、粒度較粗（通常＞0.1mm）的原料（如破碎后的長石、石英）。設(shè)備包括永磁滾筒磁選機（通過旋轉(zhuǎn)滾筒吸附鐵雜質(zhì)，刮板剝離）、懸掛式磁選機（懸掛在輸送帶上，吸附原料中的鐵磁性顆粒）。其優(yōu)點是無需水分，能耗低；缺點是細顆粒原料易揚塵，且鐵雜質(zhì)與原料黏結(jié)時分離效果差。
濕式磁選：適用于細磨后的漿料（如黏土、長石的濕磨漿料，粒度通常＜0.074mm）。原料以漿料形式通過磁場，鐵雜質(zhì)被磁體吸附，清水沖洗后雜質(zhì)脫落。設(shè)備包括高梯度磁選機（通過不銹鋼毛等介質(zhì)增強磁場梯度，可去除弱磁性鐵雜質(zhì)，如赤鐵礦、褐鐵礦）、永磁筒式磁選機（滾筒部分浸入漿料，吸附后由排渣口排出）。濕式磁選對細顆粒鐵雜質(zhì)的去除效率更高（可達90%以上），且避免揚塵，是電瓷原料除鐵的主流工藝。
2）重力分選法
適用于鐵雜質(zhì)與原料密度差異較大的場景（如鐵結(jié)核與黏土）。利用重力場中不同密度顆粒的沉降速度差異分離：高密度鐵雜質(zhì)（密度約5.0-5.2g/cm3）比原料顆粒（黏土約2.6-2.7g/cm3，長石約2.5-2.6g/cm3）沉降更快。設(shè)備包括螺旋分級機（通過螺旋葉片將沉降的鐵雜質(zhì)推向排渣口）、水力旋流器（漿料在離心力作用下，高密度顆粒沿器壁沉降，從底流排出）。重力分選常作為磁選的輔助手段，去除非磁性但高密度的鐵雜質(zhì)（如鐵的硫化物）。
2. 化學(xué)除鐵法
當鐵雜質(zhì)以“包裹體”形式存在于原料顆粒內(nèi)部（如長石中包裹的鐵硅酸鹽），或為弱磁性/非磁性鐵化合物（如FeO·SiO?）時，物理方法難以去除，需采用化學(xué)法。其原理是通過酸或氧化劑溶解鐵雜質(zhì)，再通過過濾分離。
酸浸法：常用鹽酸（HCl）、硫酸（H?SO?）或草酸（H?C?O?）作為浸出劑。例如，鹽酸可與鐵的氧化物反應(yīng)生成可溶性FeCl?：Fe?O? + 6HCl = 2FeCl? + 3H?O，反應(yīng)后過濾即可去除。酸浸需控制溫度（通常50-80℃）、酸濃度（5%-15%）和時間（1-4小時），避免過度溶解原料中的有益成分（如長石中的Al?O?）。草酸浸出適用于低鐵要求的高檔電瓷原料（如特高壓電瓷），因其對鐵的選擇性溶解能力強，且殘渣易過濾。
還原-酸浸聯(lián)合法：對于難溶的鐵化合物（如Fe3?的硅酸鹽），可先通過還原劑（如鐵粉、亞硫酸鈉）將Fe3?還原為易溶的Fe2?，再用酸浸出。例如：2Fe3? + Fe = 3Fe2?，F(xiàn)e2?在酸性條件下更易溶解。
三、電瓷原料的除雜技術(shù)
電瓷原料中的非鐵雜質(zhì)主要包括石英中的長石顆粒、長石中的云母、黏土中的碳酸鹽（如方解石）、有機質(zhì)等，需根據(jù)雜質(zhì)與原料的物理或化學(xué)特性差異去除。
1. 物理除雜法
（1）篩分法
利用雜質(zhì)與原料的粒度差異分離。例如，黏土中可能混入粗顆粒的石英砂或長石塊，通過振動篩（篩孔通常為0.15-0.3mm）可將粗雜質(zhì)篩出；細磨后的漿料可通過水力篩（利用水流攜帶細顆粒，粗雜質(zhì)留在篩面）進一步除雜。篩分法操作簡單，適合去除粒度明顯不同的雜質(zhì)。
（2）浮選法
適用于分離表面性質(zhì)差異較大的雜質(zhì)（如長石與石英、云母與黏土）。原理是通過浮選藥劑（捕收劑、起泡劑）改變目標雜質(zhì)的表面疏水性，使其與氣泡結(jié)合并浮至液面，原料則留在底部。例如：
分離長石中的云母：云母表面天然疏水，添加少量起泡劑（如松油）后，云母可隨氣泡浮出，長石則留在礦漿中；
分離石英中的長石：通過調(diào)整礦漿pH（如酸性條件），添加捕收劑（如胺類）可使長石表面疏水并浮起，石英則留在底部。
浮選法對細顆粒雜質(zhì)（＜0.1mm）的分離效率高，是電瓷原料精細化除雜的核心技術(shù)之一。
（3）磁選法（針對非鐵磁性雜質(zhì)）
部分非鐵雜質(zhì)（如云母含少量鐵，具有弱磁性）可通過磁選去除。例如，高梯度磁選機可吸附弱磁性的云母顆粒，從而凈化黏土或長石原料。
2. 化學(xué)除雜法
（1）酸溶法
用于去除碳酸鹽雜質(zhì)（如方解石CaCO?、白云石MgCO?）。碳酸鹽與鹽酸反應(yīng)生成可溶性鹽和CO?，而電瓷原料（硅酸鹽）不與稀鹽酸反應(yīng)。例如：CaCO? + 2HCl = CaCl? + CO?↑ + H?O，反應(yīng)后過濾即可去除。酸溶法需控制酸濃度（通常5%-10%），避免過度溶解原料中的有益成分。
（2）氧化法
用于去除有機質(zhì)雜質(zhì)（如黏土中的植物殘體、腐殖質(zhì)）。有機質(zhì)會導(dǎo)致電瓷燒結(jié)時產(chǎn)生氣孔，可通過添加氧化劑（如H?O?、高錳酸鉀）將其氧化為CO?和H?O。例如，在漿料中加入3%-5%的H?O?（濃度30%），加熱至60-80℃，有機質(zhì)被氧化分解，再通過過濾去除殘渣。
四、聯(lián)合除鐵除雜工藝
單一方法難以完全去除雜質(zhì)，實際生產(chǎn)中常采用多步驟聯(lián)合工藝，例如：
1. 粗碎后篩分：先通過振動篩去除粗顆粒雜質(zhì)（如石塊、金屬塊）；
2. 干式磁選：去除原料中的鐵磁性粗顆粒（如鐵屑、磁鐵礦）；
3. 細磨與濕式磁選：將原料細磨至漿料（粒度＜0.045mm），通過高梯度磁選機深度除鐵（包括弱磁性鐵雜質(zhì)）；
4. 浮選：針對剩余的非鐵雜質(zhì)（如云母、長石中的石英）進行浮選分離；
5. 酸浸（可選）：對高純度要求的原料（如特高壓電瓷），采用酸浸去除包裹體鐵雜質(zhì)或碳酸鹽；
6. 過濾與洗滌：去除化學(xué)除雜后的可溶性鹽（如酸浸產(chǎn)生的FeCl?、CaCl?），避免影響后續(xù)燒結(jié)。
五、除鐵除雜效果評估
除鐵除雜的效果需通過多維度評估：
化學(xué)分析：通過X射線熒光光譜（XRF）檢測鐵含量，以及雜質(zhì)元素（如Ca、Mg、S）的含量；
微觀觀察：通過顯微鏡或掃描電鏡（SEM）觀察原料中雜質(zhì)顆粒的殘留情況；
性能驗證：將處理后的原料燒制為試片，測試其介電損耗（通常要求＜1%）、擊穿強度（≥15kV/mm）等，驗證除雜效果是否達標。
電瓷原料的除鐵與除雜是保障電瓷性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需根據(jù)原料類型、雜質(zhì)特性（磁性、粒度、表面性質(zhì)等）選擇合適的方法。物理方法（磁選、浮選、篩分）是主流，化學(xué)方法（酸浸、氧化）作為補充，聯(lián)合工藝則可實現(xiàn)深度凈化。通過嚴格控制除雜效果，可顯著提升電瓷的絕緣可靠性和使用壽命。
除鐵
聯(lián)系方式
