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电瓷原料的除铁与除杂
发布时间：
2025-07-14 16:28
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电瓷作为电力系统中关键的绝缘材料，其性能（如介电强度、机械强度、耐老化性）直接依赖于原料的纯度。原料中的铁杂质和其他有害杂质会严重影响电瓷的质量：铁杂质可能导致电瓷介电损耗增大、局部电场集中，甚至在烧结过程中形成低熔点相，降低绝缘性能；其他杂质（如硫化物、碳酸盐、重金属氧化物等）可能破坏烧结均匀性，导致开裂或强度下降。因此，电瓷原料的除铁与除杂是原料厂家生产中的核心环节。
一、电瓷原料除铁与除杂的重要性
电瓷原料主要包括黏土（如高岭土）、长石（如钾长石、钠长石）、石英等，其天然矿物中常混入铁的氧化物（如Fe₂O₃、Fe₃O₄）、铁磁性矿物（如磁铁矿、赤铁矿），以及其他杂质（如方解石、云母、硫化物、有机质等）。
铁杂质的危害：铁的氧化物在烧结过程中会形成深色斑点，影响电瓷外观；更严重的是，铁元素会降低电瓷的体积电阻率和介电强度，导致绝缘性能下降。
其他杂质的危害：碳酸盐（如CaCO₃）高温分解产生气体，可能导致瓷体气孔率增加；硫化物（如FeS₂）氧化产生SO₂，会引发瓷体内部开裂；云母等层状矿物则会破坏烧结后的结构均匀性。
二、电瓷原料的除铁技术
铁杂质的去除主要基于其物理（如磁性、密度）或化学特性（如可溶性），常用方法可分为物理除铁和化学除铁两大类。
1. 物理除铁法
物理除铁利用铁杂质与原料的物理性质差异（如磁性、粒度、密度）实现分离，是工业中最常用的方法，具有成本低、效率高、无二次污染的特点。
（1）磁选法
磁选法是除铁的核心技术，基于铁磁性或弱磁性物质在磁场中被吸附的特性，适用于去除原料中具有磁性的铁杂质（如磁铁矿、磁黄铁矿、铁的氧化物结核）。根据原料状态（干法/湿法）和磁场强度，可分为以下几类：
干式磁选：适用于干燥、粒度较粗（通常＞0.1mm）的原料（如破碎后的长石、石英）。设备包括永磁滚筒磁选机（通过旋转滚筒吸附铁杂质，刮板剥离）、悬挂式磁选机（悬挂在输送带上，吸附原料中的铁磁性颗粒）。其优点是无需水分，能耗低；缺点是细颗粒原料易扬尘，且铁杂质与原料黏结时分离效果差。
湿式磁选：适用于细磨后的浆料（如黏土、长石的湿磨浆料，粒度通常＜0.074mm）。原料以浆料形式通过磁场，铁杂质被磁体吸附，清水冲洗后杂质脱落。设备包括高梯度磁选机（通过不锈钢毛等介质增强磁场梯度，可去除弱磁性铁杂质，如赤铁矿、褐铁矿）、永磁筒式磁选机（滚筒部分浸入浆料，吸附后由排渣口排出）。湿式磁选对细颗粒铁杂质的去除效率更高（可达90%以上），且避免扬尘，是电瓷原料除铁的主流工艺。
2）重力分选法
适用于铁杂质与原料密度差异较大的场景（如铁结核与黏土）。利用重力场中不同密度颗粒的沉降速度差异分离：高密度铁杂质（密度约5.0-5.2g/cm³）比原料颗粒（黏土约2.6-2.7g/cm³，长石约2.5-2.6g/cm³）沉降更快。设备包括螺旋分级机（通过螺旋叶片将沉降的铁杂质推向排渣口）、水力旋流器（浆料在离心力作用下，高密度颗粒沿器壁沉降，从底流排出）。重力分选常作为磁选的辅助手段，去除非磁性但高密度的铁杂质（如铁的硫化物）。
2. 化学除铁法
当铁杂质以“包裹体”形式存在于原料颗粒内部（如长石中包裹的铁硅酸盐），或为弱磁性/非磁性铁化合物（如FeO·SiO₂）时，物理方法难以去除，需采用化学法。其原理是通过酸或氧化剂溶解铁杂质，再通过过滤分离。
酸浸法：常用盐酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）或草酸（H₂C₂O₄）作为浸出剂。例如，盐酸可与铁的氧化物反应生成可溶性FeCl₃：Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O，反应后过滤即可去除。酸浸需控制温度（通常50-80℃）、酸浓度（5%-15%）和时间（1-4小时），避免过度溶解原料中的有益成分（如长石中的Al₂O₃）。草酸浸出适用于低铁要求的高档电瓷原料（如特高压电瓷），因其对铁的选择性溶解能力强，且残渣易过滤。
还原-酸浸联合法：对于难溶的铁化合物（如Fe³⁺的硅酸盐），可先通过还原剂（如铁粉、亚硫酸钠）将Fe³⁺还原为易溶的Fe²⁺，再用酸浸出。例如：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺，Fe²⁺在酸性条件下更易溶解。
三、电瓷原料的除杂技术
电瓷原料中的非铁杂质主要包括石英中的长石颗粒、长石中的云母、黏土中的碳酸盐（如方解石）、有机质等，需根据杂质与原料的物理或化学特性差异去除。
1. 物理除杂法
（1）筛分法
利用杂质与原料的粒度差异分离。例如，黏土中可能混入粗颗粒的石英砂或长石块，通过振动筛（筛孔通常为0.15-0.3mm）可将粗杂质筛出；细磨后的浆料可通过水力筛（利用水流携带细颗粒，粗杂质留在筛面）进一步除杂。筛分法操作简单，适合去除粒度明显不同的杂质。
（2）浮选法
适用于分离表面性质差异较大的杂质（如长石与石英、云母与黏土）。原理是通过浮选药剂（捕收剂、起泡剂）改变目标杂质的表面疏水性，使其与气泡结合并浮至液面，原料则留在底部。例如：
分离长石中的云母：云母表面天然疏水，添加少量起泡剂（如松油）后，云母可随气泡浮出，长石则留在矿浆中；
分离石英中的长石：通过调整矿浆pH（如酸性条件），添加捕收剂（如胺类）可使长石表面疏水并浮起，石英则留在底部。
浮选法对细颗粒杂质（＜0.1mm）的分离效率高，是电瓷原料精细化除杂的核心技术之一。
（3）磁选法（针对非铁磁性杂质）
部分非铁杂质（如云母含少量铁，具有弱磁性）可通过磁选去除。例如，高梯度磁选机可吸附弱磁性的云母颗粒，从而净化黏土或长石原料。
2. 化学除杂法
（1）酸溶法
用于去除碳酸盐杂质（如方解石CaCO₃、白云石MgCO₃）。碳酸盐与盐酸反应生成可溶性盐和CO₂，而电瓷原料（硅酸盐）不与稀盐酸反应。例如：CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O，反应后过滤即可去除。酸溶法需控制酸浓度（通常5%-10%），避免过度溶解原料中的有益成分。
（2）氧化法
用于去除有机质杂质（如黏土中的植物残体、腐殖质）。有机质会导致电瓷烧结时产生气孔，可通过添加氧化剂（如H₂O₂、高锰酸钾）将其氧化为CO₂和H₂O。例如，在浆料中加入3%-5%的H₂O₂（浓度30%），加热至60-80℃，有机质被氧化分解，再通过过滤去除残渣。
四、联合除铁除杂工艺
单一方法难以完全去除杂质，实际生产中常采用多步骤联合工艺，例如：
1. 粗碎后筛分：先通过振动筛去除粗颗粒杂质（如石块、金属块）；
2. 干式磁选：去除原料中的铁磁性粗颗粒（如铁屑、磁铁矿）；
3. 细磨与湿式磁选：将原料细磨至浆料（粒度＜0.045mm），通过高梯度磁选机深度除铁（包括弱磁性铁杂质）；
4. 浮选：针对剩余的非铁杂质（如云母、长石中的石英）进行浮选分离；
5. 酸浸（可选）：对高纯度要求的原料（如特高压电瓷），采用酸浸去除包裹体铁杂质或碳酸盐；
6. 过滤与洗涤：去除化学除杂后的可溶性盐（如酸浸产生的FeCl₃、CaCl₂），避免影响后续烧结。
五、除铁除杂效果评估
除铁除杂的效果需通过多维度评估：
化学分析：通过X射线荧光光谱（XRF）检测铁含量（电瓷原料铁含量通常需控制在0.3%以下，高档产品要求＜0.1%），以及杂质元素（如Ca、Mg、S）的含量；
微观观察：通过显微镜或扫描电镜（SEM）观察原料中杂质颗粒的残留情况；
性能验证：将处理后的原料烧制为试片，测试其介电损耗（通常要求＜1%）、击穿强度（≥15kV/mm）等，验证除杂效果是否达标。
电瓷原料的除铁与除杂是保障电瓷性能的关键环节，需根据原料类型、杂质特性（磁性、粒度、表面性质等）选择合适的方法。物理方法（磁选、浮选、筛分）是主流，化学方法（酸浸、氧化）作为补充，联合工艺则可实现深度净化。通过严格控制除杂效果，可显著提升电瓷的绝缘可靠性和使用寿命。
除铁
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