铁氧体磁性材料具有哪些主要应用？

铁氧体分软磁铁氧体和永磁铁氧体。软磁铁氧体有锰铁氧体(MnO·Fe2O3)、锌铁氧体(ZnO·Fe2O3)、镍锌铁氧体(Ni-Zn·Fe2O4)、锰镁锌铁氧体(Mn-Mg-Zn·Fe2O4)等单组分或多组分铁氧体。电阻率比金属磁性材料大得多，而且有较高的介电性能，因此出现兼有铁磁性和铁电性以及铁磁性和压电性的铁氧体。在高频下具有比金属磁性材料（包括铁镍合金、铝硅铁合金）高得多的磁导率，适用于几千赫到几百兆赫频率下工作。加工铁氧体属于一般陶瓷工艺，因而工艺简单，且节省大量贵金属，成本低。铁氧体的饱和磁通密度Bs低，通常只有铁的1/3～1/5。铁氧体在单位体积中储存的磁能低，限制了它在要求有较高磁能密度的低频、强电和大功率领域中的应用。它较适于高频小功率，弱电场合中应用。镍锌铁氧体可用作收音机里的天线磁棒和中频变压器磁心，锰锌铁氧体可用作电视接收机中的行输出变压器铁心。此外，软磁铁氧体还用于通信线路中的增感器及滤波器的磁心等。近年来还应用作高频磁记录换能器（磁头）。永磁铁氧体有钡铁氧体(BaO·6Fe2O3)和锶铁氧体(SrO·6Fe2O3)。电阻率高，属于半导体类型，故涡流损耗小，矫顽力大，能有效地应用在大气隙的磁路中，特别适于作小型发电机和电动机的永磁体。它不含有贵金属镍、钴等，原材料来源丰富，工艺不复杂，成本低，可代替铝镍钴永磁体。它的最大磁能积(B+H)m较低，因此在相等磁能的情况下，比金属磁体体积大。它的温度稳定性差，质地较脆、易碎，不耐冲击震动，不宜作测量仪表及有精密要求的磁性器件。永磁铁氧体产品主要为各向异性系列。它们可用于制作永磁点火电机、永磁电机、永磁选矿机、永磁吊头、磁推轴承、磁分离器、扬声器、微波器件、磁疗片、助听器等。

1磁选

关于磁选设备的进展，已有若干专门评

述〔’一41，这里仅就搜集到的磁选论著和信息

进行综合评述.

1.1弱磁选弱磁选进展的特点是，利用

高性能钦铁硼永磁体制造场强更高的筒式磁

选机，筒式磁选机大型化和预选大块磁铁矿

石，发展有利于提高精矿品位的弱磁选机。

钦铁硼永磁体(Nd:Fel刀)的最大磁能积可

达3.18X10“(T·A/m)，约为衫钻合金

(SmCo。)最大磁能积(1.59X10”T·A/m)的

z倍[51，银铁氧体(Sro.6Fe20，)最大磁能积

(0.326X105T·A/m)的10倍。因此，采用

钦铁硼磁系容易提高磁选机的场强和性能。

例如，德国用铰铁硼永磁棒研制的‘Permos’

鼓式磁选机的磁感应强度可达0.4~0.5T，

既可用于物料的干选或湿选，也可比较理想

地用于除去强磁选给料中的磁性较强的物

质〔6’。英国Boxmag--Rapid有限公司用铰铁

硼永磁体研制的‘Magnadrum’筒式磁选机

的磁场可达0.3~0.4T，用于分选工业矿物

和磨料粉〔’J。作为设备大型化的例子如，我

国马鞍山矿山研究院继开发CTDG1210型大

筒径磁选机后，又研制了CTDGIS16型更大

筒径的磁选机[3]，采用钱铁硼磁系，筒面平

均磁场可达0.4T，用于分选大块磁铁矿

石.鞍山黑色冶金矿山设计研究院与山东张

家洼铁矿合作研制了一种价1400mmx1600

mm电磁水冷磁滑轮【.〕，筒面平均磁场为

0.24T，处理能力可达200t/h，用于预选

一350mm的磁铁矿石，8个月内从66.7万t原

矿剔除含铁11.97%的7.5万t尾矿，共增加

经济效益53.42万元。为了提高设备的分选

效果，峨嵋矿产综合利用研究所将常规磁选

槽改进为磁一重选机〔，〕，其槽体上部由圆锥

形改为圆筒形，永磁铁氧体磁系由下部圆塔

形整体磁系改为上部多层圆阵形分散磁系，

场强分布为12~0kA/m，并配备浓度自

控系统，可将分选区矿浆浓度控制在30%~

35%之间，该设备在首钢迁安铁矿应用的效

果是:配合改进工艺流程，提高了分选粒

度，与以往细磨细筛工艺流程相比，在磨机

容量、精矿品位和铁回收率相同的条件下，

提高了生产能力27.66%.这种设备已发展

为价300、600、1500、1800、2500mm系列

产品。为了提高精矿品位，北京矿冶研究总

院研制了一种Bk一1021多力场筒式磁选

机〔川。该机采用7极开放磁系和顺流型选

箱，在选箱中部补加上升水和排粗粒尾矿，

在给料端设溢流堰和排细粒尾矿，使随筒运

行的磁性物始终受到反向水流的清洗作用，

达到提高精矿品位的目的。该机在南芬铁矿

选矿厂的工业试验结果表明，与价105Ommx

21OOmm半逆流型磁选机相比，精矿品位高

2.04%，分选效率高10.28%，而磁性铁回

收率只低0.19肠。

值得注意的是，前苏联研究了用电化学

调节法强化磁选过程‘川。在实验室研究确

定，对难选矿石和氧化矿石，第一段弱磁选

前采用电极化作用最有前途，精矿品位可提

高1.1%~1，4%，铁回收率提高4.5%、6.4

%，弱磁选尾矿在强磁选前再进行调节，铁

回收率又可提高l%、2.4%。对易选矿石，

极化作用后，第一段和第二段磁选的铁回收

率只能分别提高0.2%、2.8%和0.1%~2

叫。据认为，效果不同是由于矿石性质、磁

化强度和矿物组成不同.还由于矿石中的氧

化物的固定电位值和交换电流值及还原阴极

反应电流的极限度不同。

1.2强磁选强磁选设备的研制主要限于

永磁和电磁辊式或带式强磁选机。英国

BOxmag一Rapid有限公司用铰铁硼永磁体制

造了‘Magnaroll’辊式磁选机[‘〕，包括辊径

功75mm和功100mm两种规格，分别用于处

理细粒和粗粒物料。它在给料带面的磁场通

常为0.9~1.0T，并可由回路产生高梯度，

分选性能比感应辊式磁选机优越，典型应用

包括提纯硅砂和长石，提高红柱石质量和陶

瓷细粒干料除铁。前苏联研制了一种旋转磁

场辊式磁选机〔‘，，，又名电动分选装置。该

机主要由输料带和带下面的与带平行配置的

永磁辊构成。磁辊由三部分永磁体组成，中

部永磁体的磁极法向与辊轴垂直，前后永磁

体的磁极法向与辊轴成45“角，形成同一平

面三个方向的磁场，辊面磁场为0.45T。分

选原理是，利用非磁性导电颗粒在旋转磁辊

产生的旋转磁场中受交变电动力作用与非导

电颗粒分离该机被用于从有色金属加工渣

屑和废料中回收铝、铜等金属颗粒，导体产

品纯度和回收率都可达94%以上。我国马鞍

山矿山研究院继开发Cs一1型辊式磁选机

后，又研制了Cs一2型电磁感应辊式强磁选

机〔’‘]，其辊径和有效长度分别为叻380mm

和1468mm，双辊平行配置，共四个分选带，

磁场可在0.4~1.78T之间调节，激磁、传

动和风冷功率分别为4.23kw、13xZkw和

0.09义Zkw。该机在梅山铁矿用于分选12~

Zmm赤一菱铁矿石的指标是，原矿含铁

30.40%时，精矿品位和回收率分别为

44.05%和78.75%，单台设备的年经济效益

为63万元。与辊式磁选机不同。带铁磁性齿

板或球介质的湿式强磁选机由于构造复杂，

造价高，加之类型较多，发展的任务仍是推广

应用和改进完善。SHP一2000型强磁选机

在齐大山铁矿得到了应用〔’‘’，SQC一6一

2770型强磁选机在马钢姑山铁矿纳人生产流

程，功1500型双立环强磁选机在昆钢进一步

得到了推广应用〔‘5]SHP一3200型强磁选机

的改进包括〔’‘]:磁包角由83“改为70。，激磁

线圈由风冷改为油冷等。颇有意思的是，昆

钢对齿板介质平环磁选机和球介质立环磁选

机用相同试料作了对比试验[1’〕，结果表

明，齿板平环型的精矿品位和铁回收率分别

约高4%和8%，但立环型由于反向冲洗磁性

物，因而不易堵塞，对隔渣、隔粗、冲洗水

压和水质要求不严，运行更加可靠。

1.3高梯度磁选在磁选领域，对高梯度磁

选的研究仍占有重要位置，并取得了显著进

展。Svoboda叙述了一种新型高梯度磁选

机I‘’〕，该机采用短线圈水冷磁系，磁场为

1.ZT，输人功率110kw，用于从南非威特沃特

斯兰德残渣中回收金和铀，能力为30t/h。前

苏联新克里沃罗格采选联合公司和黑色金属

选矿研究院合作研制了3KM小一600型磁

选机〔‘吕’。该机采用恺装电磁磁系和网眼

135~x51~冲孔网板作分选介质磁感应强度为0.5T，处理能力可达30Ot/h，用于

处理细度95肠一0.045幻。刃n的氧化铁石

岩。铜矿资源丰富的赞比亚对高梯度磁选给

予了重视，最近用背景磁场1.3T、分选罐尺

寸23mmx32mmx104mm(有效容积42ml、

充填5%50~10即m钢毛的横向磁场高梯度

磁选装置，对5~38拜m的铜精矿和原矿作了

试验研究t‘，’，在给料流速7cm/s和清洗流速

14cm/s条件下分选二次，前一种磁性产品的

黄铜矿和斑铜矿含量由72叫提高到86%，回

收率为82%后一种磁性产品的铜矿物含量

从16%

.

提高到44%，回收率为72肠。在国内，

高梯度磁选已跨人工业应用时期，由中南工

业大学和江西赣州有色冶金研究所合作研制

的SLON一1000型立环脉动高梯度磁选机已

发展为SLON一r500型〔’。’，其分选环直径由

1ooomm增至150omm，处理量邮t/h提高到

30t/h，且结构有所改进，性能有所提高，第一

台SLON一1500型磁选机于1989年安装在姑

山铁矿，处理矿泥和强磁选细粒尾矿等难选

混合物料，原预计年经济效益106万元‘’‘’，实

际达到了108万元。1990年通过技术鉴定后，

该矿又订购了一台SLON一1500型脉动高梯

度磁选机。近两年来，还在弓长岭铁矿和铜

录山铜矿分别应用了五台与一台SLON一

1500型立环脉动高梯度磁选机。对脉动高梯

度磁选原理也作了进一步探讨〔”]。中南工

业大学对盘古山钨细泥的脉动高梯度磁选试

验研究也获得了好指标‘川:含WO30.74%的

钨细泥在合适条件下分选一次，得到WO3含

量17.90%和回收率73.78%的钨精矿与非

脉动高梯度磁选相比，精矿品位高13.99%，

回收率只低1.09%。由中南工业大学和醛陵

市科技开发中心合作研制的CL一功500mm

周期式振动高梯度磁选机〔’‘」填补了我国高

岭土高梯度磁选的空白。该机的罐径和高分

别为500mm和300mm，磁场可达ZT，耗功率

约220kw，处理量约为Zt/h。工业试验表明，

该机的激磁和冷却性能良好，能有效除去高

岭土中的含铁顺磁性微细颗粒，显著增加高

岭土和成瓷白度，可产生较好的经济和社会

效益。

关于高梯度磁选理论，自1973年

Watson提出磁捕收颗粒数概念〔25’以来，已

建立了相当完整的磁捕收理论.最近，

svoboda等人根据能量观点，探讨了高梯度

磁捕收新理论〔26]。他认为，顺磁性颗粒在

高梯度磁场中与铁磁性捕集丝相碰撞时，具

有的总作用能为范德华一伦敦作用能、双电

层作用能、平均磁能和剪切应力对颗粒作功

之和，并由此导出被介质丝捕收的颗粒半径

(限定颗粒粒度)与颗粒磁化系数、磁场强

度、介质丝磁化强度和半径、流体速度和密

度及粘性系数等的关系式。

1.4超导磁选超导磁选已进人大型化工

业应用时期。美国Eriez磁力公司继1986年

将重25叶、直径为2134mm罐式超导磁选机

用于J.M.Huber公司高岭土加工厂提纯高

岭土后，不到一年，同一公司又订购了一台

重250t、直径3048刃n幻a的同类型超导高梯度

磁选机〔川，当该机正在制造时，又订购了

第三台这种设备，按计划已于1990年第一季

度安装运转。这是世界上最大的超导磁选

机，超导磁体用Nb一叭线绕制，液氦冷却

至一269℃，只需每个周期的开头供给激磁

电流，在60秒内，磁场可由零升至ZT，然

后不需外电能仍能维持ZT磁场，周期末关

闭时，磁体‘归还’的电能约为启动时‘借去’

电能之半。超导磁选的成本比普通高梯度磁

选稍高些，第二台设备的生产成本又比第一

台稍高些。德国KHD洪堡·韦达格公司已

将一台Descos超导筒式磁选机售给土耳

其〔:‘3，用于将弱磁性的蛇纹石脉石与菱镁

矿分离，原矿粒度为100~4幻n幻。，约含5102

20%、FeZ034肠，干选一次得含510:1.5

%和Fe:O，0.3%的菱镁矿粗精矿。该机的

规格为价120OmmxI500mm，磁场可达3.2

T，处理量为10肚/h，能耗约为1.skw·h/t，

是世界上第一台用于粗粒分选的超导磁选

机。现在期望用‘高温’超导体开发第三代超

导磁选机「‘91。

2电选

Kelly和Spottiswood用三篇论文全面

评述了电选理论。第一篇评述了基础原理，

包括静电学颗粒特性，即颗粒导电率

(Band理论、电子捕获和其它形式的导电)，

半导体的表面电子学性质:颗粒或金属接触

的等效回路，流体中的颗粒运动。第二篇评

述了颗粒电性的测量和颗粒荷电的机理。电

性测量包括电场测量，荷电量测量，接触荷电

量累计测量和导电率测量。颗粒荷电机理包

括电晕荷电，感应荷电，摩擦荷电，荷电速率，

Coehn法则。第三篇评述了静电选矿实践，

包括静电选矿机的理论分析(受力分析)，静

电选矿机的经验分析，设备参数，分选回路，

三篇论文涉及95篇文献。关于电选的I:.艺和

理论研究也有一些报导。国外有人用添加剂

产生大量摩擦电荷的方法将KCI与NaCI分

离。该法利用KCI与NaCI摩擦带电的差

别，在物料中加人适量添加剂.使之在流动

层皮带运输过程中摩擦带电，然后在分选机

中得KCI精矿，KCI精矿品位可达92%，回收

率为50%。A.L.沙洛姆等人探讨了将非均

匀交流电场分离技术用于液体和气体介质条

件下的分选机理「川，建立了电场强度、荷

电量和库仑力与惯性力之比的表达式。

采用高纯度人工合成的原料，利用精密控制工艺成形烧结制成，一般具有某些特殊性能，以适应各种需要。根据其主要成分，有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等；特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。本节主要介绍特种陶瓷。

特种材料分类

根据用途不同，特种陶瓷材料可分为结构陶瓷、工具陶瓷、功能陶瓷。

结构陶瓷

氧化铝陶瓷主要组成物为Al2O3，一般含量大于45%。氧化铝陶瓷具有各种优良的性能。耐高温，一般可要1600℃长期使用，耐腐蚀，高强度，其强度为普通陶瓷的2~3倍，高者可达5~6倍。其缺点是脆性大，不能接受突然的环境温度变化。用途极为广泛，可用作坩埚、发动机火花塞、高温耐火材料、热电偶套管、密封环等，也可作刀具和模具。

氮化硅陶瓷主要组成物是Si3N4，这是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，线膨胀系数在各种陶瓷中最小，使用温度高达1400℃，具有极好的耐腐蚀性，除氢氟酸外，能耐其它各种酸的腐蚀，并能耐碱、各种金属的腐蚀，并具有优良的电绝缘性和耐辐射性。可用作高温轴承、在腐蚀介质中使用的密封环、热电偶套管、也可用作金属切削刀具。

碳化硅陶瓷主要组成物是SiC，这是一种高强度、高硬度的耐高温陶瓷，在1200℃~1400℃使用仍能保持高的抗弯强度，是目前高温强度最高的陶瓷，碳化硅陶瓷还具有良好的导热性、抗氧化性、导电性和高的冲击韧度。是良好的高温结构材料，可用于火箭尾喷管喷嘴、热电偶套管、炉管等高温下工作的部件；利用它的导热性可制作高温下的热交换器材料；利用它的高硬度和耐磨性制作砂轮、磨料等。

六方氮化硼陶瓷主要成分为BN，晶体结构为六方晶系，六方氮化硼的结构和性能与石墨相似，故有“白石墨”之称，硬度较低，可以进行切削加工具有自润滑性，可制成自润滑高温轴承、玻璃成形模具等。

工具陶瓷

硬质合金主要成分为碳化物和粘结剂，碳化物主要有WC、TiC、TaC、NbC、VC等，粘结剂主要为钴（Co）。硬质合金与工具钢相比，硬度高（高达87~91HRA），热硬性好（1000℃左右耐磨性优良），用作刀具时，切削速度比高速钢提高4~7倍，寿命提高5~8倍，其缺点是硬度太高、性脆，很难被机械加工，因此常制成刀片并镶焊在刀杆上使用，硬质合金主要用于机械加工刀具；各种模具，包括拉伸模、拉拔模、冷镦模；矿山工具、地质和石油开采用各种钻头等。

金刚石天然金刚石（钻石）作为名贵的装饰品，而合成金刚石在工业上广泛应用，金刚石是自然界最硬的材料，还具备极高的d性模量；金刚石的导热率是已知材料中最高的；金刚石的绝缘性能很好。金刚石可用作钻头、刀具、磨具、拉丝模、修整工具；金刚石工具进行超精密加工，可达到镜面光洁度。但金刚石刀具的热稳定性差，与铁族元素的亲和力大，故不能用于加工铁、镍基合金，而主要加工非铁金属和非金属，广泛用于陶瓷、玻璃、石料、混凝土、宝石、玛瑙等的加工。

立方氮化硼（CBN）具有立方晶体结构，其硬度高，仅次于金刚石，具热稳定性和化学稳定性比金刚石好，可用于淬火钢、耐磨铸铁、热喷涂材料和镍等难加工材料的切削加工。可制成刀具、磨具、拉丝模等

其它工具陶瓷尚有氧化铝、氧化锆、氮化硅等陶瓷，但从综合性能及工程应用均不及上述三种工具陶瓷。

功能陶瓷

功能陶瓷通常具的特殊的物理性能，涉及的领域比较多，常用功能陶瓷的特性及应用见表。

常用功能陶瓷 种类 性能特征 主要组成 用途 介电陶瓷 绝缘性 Al2O3、Mg2SiO4 集成电路基板 热电性 PbTiO3、BaTiO3 热敏电阻 压电性 PbTiO3、LiNbO3 振荡器 强介电性 BaTiO3 电容器 光学陶瓷 荧光、发光性 Al2O3CrNd玻璃 激光 红外透过性 CaAs、CdTe 红外线窗口 高透明度 SiO2 光导纤维 电发色效应 WO3 显示器 磁性陶瓷 软磁性 ZnFe2O、γ-Fe2O3 磁带、各种高频磁心 硬磁性 SrO．6 Fe2O3 电声器件、仪表及控制器件的磁芯 半导体陶瓷 光电效应 CdS、Ca2Sx 太阳电池 阻抗温度变化效应 VO2、NiO 温度传感器 热电子放射效应 LaB6、BaO 热阴极 精陶瓷

陶瓷材料中已崛起了精细陶瓷，它以抗高温、超强度、多功能等优良性能在新材料世界独领风骚。精细陶瓷是指以精制的高纯度人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制工艺烧结的高性能陶瓷，因此又称先进陶瓷或新型陶瓷。精细陶瓷有许多种，它们大致可分成三类。

结构陶瓷

这种陶瓷主要用于制作结构零件。机械工业中的一些密封件、轴承、刀具、球阀、缸套等都是频繁经受摩擦而易磨损的零件，用金属和合金制造有时也是使用不了多久就会损坏，而先进的结构陶瓷零件就能经受住这种“磨难”。

电子陶瓷

指用来生产电子元器件和电子系统结构零部件的功能性陶瓷。这些陶瓷除了具有高硬度等力学性能外，对周围环境的变化能“无动于衷”，即具有极好的稳定性，这对电子元件是很重要的性能，另外就是能耐高温。

生物陶瓷

生物陶瓷是用于制造人体“骨骼一肌肉”系统，以修复或替换人体器官或组织的一种陶瓷材料。

精细陶瓷是新型材料特别值中得注意的一种，它有广阔的发展前途。这种具有优良性能的精细陶瓷，有可能在很大的范围内代替钢铁以及其他金属而得到广泛应用，达到节约能源、提高效率、降低成本的目的；精细陶瓷和高分子合成材料相结合．可以使交通运输工具轻量化、小型化和高效化。

精陶材料将成为名副其实的耐高温的高强度材料，从而可用作包括飞机发动机在内的各种热机材料、燃料电池发电部件材料、核聚变反应堆护壁材料、无公害的外燃式发动机材料等。精细陶瓷与高性能分子材料、新金属材料、复合材料并列为四大新材料。有些科学家预言．由于精细陶瓷的出现，人类将从钢铁时代重新进入陶瓷时代

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