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磁性材料在节能环保中的应用
发布时间:2018-10-25 13:59

1.前言

磁性材料是电子信息产业的重要基础材料。近年来,磁性材料及产品的发展令人瞩目,新材料不断涌现,新器件陆续面世,应用空前广泛,特别是在传统产业的节能中有着不可替代的作用和广阔的市场前景。 
  众所周知,能源危机是世界各国面临的实际问题,而节能是解决能源紧张的一条重要途径,因此,大力提倡、发展节能产品不仅有重要的现实意义,而且有深远的社会意义。磁性产品是典型的节能节材产品,由以下几例可窥其端倪。

2.磁性汽车部件与节能

 当今世界,汽车的数量惊人,年产量近几千万辆,所以节能的意义相当重大。美国为此规定了十分苛刻的的耗油标准。计算表明,要达到该标准,汽车的平均重量须从现在的2000kg1250kg1350kg。因此,对现代汽车部件来说,尺寸、重量和性能之间的协调至关重要。而采用高性能的磁性材料可以满足此种要求。如把汽车中的电机(数十个之多)改成永磁电机,重量可减轻40%~70%,效率提高50%以上,还可节约铜材、节电。此外,汽车中还大量使用了磁化节油器、减烟器、强力磁化器、磁性传感器等多种节能产品,效果均非常明显。

3.在节能电气设备中的应用

在电气设备特别是自动控制设备中,要使用大量电磁开关和电磁阀,以前都用电磁铁,工作中要一直通电,因此耗电很多,若把其中的电磁铁换成永磁体,只要在接通和断开的瞬间通入一个脉冲电流即能完成,可节电90%以上。由于电气设备中使用的电磁开关与电磁阀数量很多,所以采用永磁体的节能效果甚为可观。钢铁厂、造船厂经常提升和运送钢铁料块及钢板,以前都用电磁铁,耗电过多。把电磁铁改成永磁体,只在吸物的瞬间通入一个脉冲大电流使磁体永磁,在卸物的瞬间再通入一个交变的逐渐衰减的电流使磁铁退磁,被吸物就能落到规定地点。整个提升和运输过程不用通电,这样不仅节电,还能避免电磁铁在停电与断电时运输物摔下,造成事故。

4.节能磁性轴承

任何机械装置的运动部件,由于相对运动,无一不产生摩擦,造成能量浪费。今天,一种利用磁悬浮原理制成的新型无摩擦性轴承付诸实用。它的出现结束了轴承产品不能机电一体化的说法,这是轴承产品的升级换代。其用途相当广泛,尤其对离心式气体压缩机和高速涡轮机,效果更明显。磁性轴承的能耗仅为传统轴承的1/1001/10 

5.节能永磁电机

高性能永磁用于电机的开发,是电机领域的一场深刻的革命。除了能缩小体积、降低重量、提高效率外,永磁电机还有很好的节能效果。国外的一些专家在技术和经济上早就作过仔细验证,指出永磁同步电机取代励磁电机不仅可行,而且十分必要,二者之间的制造费用差额可在2年内从节约的能源费用中收回。有鉴于此,我国纺织业很早就计划将全行业100多万台电机改造成稀土永磁电机。  

6.石油磁化节能技术

 磁化节能产品如油井增注器、磁力制动器、泥浆除铁器、石油输送防蜡器等在石油开采作业中应用具有许多优点,在防蜡、防垢中显示出很大的潜力;磁化技术还是促进生产、提高效率的实用技术,在油田中注入磁化水,不仅能防止地层中粘土膨胀、稳定岩性,而且能提高注入水的驱油效率。如玉门油田注入磁化水后,采油量增加了59.7%,且油的含水量大大下降。磁化节能产品也大量用在化工、食品、纺织、交通等部门各类锅炉的节能上。

7.磁流体发电技术

 传统的火力、水力和原子能发电,效率仅为30%~40%,采用磁流体发电,效率可提高50%左右,它是一种新型的热能直接发电方式。如一个10万千瓦的磁流体发电厂,年节约煤可达100万吨。磁流体发电无高速转动部件,从点火到满负荷运转只需几十秒,造价仅为火力发电厂的1/4,这是一般发电系统无法比拟的。我国早已将燃煤磁流体发电技术作为一个主题列入国家“863”计划,尽快实现产业化。据悉,中科院电工所现已成功研制出磁流体发电的关键部件——大型鞍形超增导磁体,这对早日实现我国磁流体发电战略目标无疑是一个有力的促进。

8.在环境保护中的应用

众所周知,现代工业和交通的高速发展已使汽车、窑(锅)炉等的废气污染到了非解决不可的地步。用磁体作催化剂来分解汽车排放的CONO等有害气体,催化剂固定在排气道中可长期使用,效果明显;把磁化器用在窑(锅)炉与热交换系统中,不但能提高效效应,而且能大大减少管道和设备的除垢工作及对环境的污染。 
  目前,工业生产的能源有90%来自于煤、石油和天然气,使用这些能源燃料必然会带来大量的废气。而磁性节能技术的广泛应用和普及,将在一定程度上控制和缓解工业废气对大气的污染。如把磁化节油减烟器或燃油增能器用于以油、气为燃料的燃烧设备中,燃料在燃烧前进行磁化,促使油、气分子链断裂,让其充分燃烧,提高燃烧效率,省油省气达10%左右,此外,由于燃烧室温度升高,发动机(引擎)出力增加,防止积垢,将CONO等有害物的排放量降低25%~65,减烟率达50%以上。又如用高梯度磁分离可有效除去煤粉、煤浆中的硫化物,大量减少SO2气体的排放量,脱硫率达80%~95%,分离后的灰末可除去30%~70%,煤的回收率为85%~90%。 

工厂、矿山、冶金企业等排出的废水含有铅、铬、镉、汞、铝、砷、铁等有害物质,成为社会的一大公害。实践证明,应用铁氧体合成法(共沉淀法)可以处理这些污水。如在含重金属离子的酸性废水中加入硫酸亚铁水溶液,再加碱中和,通空气氧化,便沉积出粒子尺寸很小(01μm10μm)的强磁性Fe3O4和含其它金属的铁氧体;如果废水中有锰、锌、铜等离子,就沉淀出锰铁氧体、锌铁氧体或锰、锌复合铁氧体;要除去铅、铬、汞等重金属,需先加大量的硫酸亚铁,沉淀出大量的Fe3O4,这些重金属离子就被吸附在Fe3O4上,再用磁分离技术把它们与Fe3O4分开;而水中含的硅、铝杂质会阻止铁氧体生成,故须先用脱硅中和工艺除去。用铁氧体合成法处理废水的特点是:日处理量大,处理后的水可再利用;可使废水中的很多重金属生成铁氧体,铁氧体极稳定,不会再溶于水,重金属被吸附在铁氧体上;铁氧体有磁性,可用磁分离技术将其分开;回收的铁氧体与树脂、橡胶等高分子化合物混合又能制成振动衰减大的复合防振材料,用于船舶引擎室、大型机械设备、星载设备、显微镜、打印机等的除振防噪,从而在环境保护中发挥一系列的重要作用。 
  在开发新能源的研究中,最吸引人的莫过于磁流体发电,其原理是采用高温导电的流体高速通过强磁场,由导电流体切割磁力线,在电极上产生感应电动势和电能。磁流体发电的总效率远比目前的火力、水力和原子能发电高,并能减少废气、灰尘污染和防止酸雨的形成。 
  在开发新型交通及船运工具中,利用超导磁体或高性能稀土永磁体制造的磁悬浮列车、磁力船舶,由于能耗低、时速快、污染小等优点而令人瞩目。

也有一些家用电器因采用磁性材料抑制了环境污染而获得制造商及消费者的青睐。如利用“绝热去磁”即当给一种磁性材料施加磁场时就发热、去掉磁场就冷却,全新原理工作的磁冰箱、磁空调、磁冷冻室,无振动噪声和氟里昂,可保护臭氧层。 
  矿井瓦斯的监测、报警,对于矿井的开发和人身安全极为重要。采用铁氧体软磁制作成的CO磁传感器,其电感(或电阻)值的变化几乎能线性地反映出井下CO的浓度,从而可方便地达到监测和报警之目的。 


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