鋼渣中鐵磁性物質(zhì)選取技術(shù)規(guī)范起草單位

鞍山鋼鐵集團(tuán)公司礦渣開發(fā)公司、湖北鄂鋼附屬企業(yè)總公司、張家港恒樂(lè)新型建筑材料有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司、江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在鋼渣處理中其所含的鐵磁性物質(zhì)提取的范圍、引用文件、提取技術(shù)、檢測(cè)方法和環(huán)境保護(hù)等。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于轉(zhuǎn)爐鋼渣、精煉渣,也適用于脫硫渣。

蘇興文、李曉陽(yáng)、馬孝珍、張志彪、李軍華、王姜維、王成杰、李建忠、李曉波、李元媛、張德國(guó)、許立謙。 2100433B

磁源抗磁性

抗磁性是物質(zhì)抗拒外磁場(chǎng)的趨向，因此，會(huì)被磁場(chǎng)排斥。所有物質(zhì)都具有抗磁性?？墒?，對(duì)于具有順磁性的物質(zhì)，順磁性通常比較顯著，遮掩了抗磁性。只有純抗磁性物質(zhì)才能明顯地被觀測(cè)到抗磁性。例如，惰性氣體元素和抗腐蝕金屬元素（金、銀、銅等等）都具有顯著的抗磁性。當(dāng)外磁場(chǎng)存在時(shí)，抗磁性才會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。假設(shè)外磁場(chǎng)被撤除，則抗磁性也會(huì)遁隱形跡。

在具有抗磁性的物質(zhì)里，所有電子都已成對(duì)，內(nèi)秉電子磁矩不能集成宏觀效應(yīng)。抗磁性的機(jī)制是電子軌域運(yùn)動(dòng)，用經(jīng)典物理理論解釋如下：

由于外磁場(chǎng)的作用，環(huán)繞著原子核的電子，其軌域運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩會(huì)做拉莫爾進(jìn)動(dòng)，從而產(chǎn)生額外電流與伴隨的額外磁矩。這額外磁矩與外磁場(chǎng)呈相反方向，抗拒外磁場(chǎng)的作用。由這機(jī)制所帶來(lái)的磁化率與溫度無(wú)關(guān)，以方程表達(dá)為

特別注意，這解釋只能用來(lái)啟發(fā)思考。正確的解釋需要依賴量子力學(xué)。

磁源順磁性

堿金屬元素和除了鐵、鈷、鎳以外的過(guò)渡元素都具有順磁性。在順磁性物質(zhì)內(nèi)部，由于原子軌域或分子軌域只含有奇數(shù)個(gè)電子，會(huì)存在有很多未配對(duì)電子。遵守泡利不相容原理，任何配對(duì)電子的自旋，其磁矩的方向都必需彼此相反。未配對(duì)電子可以自由地將磁矩指向任意方向。當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，這些未配對(duì)電子的磁矩趨于與外磁場(chǎng)呈相同方向，從而使磁場(chǎng)更加強(qiáng)烈。假設(shè)外磁場(chǎng)被撤除，則順磁性也會(huì)消失無(wú)蹤。

一般而言，除了金屬物質(zhì)以外，順磁性與溫度相關(guān)。由于熱騷動(dòng)（thermal agitation）造成的碰撞會(huì)影響磁矩整齊排列，溫度越高，順磁性越微弱；溫度越低，順磁性越強(qiáng)烈。

磁源磁疇

在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，由于原子的磁矩不等于零，每一個(gè)原子的表現(xiàn)就好似微小的永久磁鐵。假設(shè)聚集于一個(gè)小區(qū)域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區(qū)域?yàn)榇女牷蛲馑巩牐╓eiss domain）。使用磁力顯微鏡（magnetic force microscope），可以觀測(cè)到磁疇。

磁疇的存在是能量極小化的后果。這是物理大師列夫·朗道和葉津·李佛西茲（Evgeny Lifshitz）提出的點(diǎn)子。假設(shè)一個(gè)鐵磁性長(zhǎng)方體是單獨(dú)磁疇，則會(huì)有很多正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于長(zhǎng)方塊的頂面與底面，從而擁有較強(qiáng)烈的磁能。假設(shè)鐵磁性長(zhǎng)方塊分為兩個(gè)磁疇，其中一個(gè)磁疇的磁矩朝上，另一個(gè)朝下，則會(huì)有正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于頂面的左右邊，又有負(fù)磁荷與正磁荷相反地分別形成于底面的左右邊，所以，磁能較微弱，大約為一半。假設(shè)鐵磁性長(zhǎng)方塊是由多個(gè)磁疇組成，則由于磁荷不會(huì)形成于頂面與底面，只會(huì)形成于斜虛界面，所有的磁場(chǎng)都包含于長(zhǎng)方塊內(nèi)部，磁能更微弱。這種組態(tài)稱為“閉磁疇”（closure domain），是最小能量態(tài)。

將鐵磁性物質(zhì)置入外磁場(chǎng)，則磁疇壁會(huì)開始移動(dòng)，假若磁疇的磁矩方向與外磁場(chǎng)方向近似相同，則磁疇會(huì)擴(kuò)大；反之，則會(huì)縮小。這時(shí)，假若關(guān)閉磁場(chǎng)，則磁疇可能不會(huì)回到原先的未磁化狀態(tài)。鐵磁性物質(zhì)已被磁化，形成永久磁鐵。

假設(shè)磁化足夠強(qiáng)烈，所有會(huì)擴(kuò)大的磁疇吞并了其它磁疇，結(jié)果只剩下單獨(dú)一個(gè)磁疇，則此物質(zhì)已經(jīng)達(dá)到磁飽和。再增強(qiáng)外磁場(chǎng)，也無(wú)法更進(jìn)一步使物質(zhì)磁化。

假設(shè)外磁場(chǎng)為零，現(xiàn)將已被磁化的鐵磁性物質(zhì)加熱至居里溫度，則物質(zhì)內(nèi)部的分子會(huì)被大幅度熱騷動(dòng)，磁疇會(huì)開始分裂，每個(gè)磁疇變得越來(lái)越小，其磁矩也呈隨機(jī)方向，失去任何可偵測(cè)的磁性。假設(shè)將物質(zhì)冷卻，則磁疇結(jié)構(gòu)會(huì)自發(fā)地回復(fù)，就好像液體凝固成固態(tài)晶體一樣。

磁源亞鐵磁性

像鐵磁性物質(zhì)一樣，當(dāng)磁場(chǎng)不存在時(shí)，亞鐵磁性物質(zhì)仍舊會(huì)保持磁化不變；又像反鐵磁性物質(zhì)一樣，相鄰的電子自旋指向相反方向。這兩種性質(zhì)并不互相矛盾，在亞鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，分別屬于不同次晶格的不同原子，其磁矩的方向相反，數(shù)值大小不相等，所以，物質(zhì)的凈磁矩不等于0，磁化強(qiáng)度不等于零，具有較微弱的鐵磁性。

由于亞鐵磁性物質(zhì)是絕緣體。處于高頻率時(shí)變磁場(chǎng)的亞鐵磁性物質(zhì)，由于感應(yīng)出的渦電流很少，可以允許微波穿過(guò)，所以，可以做為像隔離器、循環(huán)器、回旋器等等微波器件的材料。

由于組成亞鐵磁性物質(zhì)的成分必需分別具有至少兩種不同的磁矩，只有化合物或合金才會(huì)表現(xiàn)出亞鐵磁性。常見的亞鐵磁性物質(zhì)有磁鐵礦（Fe₃O₄）、鐵氧體（ferrite）等等。

磁源超順磁性

當(dāng)鐵磁體或亞鐵磁體的尺寸足夠小的時(shí)候，由于熱騷動(dòng)影響，這些奈米粒子會(huì)隨機(jī)地改變方向。假設(shè)沒(méi)有外磁場(chǎng)，則通常它們不會(huì)表現(xiàn)出磁性。但是，假設(shè)施加外磁場(chǎng)，則它們會(huì)被磁化，就像順磁性一樣，而且磁化率超大于順磁體的磁化率。

大多數(shù)物質(zhì)在正常情況下并不呈現(xiàn)磁性

物質(zhì)大都是由分子組成的，分子是由原子組成的，原子又是由原子核和電子組成的。在原子內(nèi)部，電子不停地自轉(zhuǎn)，并繞原子核旋轉(zhuǎn)。電子的這兩種運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生磁性。但是在大多數(shù)物質(zhì)中，電子運(yùn)動(dòng)的方向各不相同、雜亂無(wú)章，磁效應(yīng)相互抵消。因此，大多數(shù)物質(zhì)在正常情況下，并不呈現(xiàn)磁性。

特殊物質(zhì)

鐵、鈷、鎳或鐵氧體等鐵磁類物質(zhì)有所不同，它內(nèi)部的電子自旋可以在小范圍內(nèi)自發(fā)地排列起來(lái)，形成一個(gè)自發(fā)磁化區(qū)，這種自發(fā)磁化區(qū)就叫磁疇。鐵磁類物質(zhì)磁化后，內(nèi)部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來(lái)，使磁性加強(qiáng)，就構(gòu)成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過(guò)程就是對(duì)鐵塊的磁化過(guò)程，磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產(chǎn)生吸引力，鐵塊就牢牢地與磁鐵“粘”在一起了。我們就說(shuō)磁鐵有磁性了。如圖《磁鐵》所示

2018年12月28日，《鋼渣處理工藝技術(shù)規(guī)范》發(fā)布。

2019年11月1日，《鋼渣處理工藝技術(shù)規(guī)范》實(shí)施。