陶瓷材料的性能在很大程度上依賴于其原料粉體的質(zhì)量，而純度（雜質(zhì)含量）作為重要的粉體質(zhì)量指標，對材料性能的影響尤為明顯。比如鐵等雜質(zhì)不僅會導致燒結(jié)后材料呈現(xiàn)黑點、暗斑等外觀缺陷，其導電特性還會影響材料的電學性能。同時一些雜質(zhì)的存在還會導致材料在燒結(jié)時晶粒生長不均勻和晶界處的畸變，從而影響材料的機械性能、斷裂韌性、和導熱性能等。因此，對于需要在極端環(huán)境下工作的陶瓷部件以及對電氣性能要求較高的陶瓷材料，如燃燒室、高溫爐、陶瓷基板、陶瓷電容器等，對雜質(zhì)的控制尤為重要。

在陶瓷粉體中，雜質(zhì)一般有堿金屬氧化物（如Na₂O、K₂O）、過渡金屬氧化物（MnO₂、Fe₂O₃）、易與主成分置換形成固溶的雜質(zhì)離子（如Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺）以及有機雜質(zhì)等，不同的雜質(zhì)性質(zhì)不同，因此通常需要結(jié)合多種方式進行除雜純化。目前陶瓷粉體常用的除雜提純手段可分為化學處理法、物理法、熱處理等方式。

一、物理法

在陶瓷粉體的生產(chǎn)和處理過程中，物理提純方法也是去除雜質(zhì)和提高材料質(zhì)量的重要技術(shù)，其主要依賴于雜質(zhì)和陶瓷粉體之間在物理性質(zhì)上的差異，并不不涉及化學反應，因此不會對陶瓷原料的原有性質(zhì)造成破壞，但對于化學性質(zhì)類似而物理性質(zhì)差異不大的雜質(zhì)，效果有限，一般應用于雜質(zhì)的粗選。目前物理法除雜主要有篩分過濾、磁選、重選除雜、色選等。

1、篩分過濾

篩分和過濾是根據(jù)利用雜質(zhì)粒子與陶瓷粉體粒徑的差異進行提純的方法，傳統(tǒng)的篩網(wǎng)分離效果受限于網(wǎng)孔尺寸，對于微小和接近網(wǎng)孔大小的顆粒分離效果不佳，主要用于去除大顆粒的雜質(zhì)離子。隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，陶瓷膜逐漸也被用于陶瓷粉體的除雜。陶瓷膜是一種比表面積大、微觀上呈多孔結(jié)構(gòu)的過濾材料，具有較高的耐酸、耐堿、耐高溫、耐有機溶劑等特性，可以在惡劣環(huán)境下進行長期穩(wěn)定運行。利用其除雜主要是依靠洗滌液摩擦清洗陶瓷粉體漿料，隨著的洗滌的進行，陶瓷膜不斷將置換出的含雜質(zhì)廢水從漿液中分離出來，而陶瓷漿料逐漸濃縮，雜質(zhì)含量逐漸減少，從而完成除雜、提純的目的。不過由于陶瓷膜孔隙小，在其使用過程中會產(chǎn)生污染和堵塞，使膜滲透通量逐漸下降，需要對其進行沖洗。

管式（上）及平板（下）陶瓷膜

管式陶瓷膜（來源：迪潔膜）及平板陶瓷膜原理（來源：博鑫精陶）

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2、磁選法

由于含鐵、鈦的雜質(zhì)屬于磁性的物質(zhì)易被有效的磁化，而陶瓷粉體屬于非金屬粉體，并不能被有效的磁化，磁選原理就是根據(jù)物料的磁性不同，從陶瓷粉體中分離磁性雜質(zhì)的一種除雜手段。

當線圈通電后，除鐵器內(nèi)導磁介質(zhì)即被磁化，物料通過導磁介質(zhì)時，物料中的鐵等金屬粉末及其氧化物就會吸附在導磁介質(zhì)上，當線圈斷電后，磁性物由于消磁而脫落。由于電磁除鐵磁場強度較高，可達30000GS左右，除鐵器效果非常明顯，可達PPM級別，同時還具有易于實現(xiàn)機械化和自動化除鐵的優(yōu)勢。

全自動濕法電磁除鐵器 來源：唐山世邦陶瓷設備有限公司

3、重選除雜

重選除雜是根據(jù)不同粒度和密度的物料在流動介質(zhì)中運動狀態(tài)的不同進行分離，一般用于粗選去除與原料粉體密度存在明顯差異的雜質(zhì)粒子，對于物理性質(zhì)與原料粉體接近的雜質(zhì)粒子去除效果不佳，常見的方式包括：水力旋流法、氣流分選法、重液分離法等。

（1）水力旋流法：

該方法是使?jié){液通過水壓力從旋流器內(nèi)壁外側(cè)切向進入，在離心力的作用下，粗粒度的固體顆粒旋轉(zhuǎn)向下定量或不定量地從下部排渣口流出。而細粒度的固體顆粒或清液從溢流管內(nèi)向上流出。

張盂雷等利用水力旋流分離廢碳料中的碳化硅。實驗結(jié)果表明：通過不同的料漿質(zhì)量分數(shù)及不同的旋流級數(shù)，旋流分離可將廢碳料中的碳化硅含量由58.77%左右，提高到87%左右。從而實現(xiàn)了碳化硅微粉的回收再利用。雖然采用旋流試驗可以起到十分明顯的除碳效果，但是效率偏低，且分離出的碳化硅微粉純度存在著極限值。

（2）氣流分選法

氣流分選法是一種以氣體為流體介質(zhì)的干法分級技術(shù)，也可利用顆粒在氣流中的不同沉降速度進行顆粒的除雜。操作時，主要通過降低流速、改變方向等方法，使懸浮在氣流中的顆粒受到氣流曳力與重力、離心力、浮力等，若顆粒較輕，則氣流曳力占主導地位，顆粒將跟隨氣流一起運動而被細分；反之，較重的顆粒則沉降被粗分。

與濕法除雜相比，氣流分選法具有成本低、操作方便易行的優(yōu)勢，后期無需進行繁瑣的脫干、干燥、分散、廢水處理等步驟。

（3）重液分離法

重液分離即采用一定密度的液體作為介質(zhì)，在容器中按密度差異來分離礦物。一般來說所選取的液體密度介于雜質(zhì)密度與陶瓷粉體密度之間，當原料粉體在介質(zhì)中充分分散均勻后靜置一段時間使其分層，然后去除含雜質(zhì)的分離層，再過濾回收液體分散介質(zhì)，即得到分離后的陶瓷粉體。

4、浮選法

浮選法是利用陶瓷粉體與雜質(zhì)在液體中的不同潤濕性進行分離的方法。目前工業(yè)上廣泛應用的浮選工藝為泡沫浮選法，適于選別至5μm的粉體材料，操作時先往陶瓷漿料添加適當?shù)母∵x劑改變顆粒表面性質(zhì)，使其呈現(xiàn)疏水性，然后導入空氣以形成大量的氣泡，此時疏水性的雜質(zhì)顆粒會附著在氣泡上并上浮形成泡沫層，而陶瓷粉體則留在液體中，最終將泡沫層排出即可實現(xiàn)雜質(zhì)分離。

浮選法原理

根據(jù)作用的不同，浮選劑的種類很多，主要包括改變雜質(zhì)疏水性質(zhì)的捕收劑（如硬脂酸、脂肪酸及其鹽類或胺類等）、用以分散空氣并形成穩(wěn)定氣泡的起泡劑（如松節(jié)油）、調(diào)整pH值提升浮選效果的pH值調(diào)整劑以及可加強捕收劑效果的活化劑等，在選用時應根據(jù)原料的性質(zhì)決定。

二、化學處理

在陶瓷粉體的提純過程中，化學方法能夠利用沉淀、酸堿中和等化學反應的特定性質(zhì)，更精確、更高效地去除特定雜質(zhì)，從而得到高純度的陶瓷粉體。不過需要注意的是，在進行化學除雜時，應選擇合適的化學試劑，并控制反應條件（如溫度和反應時間等），確保除雜效果的同時不損害陶瓷粉體的性能。同時為避免殘留的化學試劑對粉體造成影響，還需對除雜后的陶瓷粉體進行充分的洗滌和過濾，以去除殘留的化學試劑和雜質(zhì)。

1、酸洗

由于先進陶瓷粉體具有良好的耐酸堿性，因此可利用鹽酸、硫酸、硝酸等與雜質(zhì)發(fā)生中和反應的原理進行酸洗，使雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性的鹽類，然后通過洗滌、過濾等步驟去除雜質(zhì)。這種方式對于與堿金屬氧化物、過渡金屬氧化鋁都有很好的去除效果。不過由于酸洗工藝涉及到硫酸、鹽酸等強酸的使用，對反應釜的防腐要求也較高，在酸洗過程中需要控制好酸的濃度和反應時間，以避免對陶瓷粉體和設備造成過度腐蝕或破壞，同時后續(xù)還需進行廢水處理、物料固液分離、干燥等工序，較為繁瑣。

利用鹽酸去除氧化鐵雜質(zhì)

2、沉淀法

沉淀法是在將陶瓷粉體配置成漿料后加入適當?shù)某恋韯笴a²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺等金屬陽離子與沉淀劑反應生成不溶或難溶性的沉淀物，然后通過過濾、洗滌等步驟將沉淀物與陶瓷粉體分離，從而得到高純度的陶瓷粉體。目前常用的沉淀劑有氫氧化物、碳酸鹽等。其中氫氧化物（如NaOH）是在一定的pH條件下，金屬陽離子生成難溶于水的氫氧化物沉淀物（如氫氧化鎂、氫氧化鐵、氫氧化亞鐵等），而碳酸鹽（如碳酸鈉等）與Ca²⁺、Ba²⁺反應生成溶度積很小的金屬離子碳酸物沉淀。

利用碳酸鹽去除鋇離子

相比酸洗法，沉淀反應通常在相對溫和的條件下進行，避免了強酸、強堿或極端溫度條件下可能導致的材料損傷，不過可能需要較長時間來完成沉淀形成，效率不高。

3、絡合法

絡合法對Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺，甚至對它們的氧化物都有很好的去除效果，其原理主要依靠乙二胺四乙酸（EDTA）、抗壞血酸、檸檬酸、草酸等有機酸絡合劑溶解金屬氧化物，生成雜質(zhì)金屬離子并與之絡合，從而形成穩(wěn)定的螯合物停留在液體中，然后將結(jié)晶體和液體分離達到除雜目的。為了保證絡合反應的完全和高效，反應需要在適當?shù)臏囟群蚿H值條件下進行。

乙二胺四乙酸（EDTA）

三、熱處理——去除有機雜質(zhì)

在陶瓷粉體進行成型燒結(jié)時，有機雜質(zhì)的分解和燃燒可能導致氣孔和其他缺陷的形成，從而影響材料的密實度和機械強度，降低陶瓷的整體性能。特別是在電子陶瓷、透明陶瓷和生物陶瓷等特殊應用領(lǐng)域中，有機雜質(zhì)的燃燒殘留物可能導致成品顏色不均或影響透明度，影響其光學性質(zhì)或顏色一致性。因此在燒結(jié)前，有效去除陶瓷粉體中的有機雜質(zhì)是提升陶瓷性能的重要步驟。

熱處理作為一種常見且有效的有機物去除方法，通過加熱陶瓷粉體，使其中的有機雜質(zhì)在高溫下經(jīng)歷熱分解反應，生成較小的二氧化碳、水蒸氣等氣態(tài)分子，并揮發(fā)被排出體系外，從而實現(xiàn)與陶瓷粉體的分離。一般來說，熱處理需要在低于在燒結(jié)溫度下進行，可控制在200°C至600°C之間，在有些情況下，還需要在特定的氣氛（如氧化氣氛、還原氣氛或惰性氣氛）進行，以優(yōu)化有機雜質(zhì)的去除效率和控制陶瓷的化學和物理性質(zhì)。

真空熱處理爐（來源：默森科技）

小結(jié)

雜質(zhì)的存在不僅會影響陶瓷制品的外觀，還會嚴重其使用性能，因此需綜合考慮除雜效果和粉體的整體性能，選擇合適的除雜方法。篩分過濾法、重選法、浮選法等物理方式操作較為簡單，且不會對物料性質(zhì)造成破壞，但對物理性質(zhì)與原料相近的雜質(zhì)去除效果不佳，常用于陶瓷粉料的粗選，化學法可以利用中和反應、沉淀反應等更精確、更高效地去除特定雜質(zhì)，得到高純粉體，但后續(xù)需要進行進一步的洗滌、過濾、干燥，以去除殘留的化學試劑和雜質(zhì)。而熱處理則主要用于去除有機雜質(zhì)，在操作時應控制好加熱溫度、保溫時間、升溫速率、氣氛等重要參數(shù)，以保證最佳的除雜效果。

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