CN105967289A - 一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法及装置。所述方法为：利用强磁场对水进行处理使水磁化，使用磁化后的水对出水文物进行清洗。可通过N、S极交替布置的静态永磁强磁场对水进行磁化处理，磁处理后的水部分氢键断裂，性质发生变化，可减弱文物与病害附着杂质间的结合力，将文物上的附着物剥离，从而完成出水文物的清洗。本发明方法与常规添加酸碱络合剂、超声等方法相比，为纯物理清洗方法，在有效清洗分离文物附着物的同时，对文物无损伤，处理过程不产生环境污染物。采用的新型磁棒式静态永磁磁场，与传统磁棒式的窄型永磁磁场相比，其强磁场的分布宽，水的磁处理效率高，可以大规模地应用于出水文物的清洗。

Description

一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法及装置

技术领域

本发明涉及出水文物清洗技术领域，具体涉及利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法及装置。

背景技术

文物是不可再生的遗存，承载着丰富的人类历史文化信息。在漫长的历史长河中，中国向世界各地输出了大量陶瓷器。海运作为一种传统的运输方式，具有量大、安全、便利且运价低廉等优势。但由于海难沉船事件时有发生，致使无数外销陶瓷器被遗留在茫茫大海深处。随着当今水下考古事业的发展，大量中国古代陶瓷器被从海洋中打捞出水。通过对船上陶瓷器文物的修复保护研究，可以更好地复原历史原貌，了解当时的制作工艺、科技文化、商业贸易等历史信息。

大部分海洋出水陶瓷器等文物，经海水长期浸泡和海洋生物、海泥等钙质物的长期作用，紧密胶结形成体积大小不一的坚硬凝结物。这些凝结物在外界温湿度改变的情况下，必然会对其中包裹的陶瓷等文物本体产生物理性挤压破坏，如何在确保文物安全的前提下，将这些文物从凝结物中完整提取出来，已成为迫在眉睫的难题。因此，开展海洋出水陶瓷器周体凝结物的清洗工艺研究，对于水下考古发掘出水陶瓷器的保护和保存，具有普遍而深远的意义。然而截至目前，对于沉船内文物表面附着的凝结材料的去除研究尚未系统开展。

随着大量珍贵文物的出土出水，伴之而来的是繁重而艰巨的文物保护工作。为了妥善保存文物，必须对其进行必要的修复保护处理。古陶瓷修复保护工艺流程包括：环境分析、现状调查，状态评估、清洗除垢、脱盐处理、拼对粘接、修补缺损，加固封护，仿色做旧等各种技术手段的选择和实施。

清洗是出水文物保护修复的首要步骤。出水文物病害包括可溶性盐、表面的沉积物、有机污垢等。其中文物表面附着的难溶盐沉积物、表面的生物病害等较难清除，常常需要机械清洗、化学清洗和超声波清洗。然而这些方法在清除污垢的同时，也可能会对瓷器的胎釉产生腐蚀，造成比较严重或潜在的损伤。并且，这些清洗方法也存在着种种缺点，如机械方法无法满足高清洁度清洗要求，而化学清洗方法容易导致环境污染，获得的清洁度也很有限，特别是当污垢成分复杂时，必须选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面清洁度的要求。北京大学的胡东波等人研究了常用化学清洗材料对瓷器的影响，发现一般情况下，清洗能力强的清洗剂，对瓷器的损伤也很强(胡东波,张红燕,常用清洗材料对瓷器的影响研究,文物保护与考古科学,2010,22(1):49-59)。

尽管超声波清洗法清洗效果不错，但对亚微米级污粒的清洗却表现得无能为力，同时清洗槽的尺寸也限制了清洗对象的范围和复杂程度，而且清洗后的文物需要快速干燥亦是一大难题。而近年来出现的激光清洗技术，比较适合小范围的高精度清洗，对于大范围腐蚀严重的场合效果有限。

因此，研究开发新的适合出水文物上不同病害特别是坚硬凝结物的清洗方法，对文物进行高效无损清洗，对于文物修复保护及复原历史原貌具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法及装置。研发了新的适合出水文物上不同病害特别是坚硬凝结物的清洗方法，实现对出水文物的高效无损清洗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法，该方法为：利用强磁场对水进行处理使水磁化，使用磁化后的水对出水文物进行清洗。

优选地，所述强磁场采用静态永磁强磁场，水在磁场中以一定速度沿垂直磁力线方向流动从而被磁化。

优选地，使用磁化后的水对出水文物进行清洗的过程中，监测水的电导率，当水的电导率不变时结束清洗。

优选地，所述磁化后的水对出水文物进行清洗的时间为2-70小时。

本发明的技术方案中，采用磁处理的方法，将水通过N、S极交替布置的静态永磁强磁场，水在磁场中以一定速度沿垂直磁力线方向流动并被磁化，水的性质发生变化，部分氢键断裂，大分子团缔合水变成单分子水或小分子团缔合水，其分子间作用力减弱，水的黏度和表面张力减小。水性质的这种变化使得水在分子水平上增强了界面活性和渗透性，可减弱文物与病害附着杂质间的结合力，将文物上的不同病害附着物进行剥离，从而完成出水文物的清洗。

本发明还提供了一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，该装置包括：清洗槽、精密过滤器、离心泵、压力表、流量调节阀、磁化器和电导率表；

所述清洗槽的出口安装精密过滤器，用以过滤掉清洗过程中产生的颗粒杂质；

所述精密过滤器通过管路与离心泵相连，使得过滤后的水通过管路流入离心泵；

所述离心泵的出口管路上依次安装压力表和流量调节阀门，用以调节水的流量；

所述流量调节阀门与磁化器的一端相连，流量调节阀门流出的水进入磁化器后，在磁场中沿垂直磁力线方向流动从而被磁化；

所述磁化器的另一端连接至清洗槽，使磁化水在整个装置中进行循环；

所述清洗槽上安装电导率表，用于监测清洗过程中水的电导率值。

优选地，所述精密过滤器为碟片式精密过滤器，过滤精度为10微米。

优选地，所述磁化器内部由若干永磁体磁棒串联组成，例如3-5根磁棒组成，每根磁棒的磁感应强度为2000-7000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极；安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列，磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

优选地，清洗过程中，通过调节流量调节阀门使水在磁化器内的流速为1-3m/s。

上述装置对出水文物进行清洗的具体实施步骤如下：

第一步、在清洗槽出口安装过滤精度为10微米的碟片式精密过滤器，以过滤掉清洗过程中产生的颗粒杂质。过滤出水之后安装离心泵，并在离心泵出口安装压力表和流量调节阀门，以调节通过磁化器的水流量。

第二步、在流量调节阀门之后安装磁化器，磁化器内部为由若干永磁体磁棒串联组成，磁棒的磁感应强度为2000-7000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

第三步、在清洗槽上安装电导率表，以监测清洗过程中的水质变化。清洗槽上部安装环隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽进行循环。

第四步、在清洗槽中放置要清洗的出水文物，并充入自来水使文物浸没于水中。启动离心泵，并调节流量调节阀门使水在环隙通道内的流速为1-3m/s。文物在清洗槽中清洗2-70h，可间歇清洗，也可连续清洗。清洗过程中，监测清洗水的电导率值。文物清洗至水的电导率不变为止，此时文物上的病害附着物已被磁化水松软，再进行常规机械清理(如用竹签刮除)，即完成文物的清洗。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1，本发明采用的出水文物清洗方法，利用新型磁棒式静态永磁强磁场进行水的磁处理，利用磁化水实现文物与难溶盐沉积物、生物病害、海泥及其它金属和非金属混合杂质的分离。

2，本发明方法与常规添加酸碱络合剂、超声等方法相比，为纯物理清洗方法，在有效清洗分离文物附着凝结物的同时，对文物无损伤，处理过程不产生环境污染物，效率高。本发明方法采用的新型磁棒式静态永磁磁场，与传统磁棒式的窄型永磁磁场相比，其强磁场的分布宽，在整个磁化通道内皆为强磁场分布，因此水的磁处理效果好，可以大规模地应用于出水文物的清洗分离。

附图说明

图1为本发明利用磁场处理后的水清洗出水文物装置的结构示意图。

图2a为本发明实施例中磁化器内部磁棒组成的结构示意图。

图2b为现有技术中传统磁棒的结构示意图。

图3为本发明实施例3中出水文物样品附着物的X射线荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来说明本发明的技术方案。

参见图1，该图为利用磁场处理后的水清洗出水文物装置的结构示意图，以下实施例中涉及的出水文物清洗均采用该装置。如图1所示，该装置包括：清洗槽1、碟片式精密过滤器2、离心泵3、压力表4、流量调节阀5、磁化器6和电导率表7。其中：清洗槽1的出口处安装碟片式精密过滤器2，其过滤精度为10微米，用以过滤掉清洗过程中产生的颗粒杂质，碟片式精密过滤器2的出口与离心泵3进口处相连。离心泵3的出口管路上安装压力表4和流量调节阀5，以调节水的流量。磁化器6与流量调节阀5相连，磁化器6的出口连接至清洗槽1，以使磁化水进行循环。清洗槽上安装电导率表7，以监测清洗过程中的水质变化。磁化器6内的四根永磁磁棒串联后插入不锈钢管内，每根磁棒的N、S极自进口至出口交替排列，组成环隙型磁化通道以使水通过。

参见图2a，该图为本发明实施例中磁化器内部磁棒组成的结构示意图，磁化器内部磁棒的排列结构为：每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。参见图2b，该图为现有技术中传统磁棒的结构示意图，其磁场区域较本发明磁棒的磁场窄。

实施例1

本实施例针对出水高温烧结陶瓷器表面的沉积物病害进行清洗。

选取南海1号沉船中20号出水陶瓷片，尺寸为42*32mm，其上有坚硬附着物，经拉曼光谱分析主要成分为碳酸钙。从该陶瓷片外观可以看出，该陶瓷片表面光滑，系高温烧结而成。

在清洗槽出口安装过滤精度为10微米的碟片式精密过滤器，过滤出水之后安装离心泵，并在离心泵出口安装压力表和流量调节阀门。在流量调节阀门之后安装磁化器，磁化器内部为由4根磁棒永磁体串联组成，每根磁棒的磁感应强度为2000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

在清洗槽安装电导率表，以监测清洗过程中的水质变化。清洗槽上部安装环隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽进行循环。在清洗槽中放置20号出水陶瓷片，并充入自来水使文物浸没于水中。启动离心泵，并调节流量调节阀门使水在磁化器环隙通道内的流速为1m/s。文物在清洗槽中连续清洗2h，清洗过程中，监测清洗水的电导率值。文物清洗2h后水的电导率为400μS/cm并保持不变，此时文物上的病害附着物已被磁处理水松软，用竹签轻轻刮除剥离附着物，完成文物的清洗。

20号出水陶瓷片经磁处理水清洗后，根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估。结果表明，色差为2.21(此值小于5便认为无变化)，光泽度差为0.2(此值小于1便认为无变化)，此外显微分析表明陶瓷片表面釉面无明显变化，这表明20号出水陶瓷片表面经磁处理水清洗后无损伤。

本实施例表明，静态磁场磁处理后的水对于清洗出水高温烧结陶瓷器表面的沉积物病害是安全有效的。

实施例2

本实施例针对出水低温烧结陶瓷器表面的沉积物病害进行清洗。

选取南海1号沉船中21号出水陶瓷片，尺寸为54*54mm，其上有坚硬附着物，经拉曼光谱分析主要成分为碳酸钙。从该陶瓷片外观可以看出，该陶瓷片表面粗糙，系低温烧结而成。

在清洗槽出口安装过滤精度为10微米的碟片式精密过滤器，过滤出水之后安装离心泵，并在离心泵出口安装压力表和流量调节阀门。在流量调节阀门之后安装磁化器，磁化器内部为由4根磁棒永磁体串联组成，每根磁棒的磁感应强度为4000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

在清洗槽安装电导率表，以监测清洗过程中的水质变化。清洗槽上部安装环隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽进行循环。在清洗槽中放置21号出水陶瓷片，并充入自来水使文物浸没于水中。启动离心泵，并调节流量调节阀门使水在磁化器环隙通道内的流速为1.5m/s。文物在清洗槽中连续清洗35h，清洗过程中，监测清洗水的电导率值。文物清洗35h后水的电导率为450μS/cm并保持不变，此时文物上的病害附着物已被磁处理水松软，用竹签轻轻刮除剥离附着物，完成文物的清洗。

21号出水陶瓷片经磁处理水清洗后，根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估。结果表明，色差为3.21(此值小于5便认为无变化)，光泽度差为0.3(此值小于1便认为无变化)，此外显微分析表明陶瓷片表面釉面无明显变化，这表明21号出水陶瓷片表面经磁处理水清洗后无损伤。

本实施例表明，静态磁场磁处理后的水对于清洗出水低温烧结陶瓷器表面的沉积物病害是安全有效的。

实施例3

本实施例针对表面有金属侵蚀沉积物病害的出水陶瓷器进行清洗。

选取南海1号沉船中22号出水陶瓷片，尺寸为85*50mm，其上有金属侵蚀物，经X射线荧光光谱分析，检测出了铁元素的存在，钙、钾、硅、锰等元素来自于瓷片或其表面附着物，检测出的氯、锶、铷等元素，则证明了其出自于海底打捞。参见图3，该图为22号出水陶瓷片附着物的X射线荧光光谱图。

在清洗槽出口安装过滤精度为10微米的碟片式精密过滤器，过滤出水之后安装离心泵，并在离心泵出口安装压力表和流量调节阀门。在流量调节阀门之后安装磁化器，磁化器内部为由4根磁棒永磁体串联组成，每根磁棒的磁感应强度为7000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

在清洗槽安装电导率表，以监测清洗过程中的水质变化。清洗槽上部安装环隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽进行循环。在清洗槽中放置22号出水陶瓷片，并充入自来水使文物浸没于水中。启动离心泵，并调节流量调节阀门使水在磁化器环隙通道内的流速为2m/s。文物在清洗槽中间歇清洗70h，清洗过程中，监测清洗水的电导率值。文物清洗70h后水的电导率为470μS/cm并保持不变，此时文物上的病害附着物已被磁处理水松软，用竹签轻轻刮除剥离附着物，完成文物的清洗。

22号出水陶瓷片经磁处理水清洗后，根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估。结果表明，色差为1.21(此值小于5便认为无变化)，光泽度差为0.2(此值小于1便认为无变化)，此外显微分析表明陶瓷片表面釉面无明显变化，这表明22号出水陶瓷片表面经磁处理水清洗后无损伤。

本实施例表明，静态磁场磁处理后的水对于清洗出水陶瓷器表面的金属侵蚀沉积物病害是安全有效的。

实施例4

本实施例针对表面带有裂缝病害的出水陶瓷器进行清洗。

选取南海1号沉船中23号出水陶瓷为一残缺的器物，直径62mm，高40mm，其上有6条长短不一的裂缝，裂缝宽度为0.074-0.076mm。该样品表面带有金属侵蚀沉积物病害。

在清洗槽出口安装过滤精度为10微米的碟片式精密过滤器，过滤出水之后安装离心泵，并在离心泵出口安装压力表和流量调节阀门。在流量调节阀门之后安装磁化器，磁化器内部为由4根磁棒永磁体串联组成，每根磁棒的磁感应强度为7000高斯。每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，即若将一根磁棒水平放置，若磁棒圆柱体的上半部为N极则下半部为S极。安装时，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列。磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

在清洗槽安装电导率表，以监测清洗过程中的水质变化。清洗槽上部安装环隙型磁化通道的出水管道，使水磁化后流回清洗槽进行循环。在清洗槽中放置23号出水陶瓷片，并充入自来水使文物浸没于水中。启动离心泵，并调节流量调节阀门使水在磁化器环隙通道内的流速为3m/s。文物在清洗槽中连续清洗10h，清洗过程中，监测清洗水的电导率值。文物清洗10h后水的电导率为540μS/cm并保持不变，此时文物上的病害附着物已被磁处理水松软，用竹签轻轻刮除剥离附着物，完成文物的清洗。

23号出水陶瓷片经磁处理水清洗后，根据《可移动文物病害评估技术规程》文物保护行业标准(WW/T 0056-2014，WW/T 0056-2014)，采用色差、光泽度差和表面损伤等指标对清洗前后文物的状况进行安全性评估。结果表明，色差为2.23(此值小于5便认为无变化)，光泽度差为0.3(此值小于1便认为无变化)，此外显微分析表明陶瓷片表面釉面无明显变化，裂缝宽度为0.074-0.076mm，无明显变化，这表明23号出水陶瓷片表面经磁处理水清洗后无损伤。

本实施例表明，静态磁场磁处理后的水对于清洗带有裂缝病害的出水陶瓷器是安全有效的。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法，该方法为：利用强磁场对水进行处理使水磁化，使用磁化后的水对出水文物进行清洗。

2.如权利要求1所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于：所述强磁场采用静态永磁强磁场，水在磁场中以一定速度沿垂直磁力线方向流动从而被磁化。

3.如权利要求1所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于：使用磁化后的水对出水文物进行清洗的过程中，监测水的电导率，当水的电导率不变时结束清洗。

4.如权利要求1所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的方法，其特征在于：所述磁化后的水对出水文物进行清洗的时间为2-70小时。

5.一种利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，该装置包括：清洗槽、精密过滤器、离心泵、压力表、流量调节阀、磁化器和电导率表；

所述清洗槽的出口安装精密过滤器，用以过滤掉清洗过程中产生的颗粒杂质；

所述精密过滤器通过管路与离心泵相连，使得过滤后的水通过管路流入离心泵；

所述离心泵的出口管路上依次安装压力表和流量调节阀门，用以调节水的流量；

所述流量调节阀门与磁化器的一端相连，流量调节阀门流出的水进入磁化器后，在磁场中沿垂直磁力线方向流动从而被磁化；

所述磁化器的另一端连接至清洗槽，使磁化水在整个装置中进行循环；

所述清洗槽上安装电导率表，用于监测清洗过程中水的电导率值。

6.如权利要求5所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，其特征在于：所述精密过滤器为碟片式精密过滤器，过滤精度为10微米。

7.如权利要求5所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，其特征在于：所述磁化器内部由若干永磁体磁棒串联组成，每根磁棒的磁感应强度为2000-7000高斯。

8.如权利要求7所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，其特征在于：所述磁化器内部每根磁棒的N、S极为沿轴向长度方向上下排列，磁棒的上半部对齐，使其上半部的N、S极自进口至出口交替排列，磁棒串联后插入不锈钢管内，组成环隙型磁化通道。

9.如权利要求5所述的利用磁场处理后的水清洗出水文物的装置，其特征在于：对文物进行清洗的过程中，通过调节流量调节阀门使水在磁化器内的流速为1-3m/s。