[发明专利]低成本制备超细铁粉的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本制备超细铁粉的方法，属于超细粉体制造技术领域。

背景技术

超细铁粉通常是指颗粒粒径小于10 μm的铁粉，与普通铁粉相比，具有非常大的比表面积，极高的反应活性，以及独特的光、电、磁等性能，是一种高附加值的功能粉体材料。近年来，超细铁粉已广泛应用于制造高性能的粉末冶金零件，随着超细铁粉逐步应用到磁性材料、催化剂、药性焊丝等领域，超细铁粉的市场需求不断扩大，价格高出普通铁粉3~5倍，具有良好的经济效益。因此，许多研究者都致力于超细铁粉制造方法的研究。

通过冶金工业信息标准研究院对国内外的文献资源进行检索，查阅到的超细铁粉制备方法包括高能球磨法、真空蒸发法、溅射法、羰基法等。日本激光物理研究所以FeCO₅为原料，采用脉冲红外线激光高温分解的方法制备颗粒直径为1～100 nm纳米级超细铁粉的工艺及制备方法，该方法制备的超细铁粉颗粒尺寸小，性能优异，但原料价格高且需要脉冲红外线激光，难以实现批量生产。沈阳工业大学采用直流电弧等离子体法连续制备超细铁粉，虽然提高了产率，但设备昂贵，导致成本高。上海大学开发的一种微米级铁粉的制备方法，是将Fe₂O₃粉末经过研磨、烘干、加热、还原，最终得到粒度为0.28～3μm的铁粉，该方法前工序需要将普通Fe₂O₃粉末进行球磨和烘干处理，导致工艺流程增加，而且只能间断式生产，因而产量有限。

综上所述，现有的超细铁粉制备方法，由于原料价格高、设备复杂、反应条件苛刻或不能连续生产等诸多原因，难以实现大规模工业化生产，目前还没有开发出一种低成本制备超细铁粉的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有超细铁粉制备方法存在原料价格高、设备复杂、反应条件苛刻或不能连续生产等问题，本发明提供一种低成本制备超细铁粉的方法，实现低成本、连续、批量生产超细铁粉。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种低成本制备超细铁粉的方法，其特征在于：使用钢铁厂回收提纯的铁红作原料，其Fe₂O₃含量大于99%、粒径范围为1000目～5000目；原料经加料装置从流化床上部输送给流化床，供气装置从流化床底部通入还原气和保护气，气体经流化床内的气体分布板后使原料流化；同时搅拌装置通过流化床内的桨叶转动改善原料的流化状态，增强气固接触，提高反应效率；加热装置使流化床内温度达到还原温度，之后，流化床内开始还原反应，Fe₂O₃被还原成Fe；还原完成后，关闭还原气体，增大保护气的流速，气速超过终端速度后，铁粉从上部被吹出流化床并进入分离装置，对经过分离后的产品进行储存，并同时对分离出的尾气进行处理。

按上述技术方案，所述的流化床由不锈钢管焊接制造并竖直设置，床体顶端用法兰连接，并用耐热胶垫密封，床体中部焊接气体分布板，分布板采用金属烧结网；电机安装在流化床顶部，电机转轴连接搅拌桨，搅拌桨的连杆穿过流化床顶端的中心孔伸入床内，搅拌桨底端靠近分布板；流化床底部的进气口接供气装置；流化床安装在电炉的炉膛正中央，电炉加热时保证床内温度均匀。

按上述技术方案，所述的还原气为工业煤气，主要成分为H₂和CO；保护气采用氮气。

按上述技术方案，铁粉被吹出流化床后进入旋风分离器，在旋风分离器中气体和固体发生分离，铁粉从旋风分离器下端被输送至储存装置冷却并储存，尾气从上端排气口经布袋除尘后排出。

按上述技术方案，还设置有控制系统对加料量、气体流速、搅拌转速、加热温度和加热时间进行调节，保证流化床内还原过程连续稳定进行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明采用钢铁厂回收提纯的铁红作原料，原料来源充足，且该原料颗粒粒径尺寸为微米级，颗粒粒径小，从而省去了传统方法中球磨工艺，有力地降低了原料成本。

（2）本发明设计并制造了一套带搅拌的流态化还原装置，整套装置结构简单，易于操控，在流化床中加入搅拌，通过搅拌促进原料颗粒的流态化，增强了气固接触，提高了反应效率；同时，保证原料在还原温度下维持流化状态，反应效率高，反应时间短，生产成本低。同时通过螺旋加料器自动加料、高速气体吹出铁粉和旋风分离器分离铁粉，实现了超细铁粉的连续制备。本发明真正实现了低成本、连续、批量生产超细铁粉，经过设备放大后，利用该方法可实现超细铁粉的大规模工业化生产。