[发明专利]利用再生铁红制备微米级超细铁粉的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于冶金制粉领域，具体是指一种利用再生铁红制备微米级超细铁粉的方法及其装置。

背景技术

一般把粉末粒径小于10μm，大于1μm的称为低微米超细粉；把粒径小于1μm，大于0.1μm的称为亚微米超细粉，两种都属于微米级超细粉。一般来说，理想的微米级超细粉应具有以下特点：(1)粉末粒子大小尽量满足特定应用性能的要求；(2)粉末粒度分布范围窄；(3)无凝聚；(4)含氧量低，化学成分均一等。微米级超细铁粉由于体积和表面积的变化，将会使其产生明显的体积效应和表面效应。而正因为微米级超细铁粉的体积效应和表面效应，它具有特殊的电、磁、光以及催化、吸附和化学反应性，己广泛应用于制造高性能的粉末冶金注射成型零件、铁粉芯功能材料、催化剂、焊接材料等领域。

通过对国内外的文献资源进行检索，查阅到微米级超细铁粉的制备方法包括化学还原法以及机械粉碎法。化学还原法中常用的比如气相还原法，气相还原法一般是将FeCl₂等铁盐在高温下蒸发，然后用H₂或NH₃还原剂进行还原来制备超细铁粉。反应过程分为铁盐脱水、蒸发以及气相还原三个步骤。气相还原法中铁瞬间成核，成核温度低，铁粉粒径小，粒度分布集中，可以生产出质量较高的纳米级超细铁粉。但因其在气相时反应，反应过程精细，容易受装置等的影响，稳定性不好，难以大批量生产。上海大学开发的一种制备微米级铁粉的方法，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。但是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，成本高、产量有限。钢铁研究总院开发的流化床法生产超细铁粉，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。但还原完成后需关闭还原气体，将铁粉吹出储存，不能很好的实现连续式生产。而且，由于流化床法生产时需要高压氢气，设备复杂，安全性差。此外，羰基法生产超细铁粉时由于需要较高的压力，并且羰基有毒，生产工艺复杂，控制难度大，因此，羰基铁粉成本高，产量低。

综上所述，现有的微米级超细铁粉制备方法，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和推广应用。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种利用再生铁红制备微米级超细铁粉的方法及其装置，本发明生产出的微米级超细铁粉性能好，易于控制，可以实现连续生产，而且装置结构简单，成本低。

本发明的技术方案如下：一种利用再生铁红制备微米级超细铁粉的方法，其步骤包括：先向还原炉管内通入保护气体，再采用冷轧酸洗过程中回收的再生铁红作为原料，将原料输送至还原炉管后，逆向通入还原气体；通过还原炉管内螺旋叶片的转动，使原料与气体在还原炉管内的加热段充分接触，将再生铁红还原成微米级超细Fe；反应完成后，Fe通过气流筛分器输出储存。

优选的，还原气体主要成分为H₂和CO，还原气体流量控制每分钟0.2～0.5m³，还原气体进口压力控制在0.2～0.4MPa；保护气为氮气，正常生产时流量控制在还原气体流量的1/10～1/5；螺旋叶片的转速控制在2～10r/min。

优选的，所述冷轧酸洗过程中回收的再生铁红中Fe₂O₃含量大于98.0％，粒径范围为0.5～10μm。

优选的，所述加热段的反应温度为260～600℃，反应时间在15～40min。

一种为实现上述方法而设计的利用再生铁红制备微米级超细铁粉的装置，包括筒形结构的还原炉管，其特征在于：

所述还原炉管的一端外壁上部设置有进料口，所述还原炉管的另一端外壁下部设置有出料口，所述还原炉管对应于出料口的一端设置有还原气体进气口和惰性气体进气口，所述还原炉管对应于进料口的一端设置有尾气出口；

所述还原炉管内沿轴向设置有螺旋输送机构，所述螺旋输送机构具有旋转轴和设置在其上的螺旋叶片，所述旋转轴对应于进料口的一端伸出还原炉管与驱动电机相连，从而带动螺旋输送机构运转；