CN1023935C - 以炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体材料的方法 - Google Patents

Abstract

以炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体的方法属于炼钢平炉尘的利用和生产硬磁铁氧体材料的方法。是利用炼钢平炉尘(号称炼钢红龙)作为原料经原料分析、氧化铁变价处理、干粉配料、湿磨混合、预压成型、烧结和粉碎球磨而制备硬磁铁氧体材料作为终端产品的方法。既是有效的对炼钢红龙治理的方法，又是利用低价的平炉尘为原料的硬磁铁氧铁生产方法。该方法简单易行，可就地取材就地加工，无二次污染，无腐蚀的方法，产品市场广阔，是非常有工业推广价值的理想方法。

Description

本发明涉及炼钢平炉尘的利用和生产硬磁铁氧体材料的方法。

生产硬磁铁氧体材料传统的方法是以铁磷和原矿产品铁红为原料，其中以铁磷为原料的工艺流程是：铁磷的处理（清洗）-铁磷的粉碎-预压-一次预烧-粉碎球磨-硬磁铁氧体粉料。这种生产方法尽管有其长处，但存在场地分散、工艺复杂、需要大量的能源和清洗设备，造成二次污染等诸多弊端。从治理公害的角度也有人提出过一些方法。经国内外文献检索，尚未发现用炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体材料的记载，但与本发明有关的如CN86103643、CN86106586、CN86108450等项专利关于利用炼钢烟道灰制备铁红及铁黑的方法，它们在工艺处理及其产品目的与本发明均不相同，况且生产工序要经过繁锁的化学处理与合成反应，及磁选等，不但带来二次污染，质量不高，产品市场用量有限，而且对平炉尘的处理量也是有限的，因而不能彻底解决大量的散之成灾、积之有害的平炉尘的治理和综合利用。

本发明的目的是提供一种利用炼钢平炉尘（号称炼钢红龙）生产硬磁铁氧体材料为终端产品的方法，这种方法工艺简单、节省大量的清洗和初粉设备，又能有效地解决治理炼钢厂的这一巨大公害。

本发明的要点是利用炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体，并对其原料进行物相鉴定及杂质分析等，经过变价处理使氧化铁的异构体转化成α-Fe₂O₃然后转入硬铁氧磁体制备工艺，即经干粉配料、湿磨混料、脱水干燥、预压成型、第一次烧结再经磨碎成粉料、颗粒检查后获得单相组成的硬磁铁氧体材料，其分子式为B_aFe₁₂O₁₉或SrFe₁₂O₁₉M型的钡。硬磁铁氧体，反应过程如下：

变价处理阶段：

预烧和烧结阶段：

所得单相组成的硬磁铁氧体材料二次粉碎球磨再分别经烘干造粒、加压成型烧结后为同性磁体;其湿磨浆料经过磁场成型再烧结后得到异性磁体。

图1为以炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体材料及其磁件的工艺流程示意图。

发明人对我国著名鞍山钢铁公司的平炉尘作了全面系统研究分析后，利用本发明的方法反复试验认为可以就地取材就地投产、并对环境无二次污染，对设备无腐蚀能够生产出合格的硬磁铁氧体材料。下面结合利用鞍钢的平炉尘生产硬磁铁氧体材料的实施例对本发明作进一步的说明：

1.原料分析：

首先要了解收集的平炉尘原料的组成及氧化铁的物相，以确定转化工序的控制条件，例如温度和氧的用量。表1为鞍钢平炉尘分析结果，其中含铁（Fe）为69.27%，主晶相为Fe₃O₄，次晶相为Fe₂O₃，并含痕量FeS。

2.变价处理：

此工序的功能是把Fe₃O₄氧化转化为Fe₂O₃，以及FeS杂质形成SO₂被除掉。变价处理是在回转窑或吹氧沸腾床中进行，为达到转化深度在98%以上，控制转化温度一般在800-950℃之间，转化时间为1-3小时，其Si，S，K，Ca，等总杂质在3%以下。转化深度除控制其转化温度、时间、氧气量以外，随时观察颜色的变化，由原来的土褐色

（棕色发土），变成棕红色。

3.物相分析：

变价处理后其物相情况要经过分析，主晶相Fe₂O₃应达到95%以上，FeS基本清除。

4.干粉配料：

按硬磁铁氧体要求选择配方，例如：

根据经验可取BaO∶Fe₂O₃≈1∶5.6～5.9（摩尔比），并在配料中加入1%左右的添加剂以加速离子扩散，促进固相反应，改善烧结情况。本发明采用高岭土为添加剂，并可参照杂质含量调节添加剂的用量。

5.湿磨混料：

一次球磨混料时加入一定量要求的水，但与以往的水洗工序不同，一部分杂质即可溶解于水（例如K、Na等盐类），随水可被排出，同时可防止球磨中升温，提高混磨效率，使配好的原料能均匀的混合。球磨时间一般为15～20小时，其料：水∶球＝1∶10∶2（体积比），钢球大小数量比例为大（φ40±2）∶中（φ30±2）∶小（φ20±2）＝20∶30∶50，钢球的硬度应在HR_C＞55，因而钢球的材料应以轴承钢为佳，其小球应更硬些。所用水质一般要求氯离子含量不高于0.1%～0.006%，一般采用深井水即可。

6.脱水干燥：经湿磨后的浆料放入储存罐中静止分层排除水分，然后在80℃左右烘干2小时，此时的配料应为润湿状，以便预压成型。

7.预压成型：

为增强预烧中的固相反应将脱水后的配料压成毛坯块或滚成球形，其厚度或直径在5-10mm为宜，成型压力在100kg/Cm²以上。

8.第一次烧结：

预压成型的毛坯料仅仅是按一定比例的机械混合物，烧结的目的是使坯料在高温下发生固相反应。烧结经升温、保温、降温三个阶段，升温时间3-4小时至1250-1300℃，然后保温4-5小时后采用自然降温方式至常温。

9.粉碎球磨（湿磨）：

为二次球磨。经烧结后的坯料尺寸大、质地硬，其中的晶粒分布不均，为便于产品成型，产生适宜的活性，固相反应完全，将烧结后的坯料再进行加工粉碎。二次球磨可分为粗磨和细磨两步进行。细磨时的料∶水∶球＝1∶1.2∶2.3。为便于钢球运转，球磨罐内不宜装得太满，一般不宜超过罐容量的70%。

10.颗粒的检查：

为制备高矫顽力的磁性材料，应避免缺陷和应力，寻求得到晶粒完整的单畴颗粒。试验证明细磨后的粒度为0.9～1.2μm之间最好，球磨后的物料用粒度计作宏观检查，并作微观的形貌观察。

以上工序得到硬磁铁氧体的粉料。按不同应用范围可将该粉料加工成同性磁件和异性磁件，其工艺过程是：

Ⅰ.同性磁件：

为使同性磁件加压成型效果好，采用加入10%聚乙烯醇水溶液作为粘合剂使烘干的粉料再次形成小于0.1～1mm左右的粒状即烘干造粒后进入下一步加压成型，再经1200～1350℃高温烧结而成同性磁件。

Ⅱ.异性磁件：

将细磨所得粉料加入粘合剂调成浆料之后为得到具有一定强度、密度和取向一定要求的坯料，采用湿式磁场成型，再经高温烧结成为异性磁件。烧结温度同上所述仍须经升温、保温、降温等过程。

本发明所提供的以炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体材料的方法，工艺简单易行，可节省大量的清洗设备和初粉装置，所生产的硬磁铁 氧体为直接终端产品，其产品质量好，用途广泛，表2为使用本发明的方法所生产的硬磁铁氧体的性能测试及对比情况。硬磁铁氧体材料是电机、电器的一些元器件必不可少的材料，是炼钢厂变废为宝开发和综合利用的好方法。为治理炼钢平炉尘对环境的严重污染，利于炼钢厂的生产，可就地取材、就地投产，例如鞍钢每年可收集10万吨平炉尘，若利用本发明的方法不但可以全部利用，而且可以生产出数量可观的硬磁铁氧体。由此可见，本发明为彻底治理炼钢平炉尘，造成的严重公害，创造了良好的物质基础，同时在工业上使炼钢厂还能成为我国生产低成本的硬磁铁氧体材料的基地，并可进入国际市场，因此本发明实属理想的综合利用和治理公害的好方法。

表1

分析方法    XPS能谱分析    化学分析    物相分析

原料组别    （以氧化铁计）    （X射线法）

元素 含量WT% Fe的含量以 主晶相：Fe₃O₄

鞍钢炼钢 SiK 0.86 Fe₂O₃计算 次晶相：Fe₂O₃

SK 0.48 Fe₂O₃99.06% 痕量：FeS

平炉尘    KK    0.39    其中：

CaK    0.38    Fe为69.29%

MnK    0.51

FeK    97.40

…………

100.00

SiK 0.69 以Fe₂O₃计算： 主晶相：α-Fe₂O₃

SK 0.58 Fe₂O₃99.06% 微量：Fe₃O₄

变价转变    KK    0.35    其中：

后的平炉    CaK    0.35    Fe为69.29%

MnK    0.48

尘    FeK    97.53

…………

100.00

表2

测试项目 原料 铁氧体 Br（GS）_BH_C（Oe）（BH）_max（MGO_e）

磁体类型

同性铁氧体 平炉尘 BaFe₁₂O₁₉2070 1680 0.91

同性铁氧体 铁鳞 BaFe₁₂O₁₉＞2000 ＞1800 ＞0.85（Y₁₀T）

异性铁氧体 （BH）_max一般为同性磁的4倍

Claims (1)

1、以炼钢平炉尘为原料生产硬磁铁氧体的方法，其特征是，包括以下步骤：首先对原料的含铁量、晶相及杂质进行的原料分析工序；然后经800～950℃1～3小时使Fe₃O₄转化为Fe₂O₃的变价处理工序和物相分析：按BaO∶Fe₂O₃≈1∶5.6～5.9(摩尔比)的比例选择BaO并加入约1%(如高岭土)的添加剂进行干粉配料；之后按料∶水∶球=1∶10∶2(体积比)加入氯离子含量不高于0.1%～0.006%的水，进行湿磨混料；再将配料静止排水后置80℃左右烘干2小时进行脱水干燥过程；润湿状的配料在100Kg/cm²以上的压力下使其预压成型厚度或直径为约5～10mm的坯块；坯料经3～4小时内升温至1250～1300℃，保温4～5小时后，自然降温至常温的浇结工序；再经粉碎球磨，颗粒检查，得到0.9～1.2μm(最佳)粒度的硬磁铁氧体粉料。

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