CN106381380A - 氧化铁皮的氧化处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10‑120目；(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒进行酸化处理，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在700℃‑900℃，时间为10分钟～4小时，然后取出得到产品。本发明的有益效果在于：通过粉碎提高了氧化铁皮的比表面，高温氧化时有利于提高氧化率；通过酸化处理，除去表面的部分铁氧化物，同时疏松了内层的铁质，有利于后续的高温氧化；经氧化处理后的氧化铁皮既可以通过铝热反应用于冶炼钢铁，也可以用于铝热焊。

Description

氧化铁皮的氧化处理工艺
技术领域
本发明涉及一种氧化铁皮的氧化处理工艺。
背景技术
钢材锻造和热轧热加工时，由于钢铁和空气中氧的反应，常会形成大量的氧化铁皮，造成堆积，浪费资源。如果对这些资源合理利用，可以降低生产成本，同时可以起到环保节能作用。
氧化铁(常见形态有叶状、片状、颗粒状、粉状)的形成过程也是氧和铁两种元素的扩散过程，氧由表面向铁的内部扩散，而铁则向外部扩散。外层氧的浓度大，铁的浓度小，生成铁的高价氧化物；内层铁的浓度大，而氧的浓度小，生成氧的低价氧化物。所以氧化铁皮的结构是分层的。氧化铁皮的主要成分是Fe、Fe2O3、Fe3O4、FeO，一般氧化铁皮有四层，氧化铁皮最外层为Fe2O3，中间为Fe3O4，再里面为FeO，最里面是Fe。
氧化铁皮中铁被氧化的程度通常称之为氧化率或者含氧量，氧化铁的含氧量(氧化率)的高低，直接影响其工业应用价值，诸如用于铝热反应原理的焊接剂。
铝热反应是铝与某些金属氧化物(如三氧化二铁、氧化铜、三氧化二铬、二氧化锰等)由一定的温度诱发反应，因为铝的亲氧性，夺取氧化金属中的氧，而生成氧化铝，并置换出氧化金属中的金属的一种氧化还原反应。由于氧化铝的生成焓(-1645kJ/mol)[1]极低，故反应会放出巨大的热，使生成的金属以熔融态出现。冷却结束后，可看见被还原的金属，该金属可收藏或再使用。目前铝热反应的应用包括：1、修补损坏的钢质工件；2、冶炼难熔的金属；3、熔融焊接钢质工件(通过铝热焊焊接钢轨等大截面钢材部件)。
铝热焊是指焊接时，预先把待焊两工件的端头固定在铸型内，然后把铝粉和氧化铁粉混合物(称铝热剂)放在坩埚内加热，使之发生还原放热反应，成为液态金属(铁)和熔渣(主要为Al2O3)，注入铸型。铝热焊具有设备简单、使用方便、不需要电源等特点，常用于钢轨、钢筋和其他大截面工件的焊接。
铝热焊的主要反应为Fe3O4+Al→Fe+Al2O3，该反应能产生2300-2800℃的高温，使工件在模具中经历固态——液态——固态，从而实现焊接的目的。但是普通的氧化铁皮其氧化率较低，只有10％-20％(该比例的Fe转化为铁氧化物)，不能满足上述反应所需的氧化率，(上述铝热焊反应的氧化率需要40％以上)，因此需要对氧化铁皮进行深层的氧化。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种氧化铁皮的氧化处理工艺，可以对氧化铁皮进行深层次的氧化，以使之适应冶炼铁金属和铝热焊的要求。
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒进行酸化处理，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在700℃-900℃，时间为10分钟～4小时，然后取出得到产品。
优选地，步骤(2)的酸化处理时间为10分钟～5小时。
优选地，步骤(2)的酸化处理时间为2小时。
优选地，步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。
优选地，所述的氧化炉采用沸腾炉。
优选地，所述的氧化炉采用回转炉。
优选地，步骤(2)中将氧化铁皮粉粒放入浓度为5％-25％的稀盐酸内，处理时间为10分钟～5小时。
本发明的有益效果在于：
(1)通过粉碎提高了氧化铁皮的比表面，高温氧化时有利于提高氧化率；
(2)通过酸化处理，除去表面的部分铁氧化物，同时疏松了内层的铁质，有利于后续的高温氧化；
(3)经氧化处理后的氧化铁皮既可以通过铝热反应用于冶炼钢铁，也可以用于铝热焊。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。
实施例1
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为25％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在800℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为0.5小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用沸腾炉。
实施例2
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为50-80目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为10％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在750℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为1小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用沸腾炉。
实施例3
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10-50目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为5％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在800℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为4.0小时。步骤(4)的高温氧化在回转炉中进行。
实施例4
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为50-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为10％的稀硝酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀硝酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在700℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为1.5小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用回转炉。
实施例5
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为80-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为10％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在800℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为2.0小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用沸腾炉。
实施例6
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为50-80目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为10％的稀硝酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀硝酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在700℃，时间为3小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为1.0小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用回转炉。
实施例7
一种氧化铁皮的氧化处理工艺，包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为70-100目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为20％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在900℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
步骤(2)的酸化处理时间为3.0小时。步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。所述的氧化炉采用沸腾炉。
比较实验例
本实验采用热重分析法来测量氢气还原氧化铁的反应前后重量，从而得出氧化铁的氧化程度。
首先用高精度的电子天平对试样反应前的质量进行测定,然后采用北京光学仪器厂FRC/T22型微机差热天平测定反应过程中试样的质量变化。
实验步骤如下：首先将一定量一定粒度的氧化铁皮粉末(10mg)放入氧化铝坩锅内，然后将此坩锅放入差热热重分析仪中固定位置，通入氩气(流量为50mL/min),排出反应器内的空气；一定时间后切换还原气体氢气(流量为50mL/min),开始升温,升温速率为80℃/min；温度从室温到达600℃后,恒温一定时间(15分钟内试样重量不再变化视为反应结束),再用氩气切换还原气体，直至样品完全冷却后,关闭氩气，取出样品。
设氧化铁皮试样的初始质量W0,反应结束后的试样质量为W1，则氧化铁皮中氧元素与铁元素的摩尔数之比＝(W0-W1)*56/(W1*16),采用该摩尔数之比来衡量氧化铁皮的含氧量(对于三氧化二铁，n(O)/n(Fe)＝1.5；对于四氧化三铁，n(O)/n(Fe)＝1.33；对于氧化亚铁，n(O)/n(Fe)＝1；对于铁，n(O)/n(Fe)＝0。)
将未进行氧化处理的氧化铁皮、实施例1-7经过了氧化处理的氧化铁皮按上述方法进行氢气还原反应，通过热重分析计算得到氧元素与铁元素的摩尔数之比如下表1所示：
表1
由表1数据可以看出，经过本发明氧化处理后的氧化铁皮氧化率有了大幅提高，拓宽了氧化铁皮的应用范围。

Claims (9)

1.一种氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒进行酸化处理，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，氧化温度控制在700℃-900℃，时间为20分钟～4小时，然后取出得到产品。
2.根据权利要求1所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：步骤(2)的酸化处理时间为10分钟～5小时。
3.根据权利要求2所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：步骤(2)的酸化处理时间为2小时。
4.根据权利要求1所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：步骤(4)的高温氧化在氧化炉中进行。
5.根据权利要求4所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：所述的氧化炉采用沸腾炉。
6.根据权利要求4所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：所述的氧化炉采用回转炉。
7.根据权利要求1所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：所述的酸化处理采用盐酸或硝酸。
8.根据权利要求7所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：步骤(2)中将氧化铁皮粉粒放入浓度为5％-25％的稀盐酸内，处理时间为10分钟～5小时。
9.根据权利要求1所述的氧化铁皮的氧化处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)首先将氧化铁皮粉碎成粉粒，使其粒径大小为10-120目；
(2)将粉碎后的氧化铁皮粉粒放入浓度为25％的盐酸内，除去部分铁氧化物的同时疏松铁质，酸化处理时间为0.5小时；
(3)取出稀盐酸内的氧化铁皮粉粒并用水清洗、沥干；
(4)将沥干后的氧化铁皮粉料进行高温氧化，高温氧化在氧化炉中进行，所述的氧化炉采用沸腾炉，氧化温度控制在800℃，时间为2小时，然后取出得到产品。
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