DE1758075C - Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur wachsen. Außerdem wird angenommen, daß einige Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion von der kleineren beigemischten Eisenkristalle mit dem Eisen(Il)"Chlorid mit heißem Wasserstoff und an- Chlorwfvsserstoffgas reagieren und als EisendI)-chlorid schließender Zerkleinerung des bei der Reduktion verdampft werden. Nach anschließender Reduktion anfallenden Eisenschwamms. 5 wUrde dieses Eisen auf den größeren, Testen Eisen-Verfahren zur Herstellung von Elsenpulver sind kristallen abgelagert werden. Man kann beobachten, in den USA.-Patentschriften 3 258 332 und 3 244 512 daß die kleineren Kristalle des beigemischten Eisens beschrieben. Bei diesen bekannten Verfahren wird dazu neigen, wahrend der Reduktion zu verschwinden Eisen(II)-chlorid mit heißem Wasserstoff umgesetzt, und daß die größeren Kristalle weiter wachsen. In um es in die Form von Eisenschwamm zu reduzieren. io jedem Fall sind die Kristalle des gemliß der Erfindung Der Schwamm kann dann unter Verwendung üblicher gewonnenen Eisenproduktes größer als in dem Fall, Maßnahmen, beispielsweise einer Hammermühle, in wenn während der Reduktion keine Eisenteilchen Pulverform zerkleinert werden. Die entstehenden beigemischt werden. Als Folge dieses Kristallwachs-Teilchen enthalten Agglomerate sehr kleiner Eisen- 'turns tritt eine Vergrößerung der offensichtlichen kristalle. Allgemein gesagt besitzt das Produkt eine 15 Dichte und eine Verbesserung des Fließvermögens ein. Scheindichte von etwa 1,5 g je Kubikzentimeter und Es besteht die- Möglichkeit, bei der Anwendung fließt beim Einbringen in ein Hall-Fließmeßgerät der Erfindung als Teil eines großtechnischen konzur Messung der Fließeigenschaften nach der ASTM. tinuierlichen oder periodisch arbeitenden Verfahrens Methode B 213-48 überhaupt nicht. zur Herstellung von Eisenpulver als Rohmaterial

Für eine wirtschaftliche Anwendung auf bestimmten 2° beispielsweise Eisenkonzentrat oder Schrott zur AnGebieten dei Pulvermetallurgie muß Eisenpulver wendung zu bringen. Ein derartiges Verfahren ist eine Scheindichte von etwa 2,0 bis 3,0 g je Kubik- in den U SA.-Patentschriften 3 258 332 und 3 244 512 Zentimeter und einen Hall-Fließmeßwert von etwa beschrieben. Es besteht darin, daß man das Roh-60 Sekunden oder weniger aufweisen. So werden z. B. material mit einer Salzsäurelösung auslaugt und große Mengen Eisenpulver zur Herstellung von 25 Eisen(II)-chlorid in hydratisierter Form aus der Aus-Preßteilen verwendet, wobei die Pulver eine hohe lauglösung auskristaliisiert. Die gewonnenen Kristalle Scheindichte aufweisen müssen, um die erforderliche können anschließend in eine Form, wie beispielsweise Form und die Vorschublänge der verdichtenden hy- Fe Cl₂ ■ 2H₂O dehydratisiert werden, wobei sie nicht draulischen Presse klein zu halten. Außerdem sollte in ihrem eigenen Hydratwasser schmelzen. Es wurde das Pulver frei fließen, um die Hohlräume der Form 30 gefunden, daß Eisenpulver, das aus den Stufen der vollständig auszufüllen. Reduktion mit heißem Wasserstoff und der Zer-

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, kleinerung im Kreislauf zurückgeführt wurde, als

die Scheindichte und Fließfähigkeit von Eisenpulvern, Beimischungskomponente bessere Ergebnisse zeitigt

die aus brikettiertem Eisen(II)-chlorid durch Re- als andere Quellen von Eisenpulver, die untersucht

duktion mit heißem Wasserstoff hergestellt werden, 35 wurden,

zu erhöhen. Der Zusatz von Eisen ist nur innerhalb bestimmter

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, Bereiche zur Vergrößerung der Kristalle des fertigen

daß vor der Brikettierung dem Eisen(II)-chlorid Eisen- Eisenproduktes vorteilhaft, nämlich zwischen 20 und

pulver in einer Menge von 20 bis 70%, bezogen auf 70%, bezogen auf das Gewicht des in dem Gemisch

den Gesamteisengehalt der zu brikettierenden Mi- 40 vorhandenen Eisens. Wenn die beigemischte Eisen-

schung zugesetzt wird. Vorzugsweise wird hierzu menge kleiner als etwa 20%, bezogen auf das Gewicht

im Kreislauf geführtes Eisenpulver verwendet. des in dem Gemisch vorhandenen Eisens, ist, sind

Das durch Reduktion und Zerkleinerung dieses die Verbesserungen hinsichtlich Scheindichte und

Gemisches hergestellte Pulverprodukt besitzt, wie Fließvermögens klein und wenig interessant. Wenn

gefunden wurde, eine höhere Scheindichte und bessere 45 die Menge größer als etwa 70 Gewichtsprozent ist,

Fließeigenschaften als das der Fall ist, wenn reines neigt das Pulver dazu, zu körnig zu werden, und die

Eisen(II)-chlorid reduziert und zerkleinert wird. Festigkeit der aus dem Pulver hergestellten grünen

Vor der Beschreibung des'Verfahrens gemäß der (rohen) Preßlinge kann in schädlicher Weise beErfindung soll zunächst eine mögliche Deutung einträchtigt sein. Beimischungen von etwa 30 bis der Rolle gegeben werden, die das vermischte Eisen 50 50 Gewichtsprozent Eisenpulver erbringen normalerin der Stufe der Reduktion mit heißem Wasserstoff weise die besten Ergebnisse.

spielt, die jedoch im einzelnen noch nicht restlos Es wurde gefunden, daß die physikalischen Eigenaufgeklärt ist. schäften des Eisenproduktes durch folgende Faktoren

Es wird angenommen, daß während der Reduktion in einem begrenzten Ausmaß beeinflußt zu werden

von Eisen(II)-chlorid mit heißem Wasserstoff das 55 scheinen:

Eisen(II)-chlorid verdampft wird. In diesem Stadium 1. Reduktionstemperatur
reagiert das Eisen(II)-chlorid mit Wasserstoff unter

Erzeugung von Eisen und Chlorwasserstoffgas. Etwas Je höher die Temperatur in dem Reduktionsvon dem Eisen scheint sich in Form von »Keimen« reaktor ist, desto größer wird die Menge an Chlorniederzuschlagen, worauf der Rest des Eisens unter 60 wasserstoffdampf sein, die in dem Reaktor beim Bildung allmählich wachsender Kristalle abgelagert Gleichgewicht vorliegen kann. Das führt zu einer wird. Gemäß der Erfindung werden Eisenpulverteil- größeren Wiederablagerung von Eisen und zu einem chen zusammen mit dem Eisen(II)-chlorid während erhöhten Kristallwachstum,
der Reduktion erzeugt. Es wird angenommen, daß _{2 Die Größe der im} Kreislauf zurückgeführten
die »beigemischten« Eisentdlchen als »Kenne« wirken. 65 _Tei,_{chen und deren Größenverteilung}
Demzufolge wurde mindestens ein Teil des verdampften Eisens sich auf den beigemischten Eisen- Allgemein gesagt sind die Eisenteilchen, die er-Wristallen absetzen, worauf diese Kristalle anschließend zeugt werden, wenn große Eisenteilchen beigemischt

IO

werden, größer als die Teilchen, die erzeugt werden, wenn Feine Teilchen beigemischt werden. «

3, Die HomogoniUit des Mischens

Die Agglomerierung der beigemischten Teilchen in dem Brikett scheint die gleiche Wirkung zu haben wie die Zugabe großer Teilchen.

4. Die Größe und die Größenverteilung der Eisen(Il)-chloridteilchen und die offensichtliche Dichte
des im Kreislauf zurückgeführten Eisenpulvers

Die genaue Wirkung jedes der vorstehenden Faktoren ist schwierig zu skizzieren. Sie wurden lediglich als Paktoren aufgeführt, die, wie Beobachtungen ergeben haben, einige geringere Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften des Produktes bewirken, wenn sie variiert werden.

Nachdem die beizumischende Eisenpulvermenge bestimmt wurde, wird sie sorgfältig mit dem Eisen(II)-chloridpulver, das reduziert werden soll, vermischt. Ein geeignetes Verfahren zum Vermischen besieht in der Anwendung eines Schaufelmischers bei einer Verweilzeil von 5 bis 15 Minuten.

Es ist erforderlich, das Gemisch in der Reduktionszone in einer Form vorzusehen, die einen leichten Zu- gang des heißen Wasserstoffgases zu allen Teilen des Gemisches zu deren vollständiger Reduktion erlaubt. Es wurde gefunden, daß die Einbringung des Gemisches in die Zone in Form von Briketts die Erfüllung dieser Forderung am besten sicherstellt. Miteinander verbundene Hohlräume zwischen den Briketts erzeugen Kanäle, durch welche das Gas leicht fließen kann. Das Gemisch kann unter Verwendung einer üblichen Ringwalzenpresse brikettiert werden. Briketts, die weniger als 20 g wiegen, sind, wie gefunden wurde, für die Zwecke der Erfindung geeignet.

Die Briketts können in einen Reaktor gebracht und heißer, auf etwa 700 bis 800⁰C vorerhitzter Wasserstoff über sie während einer Zeitdauer fließen gelassen werden, die ausreicht, um im wesentlichen das gesamte Eisen(II)-cnlorid zu Metall zu reduzieren. Die Fließgeschwindigkeit wird vorzugsweise durch Aufrechterhaltung des Partialdruckes von Chlorwasserstoff unterhalb des Gloichgewiohtswerles geregelt.

Nach der Reduktion wird das Eisenschwammprodukt in Pulverform zerkleinert. Eine Hammermühle ist eine bekannte Vorrichtung, die zu diesem Zweck geeignet ist.

Das hergestellte Eisenpulver kann mehr als einmal im Kreislauf zurückgeführt werden, wenn ein Reduktionszyklus nicht zur Erzeugung eines Pulvers mit der gewünschten offensichtlichen Dichte ausreichend ist. Die offensichtliche Dichte des Produktpulvers wird mit jedem Rückführzyklus erhöht,

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einiger Beispiele näher erläutert. *

Beispiel 1

1000 g technisch reines Eisen(II)-chloriddihydratpulver, dessen im wesentlichen alle Teilchen eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,42 mm haben, wurden zu zylindrischförmigen Briketts mit einem Durchmesser von 2,54 cm und einer Dicke von 1,27 cm unter Anwendung eines Druckes von etwa 1 Tonne je 6,45 cm² gepreßt. Die entstehenden Briketts wurden in ein geschlossenes, rostfreies Stahlrohr mit einem Durchmesser von 10,16 cm gebracht. Heißer Wasserstoff wurde in das Rohr bei einer Einlaßtemperatur von 750° C eingeleitet und bei einer Geschwindigkeit von 1,132m³ je. Stunde über die Briketts 1 Stunde lang fließen gelassen. Nach Abkühlenlassen des Wasserstoffs auf Raumtemperatur wurden die Briketts geprüft, und es wurde gefunden, daß sie zum metallischen Zustand reduziert worden waren.

Die Briketts wurden dann durch Einführen in eine 12,7-cm-Hammermühle, die mit 3000 Umdrehungen je Minute rotierte, zerkleinert. Das entstehende Pulver wurde in einem Hall-Fließmeßgerät gemäß der ASTM-Methode B 213-48 untersucht, um dessen Fließeigenschaften zu bestimmen. Außerdem wurden die offensichtliche Dichte und die Siebfraktionen bestimmt. Die dabei gefundenen Ergebnisse sind in folgender Tabelle aufgeführt:

Tabelle I Pulver Nr.

Fließgeschwindigkeit (Sek./50 g)	Offensichtliche Dichte (g/cm3)	Sieböffnung mm	0,149 6,2	Siebanalyse	0,074 10,1	0,063 4,9	1 0,044 18,3	<0,044 52,3
	1,52	Gewichts prozent zu rückgehalten	0,105 7,5

Beispiel 2

752 g von technisch reinem Eisen(II)-chloriddihydrat, dessen Teilchen im wesentlichen alle eine Größe entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,42 mm besaßen, wurden sorgfältig mit 248 g Eisenpulver (Nr. 121), erhalten durch Reduktion von F.isenillVchlorid mit heißem Wasserstoff, vermischt.

Das Mischen wurde so ausgeführt, daß das Eisenpulver gleichförmig in das Eisen(II)-chIoridpulver eingemischt wurde. Das Gemisch wurde in Briketts von zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 2,54 cm und einer Dicke von 1,27 cm unter Anwendung eines Druckes von etwa einer Tonne je 6,45 cm² gepreßt. Die entstehenden .Briketts wurden in ein geschlossenes, rostfreies Stahlrohr mit einem

Durchmesser von 10,16 cm gebracht. Heißer Wasserstoff wurde in das Rohr bei einer Einlaßtemperatur von 75O⁰C eingeleitet und bei einer Fließgeschwindigkeit von 1,132 cm³ je Stunde Über die Briketts 1 Stunde lang fließen gelassen. Naoh Abkühlen des Wasserstoffs auf Raumtemperatur wurden die Briketts geprüft, und es wurdo gefunden, daß sie zum metallischen Zustand reduziert worden waren.

Die Briketts wurden durch Einführen in eine 12,70-cm-HammerrnUhlc, die bei 3000 Umdrehungen je Minute rotierte, zerkleinert, Die Eigenschaften des Pulvers wurden wie im Beispiel 1 bestimmt.

Tabellen
Pulver 121-C-I

l'llcßgcsehwlndigkeU (Sck./50g)	OITcnsiclillichc Dichte (B/cm3)	Sicbnnalyse	Sieböffnung mm Gewichts prozent zu- , rückgehalten	0,149 32,1	0,105 18,1	0,074 13,1	0,063 5,4	0,044 IU	<0,044 19,8
52 Sekunden	1,95

Beispiel 3

Das gemäß Beispiel 2 hergestellte Pulver wurde im Kreislauf gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 2 zusätzlich dreimal im Kreislauf zurückgeführt. Tabelle 111 zeigt die Ergebnisse der 4 Zyklen.

Tabelle III
Pulver 121-C-4

Fließgeschwindigkeit (Sek./50 g)	Offensichtliche Dichte (g/cm3)	Siebanalyse	Sieböffnung mm Gewichts prozent zu rückgehalten	0,149 38,8	0,105 12,2	0,074 10,2	0,063 4,5	0,044 24,4	<0,044 9,6
37 Sekunden	2,49

Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, daß die offensichtliche Dichte und die Teilchengröße bemerkenswert ansteigen, wenn Eisenpulver mit Eisen(II)-chlorid vermischt wird und das Gemisch mit Wasserstoff reduziert wird. Zusätzlich werden die Fließeigenschaften des Pulvers verbessert. Diese Veränderungen der Pulvereigenschaften werden verstärkt, wenn die Arbeitsweise mehrere Male wiederholt wird.

Wenn Briketts aus reinem Eisen(II)-chlorid

duziert wurden, wurde festgestellt, daß die reduzierten Briketts sich während der Reduktion verformten und eine geringe Festigkeit besaßen. Nachdem Eisen in das Eisen(II)-chlorid eingeführt worden war, wurden aus dem Gemisch Briketts hergestellt und die Briketts in Wasserstoff reduziert. Es wurde festgestellt, daß dabei während der Reduktion nur geringe oder keine Deformierung auftrat und die reduzierten Briketts eine bessere Festigkeit besaßen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion von Eisen(II)-chlorid in brikettierter Form mit heißem Wasserstoff und anschließender Zerkleinerung des bei der Reduktion anfallenden" Eisenschwammes, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Brikettierung dem Eisen(II)-chlorid Eisenpulver in einer Menge von 20 bis 70%, bezogen auf den Gesamteisengehalt der zu brikettierenden Mischung, zugesetzt wird.

2. Verwendung eines durch Reduktion von Eisen(II)-chlorid mit heißem Wasserstoff gewonnenen Eisenpulvers als Zusatz beim Brikettieren bei dem Verfahren nach Anspruch 1.