DE1803640A1

DE1803640A1 - Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteiligen Eisenoxyds

Info

Publication number: DE1803640A1
Application number: DE19681803640
Authority: DE
Inventors: Hay David Stewart; W J Dennis Stone
Original assignee: FINA METAL Ltd
Current assignee: FINA METAL Ltd
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1968-10-17
Publication date: 1969-05-22
Also published as: FR1588413A; BE722474A; GB1175985A

Description

Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteiligen Eisenoxyds Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteillgen Eisenoxyds; das Verfahren gemäss der Erfindung gestattet eine direkte Reduktion von Eisenoxyd zu nicht-pyrophorem Eisenpulver.
Bs besteht seit längerem ein rasch zunehmendes technisches Interesse an Eisenpulver, insbesondere zur Verwendung in der Pulvermetallurgie. Pulvermetallteile haben den wesentlichen Vorteil, keine Hochtemperaturschmelzöfen und wenig oder keine maschinelle Bearbeitung zu erfordern. Weiterhin können Pulverzusammenstellungen leicht und genau so abgestimmt werden, dass sie speziellen Anforderungen genügen. Eines der neuesten Anwendungsgebiete von Eisenpulver ist z.B. die Pressformung von Getrieberädern für die Kraftübertragung von Eraftfahrzeugen.
Um bei pulvermetallurgischen Verfahren einwandfreie Ergebnisse zu gewährleisten, müssen die Siebklassifizierung, die Teilchengrössenverteilung, die Gleichmässigkeit und das scheinbare Schüttgewicht (apparent density) des Pulvers durch geeignete Massnahmen innerhalb hinreichend definierter Grenzen gehalten werden. Demgemäss werden die nach den bekannten Methoden hergestellten Pulver gewöhnlich durch Pulverisierung, Siebung und Mischung gebildet, um sicherzustellen, dass sie vor der weiteren Verwendung die gewünschten Eigenschaften besitzen. Beispielsweise muss ein Eisenpulver, um für die meisten Verwendungszwecke brauchbar zu sein, die folgenden Forderungen erfüllen: 1. Es muss ein scheinbares spezifisches Gewicht (apparent specific gravity) zwischen 2,2 und 2,5 haben.
2. Es muss eine "Bliessratet' von 40 Sekunden oder weniger, bestimmt durch die Zeit, die eine Menge von 50g zum Durchgang durch ein Hall-Fliessmessgerät benötigt, haben 3. Die Gesamtmenge des Materials muss eine Weilchengrösse haben, die kleiner ist, als dem Durchgang durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,147 mm (100 Maschen der yler-Siebreihe) entspricht (derartige Werte sind nachstehend zur Vereinfachung als "kleiner (-) bzw. größer (+) als (i) mm lichte Maschenweite " bezeichnet und die Angaben in "Maschen" sind durchweg auf die tyler-Siebreihe bezogen), wobei höchstens 60 cZo kleiner als 0,044 mm lichte Maschenweite (325 Maschen) sein dürfen. Innerhalb dieser Grenzen kann die Teilchengrössenverteilung etwas variieren, sie sollte jedoch zweckmässiC ungefahr in der Gegend liegcn, dass etwa ein Drittel grösser als 0,074 mm lichte Maschenweite (200 Maschen), etwa ein Drittel grösser als 0,044 mm lichte Maschenweite (325 Maschen) und etwa ein Drittel kleiner als 0,044 mm lichte Maschenweite (325 Maschen) ist.
Es ist bekannt, Eisenpulver durch direkte Reduktion von Eisenoxyd herzustellen, und eine typische quelle für dieses Eisenoxyd ist Magnetit. Wenn Wasserstoff zur Eeduktion von feinteiligem Magnetit verwendet wird, treten normalerweise Schwierigkeiten in zwei Richtungen auf. Bei Anwendung einer tiefen Reduktionstemperatur ist das erhaltene Eisenpulver häufig pyrophor, so dass eine weitere Wärmebehandlung notwendig ist, um dieses Material in den nicht-pyrophoren Zustand umzuwandeln. Wenn andererseits die Reduktionstemperatur auf höhere vierte gesteigert wird, lässt sich die Bildung von pyrophorem Eisen verhindern, aber dann sind die Eisenteilchen häufig zu einer festen hasse verschmo; zen, die sehr schwierig zu Eisenpulver zu zermahlen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteiligen Eisenoxyds zu schaffen, das nicht die vorstehend erläuterten oder ähnliche Mängel der bekannten Arbeitsweisen aufweist.
Gemäss der Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, dass feinteiliger Hämatit direkt und ohne Bildung einer verschmolzenen festen lasse zu nicht-pyrophorem Eisen reduziert werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist danach ein Verfahren zur herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteiligen Eisenoxyds bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wiasserstoff, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man zur direkten Erzeugung von nicht-pyrophorem Eisen feinteiligen Hämatit in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen etwa 870°C (1600°F) und dem Schmelzpunkt von Eisen reduziert.
iileml ein gereinigtes feinteiliges Hämatiterz in dieser Weise der Reduktion in Anwesenheit von Wasserstoff bei einer temperatur über etva 3700C (600°F) und unterhalb des Schmelzpunkts von Eisen, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 1093 - 1204°C (2000 - 2200°F) unterworfen wird, fällt nicht-pyrophores Eisen in Form eines Agglomerats von locker aneinander haft enden Teilchen an, das leicht in seine Einzelteilchen zerstossen oder aufgebrochen werden kann.
Die Reduktion kann in irgendeinem geeigneten Ofen vorgenommen werden, ein gasbefeuerter Bandofen hat sich als sehr zweckmässig erwiesen. Nach einer bevorzugten Verfahrensweise werden sowohl fester Kohlenstoff als auch Wasserstoffgas bei der Reduktion angewendet, wobei der Kohlenstoff im Falle eines Bandofens in feinteiliger Form auf dem Band oder Gurt unter den gereinigten Eisenoxydteilchen angeordnet wird. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Reduktion in zwei Stufen durchzuführen.
Der gereinigte feinteilige Hämatit wird zweckmässig erhalten, indem man feinteiliges Hämatiterzkonzentrat durch eine nass arbeitende magnetische Trenneinrichtung hoher Intensität leitet, wobei der Gehalt an Siliciumdioxyd und anderen Verunreinigungen vorzugsweise auf weniger als 0,2 Gew.-% verringert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen weiter veranschaulicht, sie ist aber nicht auf diese besonderen Durchführungsformen beschränkt.
Beispiel 1 Als Ausgangsmaterial wurde ein im Handel erhältliches Spiegelhämatiterzkonzentrat verwendet, das 66,2 % Eisen, 5,1 % Siliciumdioxyd und 0,61 % Aluminiumoxyd enthielt.
Eine Siebanalyse dieses Erzkonzentrats ist in der nachstehenden Tabelle I angegeben: Tabelle I Siebfraktion lichte Maschenweite, mm Maschen-Tyler Gew.-% +3,327 +6 -3,327 +1,651 -6 +10 3,7 -1,651 +0,833 -10 +20 23,2 -0,857 +0,417 -20 +35 38,1 -0,417 +0,208 35 +65 22,8 -0,208 +0,147 -65 +100 5,6 -0,147 +0,104 -100 +150 4,2 -0,104 +0,074 -150 +200 1,3 -0,074 +0,044 -200 +325 0,6 -0,044 -325 0,1 Das Erzkonzentrat wurde durch eine nass arbeitende magnetische Jones-Trenneinrichtung hoher Intensität geleitet, wobei ein Eisenoxydpulver erhalten wurde, das weniger als 0,2 Gew.-* an Säureunlöslichen (Siliciumdioxyd und andere Verunreinigungen) enthielt.
Das gereinigte Eisenoxyd wurde einer Wasserstoffreduktion, die in zwei Stufen durchgeführt wurde, unterworfen. Die Reduktion erfolgte in einem Bandofen mit indirekter Gasbeheizung. Für die Reduktion wurde etwa das Zweifache der theoretisch erforderlichen Wasserstoffmenge angewendet, d.h. etwa 780 m3/t Erz (25000 cubic feet per ton).
Das gereinigte Eisenoxyd wurde mit dem Wasserstoff bei einer Ofentemperiur von 12040 0 (22000F) in Berührung gebracht, die Berührungsdauer mit dem Wasserstoff betrug etwa 4 Stunden. Das aus dem Ofen austretende teilweise reduzierte Material war nicht-pyrophor. Es wurde dann einer Verdichtung in einer Hammermühle unterworfen.
Das teilweise reduzierte Produkt enthielt 0,4 Gew.-% an Säureunlöslichen. Der Gewichtsverlust des Produkts bei Behandlung mit Wasserstoff (hydrogen loss on the product) betrug 4 5', was anzeigt, dass noch 4 % Sauerstoff zurückgeblieben waren. Das Fliessverhalten des Produkts entsprach einer Fliessrate von 41 Sekunden, sein Schüttgewicht bzw. die scheinbare Dichte betrug 2,1 g/cm3.
Dieses teilweise reduzierte Produkt wurde dann ein zweitesmal 4 Stunden lang in Berührung mit Wasserstoff bei einer Ofentemperatur von 114800 (2100°F) durch den Ofen geleitet.
Eine Sieb analyse des erhaltenen Endprodukts ist in der nachstehenden Tabelle II angegeben: Tabelle II Siebfraktion lichte Maschenweite, mm Maschen-Tyler Gew.-% +0,208 +65 -0,208 +0,175 -65 +80 -0,175 +0,147 -80 +100 0,6 -0,147 +0,104 -100 +150 22,9 -0,104 +0,074 -150 +200 26,6 -0,074 +0,053 -200 +270 25,1 -0,053 +0,044 -270 +325 8,6 -0,044 -325 16,2 Das Endprodukt war nicht-pyrophor; es enthielt etwa 0,62 Gew.-% an Säureunlöslichen und zeigte einen Gewichtsverlust bei Wasserstoffbehandlung (hydrogen loss) von 0,15 5'. Seine Fliessrate betrug 35 Sekunden und seine scheinbare Dichte betrug 2,2 g/cm3.
Beispiel 2 Mehrere Proben von Eisenpulver, das nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 hergestellt worden war, wurden in Metallbehfältern gelagert. Proben, die über Zeiträume von einer Woche sowie drei, fünf, sieben, elf und dreizehn Monaten gelagert worden waren, wurden untersucht.
Die Prüfungen erfolgten im Freien bei hellem Sonnenschein, einer Temperatur von 24°C (750F) und einer Windgeschwindigkeit von etwa 19 km/h (12 M.P.H.). Alle Proben wurden zunächst durchmischt und dann wurde eine Schaufel voll entnommen und aus einer Höhe von etwa 1,20 m (four feet) frei in den Behälter zurück fallen gelassen. Bei keiner der Proben wurde irgendeine änderung festgestellt und bei keiner der Proben trat auch nur spurenweise ein Glimmen oder eine Entzündung auf.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenpulver durch Reduktion eines feinteiligen Eisenoxyds bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass man zur direkten Erzeugung von nicht-pyrophorem Eisen feinteiligen Hämatit in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen etwa 870 0 (16000F) und dem Schmelzpunkt von Eisen reduziert 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Hämatit verwendet, der weniger als 0,

2 Gew.-% an Siliciumdioxyd und anderen saureunlöslichen Verunreinigungen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Hämatit verwendet, der mittels Durchleiten durch eine nass arbeitende magnetische Trenneinrichtung hoher Intensität gereinigt worden ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Hämatit ein Hämatiterzkonzentrat verwendet,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reduktion bei einer Temperatur von 1093 - 12040C (2000 - 22000F) durchführt.