JPS5953218B2

JPS5953218B2 - 中空球状の酸化鉄粉及びその製法

Info

Publication number: JPS5953218B2
Application number: JP55068875A
Authority: JP
Inventors: 栄治初谷
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-05-26
Filing date: 1980-05-26
Publication date: 1984-12-24
Also published as: JPS56169129A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、中空球状の酸化鉄粉及びその製法、とくに、
金属鉄を主成分として含有した鉄粉を酸素雰囲気下、そ
の発火温度以上融点以下に保持した反応器に酸素と共に
供給し、これを急激に酸化させ、その粒子内に気体を包
含させた中空球状の酸化鉄粉及びその製法に関する。

球状鉄粉は、いろいろの用途に使用されているが、例え
ば、電子複写機のキャリヤーなどに使用する場合は、電
子複写機の高速化に伴なつて、球状でさらに軽量のもの
が要求されるようになり、また、鉄粉でなく軽量で球状
の酸化鉄粉の要求が強くなつてきている。

従来、球状の鉄粉の製法としてはいろいろ提案されてお
り、アトマイズ法が大部分である。

還元粉を使用するものもあるが、これは酸素不足の状態
で鉄粉表面を溶融させて球状化する方法で、緻密なもの
しか得られず、アトマイズ法同様軽量化する方法は無か
つた。また、これらの方法では、元の鉄粉粒子の不規則
度が大きい場合は完全に球状化することは不可能であつ
た。（特公昭３６一１９６６７号、同昭５３−３０１１
１号）、一方球状酸化鉄粉の製造法については、まつた
く知られていない。本発明者は球状酸化鉄粉の軽量化に
ついていろいろ研究を行なつた結果、金属鉄粉を急激に
酸化させると、この時発生する酸化熱により瞬時に溶融
し、鉄粉内部にある気体やその周囲にある酸素が溶融し
て球状化中の鉄粉粒子内に巻き込まれるという知見から
中空球状の酸化鉄とする本発明に到達したもので、この
ような現象は従来全く知られておらず、本発明者が初め
て発見したものである。ｊ本発明は、新規な粒度が一
定で、しかもその物性がすぐれた中空球状の酸化鉄粉、
及び金属鉄成分の含有量の高く、かつ特定の粒度の鉄粉
を酸素と共に反応器に供給し、酸素気流中に分散させて
急激に自己酸化発熱を起こさせることにより内部ｉに空
隙を有する中空球状酸化鉄粉を製造する方法を提供しよ
うとするものである。

すなわち、本発明は４８メッシュ以下が９８重量％以上
の粒度のものからなり、しかも、その還元減量２６〜３
０重量％、鉄分６８〜７３重量％、金属鉄分１フ重量％
以下である内部に空隙を有することを特徴とする。

また、他の発明は９８重量％以上の金属鉄分を含有する
６５メッシュ以下の粒度の鉄粉と酸素を標準状態におけ
る酸素１１に対し、鉄粉５ｇ以下の割？合で、酸素雰囲
気下その鉄粉の発火温度以上融点以下に保持した反応器
に供給して反応させ急冷することを特徴とする。

以下、さらに詳しく本発明を説明する。

本発明の中空球状の酸化鉄は前記したように４８メツシ
ユ以下の粒度のものが９８重量％以上のほぼ均一な酸化
鉄粉であり、これを還元して金属鉄粉とした場合の減量
が２６〜３０重量％、鉄分６８〜７３重量％、金属鉄分
１重量％以下である内部に空隙を有する中空球状のもの
であつて、新規な酸化鉄粉である。

これをそのまま、または篩分などの手段により調整し、
粒度８０メツシユより細かい粉末としたもの、例えば−
１００メツシユ〜＋２００メツシユの範囲の粒度、見掛
密度２．５〜３．０ｇ／ＣＯ］−、その還元減量２６〜
３０重量％、鉄分６８〜７３重量％、金属鉄分１重量％
以下のものは高速電子複写機のキヤリヤ一用として使用
すると従来のものに比べて高速であるに拘らず鮮明な画
像が得られる。次に本発明の中空球状の酸化鉄粉の製法
について説明する。

本発明において原料として使用する鉄粉は、金属鉄成分
の含有量が９８重量％以上のものであえば十分使用する
ことができ、その製法については何ら制限を受けるもの
ではなく、還元法、アトマイτ：ボ≠τ？：：Ｒａ：′
ｉ′！′＠↓；：[■■粗還元後粉砕した海綿鉄粉など
のようなものは溶融しながら球状化する作用が少なく、
微細化するので球状化率が極度に低くなる。

この理由は金属鉄成分の含有量が少ないため、酸化熱に
よる発熱量が少ないこと、また鉄粉内部に含まれる酸化
物が球状化を妨害するためであると考えられる。次に、
原料鉄粉の粒度は、６５メツシユ以下のものを使用する
が、この理由は６５メツシユ以下のものは急激な酸化反
応を起しやすいため中空化されるからである。また、原
料鉄粉の粒径より酸化して生成した中空球状の酸化鉄粉
の粒径は大となるために、用途に応じて適正な粒度のも
のを選択することが望ましい。

例えば、酸化鉄粉の粒径が２００メツシユより大なるも
のが９８重量％以上のものを製造する場合は、その酸化
鉄粉の平均粒径より２５〜４５μ小さい平均粒径のもの
を原料とすればよい。

次に、反応条件について説明すると、前記した鉄粉が発
火温度以上融点以下の酸素気流中で充分分散された状態
となるように反応器に供給するが、市販の鉄粉は発火温
度が４００〜５００℃のものが多く、反応器を外部より
加熱する場合は気流があるため外熱温度はこの温度より
高い温度とし、その反応器内では個々の鉄粉粒子全てが
発火温度以上の温度となるようにする必要がある。

また、鉄粉粒子はその発火温度以上融点以下の温度であ
れば、中空球状化は可能であるが、酸素を使用するため
成るべく低温の方が操作しやすい。中空球状１化するに
は急激な酸化反応させなければならないので充分な酸素
が必要である。本発明においては、標準状態における酸
素１１に対し、鉄粉５ｇ以下すなわち鉄粉１ｇあたり、
標準状態における酸素約２００ｃｗＩが瞬間的に鉄粉中
に吸収されるように操作する。

このように瞬間的に酸素が鉄粉に吸収されなければ中空
球状酸化鉄粉とはならない。従つて、空気のような酸素
濃度が低いものを用いると、中空球状酸化鉄粉とはなり
にくいが、反応温度を制御する必要のある場合は、少量
の空気を添加することもできる。また、この他に鉄粉粒
子同志が互いに接触しないようにするための酸素ガス量
も必要であるが、また、鉄粉も充分分散するよう反応器
に供給しなければならない。

鉄粉粒子が数個固まつた状態であると、その個所におい
て、酸素不足の状態となるため中空球状化しない。また
、１部溶融後互いにくつつき合つて大きな粒子を生ずる
場合がある。従つて、十分な酸素の供給、鉄粉の成分及
び分散に注意を払わなければならない。

このようにして完全に酸化溶融した鉄粉は急冷し乾燥す
ると、前記した６メツシユ以下の粒径のものが９８重量
％以上―元ｉ量２６〜３０重量％、鉄分６８〜７３重量
％、金属鉄成分１重量％以下のウスタイト化またはウス
タイトとマグネタイト及びヘマタイトのいずれか又は全
てを含む共存組成のものが得られる。７１）なお、゛前記溶融鉄粉を急冷するには、水中に投入する
方法が簡単であり、設備や処理手段の面から優れそも占
ので好ましいが、必ずしもこの方法に限られるものでは
ない。

このよ→辷して得られた中空球状の酸化鉄粉の粒径は原
料鉄粉の粒径より大となつている。

これは原ｍ電粉が酸化して中空化したためであり、実施
例において示すように平均粒径で２５〜４５μ大きくな
つている。このことは粒子断面の空隙の有無を１個１個
調べなくとも、粒子の形状や原料鉄粉と本発明品との粒
度を比較すれば容易に確認することができる。また、第
１図に示した実施例３において得た本発明品の粒子を倍
率２００に拡大した顕微鏡写真によつても中空であるこ
とが明らかである。なお、写真において、埋込み用樹脂
中に円形の酸化鉄粒子その粒子中の中心部に黒色の空隙
があり、ほぼ完全な球形をしていることがわかる。また
、原料鉄粉に鉄以外の成分を選択して含有させたものを
用いることによつて、任意の成分をもつたものが得られ
る。

このように本発明法によれば各種の中空球状の酸化鉄粉
が得られる。本発明の中空球状酸化鉄粉を互いに溶着し
ないようにして公知の還元法により還元すると、そのま
ま中空球状鉄粉とすることができるが、その処理条件に
よつてその成分や純度を向上させることも、また、任意
の成分をもつ鉄粉とすることも可能である。以上説明し
たとおり、本発明は４８メツシユ以下の粒径のものが９
８重量％以上、還元減量２６〜３０重量％、鉄分６８〜
７３重量％、金属鉄成分１重量％以下の内部に空隙を有
する中空球状酸化鉄粉であり、また、特定粒度の金属鉄
成分の含有率の高い５鉄粉を原料とし、過剰の酸素の存
在下で急激な酸化反応を起させることにより溶融させる
と共に酸化させ急冷する中空球状の酸化鉄粉の製法であ
つて、いずれも全く知られていなかつたものであり、本
発明品は高速の電子複写機などのキヤリヤ一として特に
すぐれたものであり、さらにその他軽量でかつ球状の鉄
粉の要求される分野に利用される可能性が大である。

以下、実施例をあげてさらに本発明を説明する。

なお、本発明の明細書の実施例において％としたのはい
ずれも重量基準である。

実施例１内径３インチ、長さ１ｍの耐熱鋼（３１０Ｓ）パイプを
竪型反応管とし、周囲から電熱により加熱するようにし
た電気炉を用い、パイプ上部からロードにより鉄粉を供
給するように開放し、その下端は水中に浸漬させ、反応
管下端より酸素を供給するようにした装置を用いた。

酸素及び鉄粉の供給量を一定とし、鉄粉はロードより反
応管中に自然落下させ酸素は下端より供給し、反応管の
外周の加熱温度を変え温度の影響を調べた。

これらの条件及びその結果を第１表テスト記号Ａ−Ｅに
示す。この結果から見ると反応管外周の加熱温度が６５
０℃以上でないと完全に球状化していないことがわかる
。なお、この装置は反応管外周を加熱する方法であるた
め、この程度の加熱温度としないと、鉄粉を発火温度以
上に加熱することはできないことを示している。

実施例２酸素の供給量と鉄粉の分散の影響を見るため酸素、空気
をそれぞれ単独または併用した以外は実施例１と同様に
行なつた。

これらの条件及び結果を第１表テスト記号Ｆ〜Ｉに示す
。

この結果から見ると酸素流量が少ないと、水滴状等の不
規則なものが増加すること、また、酸素の代りに空気を
用いると酸素濃度が低いため球状化率が低く、凝集体が
非常に多いという結果が得られた。

さらに、凝集体がないような条件で操作すると、平均粒
径が増加せず、中空状とならないことが分つた。また、
鉄粉の供給量が増加すると酸素が不足し、極端に球状化
率が低下するので、適切な鉄粉の供給量があることが認
められた。

実施例３鉄粉の種類を代えて、反応管温度８５０℃酸素供給量１
５１／Ｍｉｎ、鉄粉供給量７．５１／Ｍｉｎとした以外
は実施例１と同様に行なつた。

これらの条件及びその結果は第２表に示す。なお、各種
鉄粉はそれぞれ次の方法によつて作成し、粒度を−１５
０〜＋２００メツシユ平均粒径８９μに調整したものを
用いた。（１）海綿鉄粉はミルスケール粉砕粉を原料と
し、これをトンネル炉により粗還元後粉砕した。

（２）還元鉄粉は、ミルスケール粉砕粉を水素を含む雰
囲気中で仕上還元した。（３）アズアトマイズ粉はスク
ラツプを電気炉で溶解後、水アトマイズした。

（４）アトマイズ粉はアズアトマイズ粉を仕上還元した
。

これらの結果から明らかなように、還元鉄粉とアトマイ
ズ鉄粉とは殆んど同一であり、ほぼ完全に球状化してい
るが、海綿鉄粉では球状化率が低く微細化しているもの
が多く、また、アズアトマイズ粉も球状化率が良くない
。

これは鉄粉の形状や製法による影響ではなく、金属鉄の
含有量によるものである。還元鉄粉を中空球状化し、さ
らにこれを粒度調整して、第３表に示すような特性値の
ものを作成し、乾式コピーのキヤリヤ一用として使用し
た結果、十分キヤリヤ一として好適であることが分つた
。

Claims

【特許請求の範囲】１４８メッシュ以下が９８重量％以上の粒度のものか
らなり、しかもその還元減量２６〜３０重量％、鉄分６
８〜７３重量％、金属鉄分１重量％以下である内部に空
隙を有する中空球状の酸化鉄粉。２９８重量％以上の金属鉄成分を含有する６５メッシ
ュ以下の粒度の鉄粉と酸素を標準状態における酸素１１
に対し、鉄粉５ｇ以下の割合で、酸素雰囲気下、その鉄
粉の発火温度以上融点以下に保持した反応器に供給し、
反応させて急冷することを特徴とする中空球状の酸化鉄
粉の製法。