一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法.pdf

本发明属于粉末冶金领域，具体地，本发明涉及一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法。本发明包括以下步骤：(1)将含金属铁的原料经过粉碎后依次进行湿式磨矿和弱磁选，得到一次除杂铁粉；(2)将一次除杂后的铁粉进行脱碳焙烧；(3)将脱碳焙烧产物经过选矿除杂、酸洗、过滤、干燥、合批后得到粉末冶金用还原铁粉。本发明采用的原料与传统工艺以铁鳞和高纯铁精矿为原料相比，原料来源广泛，成本较低。本发明为粉末冶金用还原铁粉的制备开辟了一条新的途径。

权利要求书
1.  一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含金属铁原料经过粉碎后依次进行磨矿和磁选，得到一次除杂铁粉；
(2)将步骤(1)得到的一次除杂铁粉在惰性气氛或弱氧化气氛中进行脱碳焙烧，得到脱碳焙烧产物；
(3)将步骤(2)得到的脱碳焙烧产物进行磨矿和重选后得到脱碳铁粉；
(4)将步骤(3)得到的脱碳铁粉进行酸洗除杂，得到酸洗铁粉；
(5)将步骤(4)得到的酸洗铁粉洗涤至中性，然后依次进行过滤、干燥、筛分和合批，得到最终铁粉。

2.  根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含金属铁原料为低品位铁粉、钢渣或者由含氧化铁原料进行还原焙烧后的产物。

3.  根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含金属铁原料的金属铁含量为10-98wt％，磷含量不大于0.3wt％。

4.  根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述含金属铁原料金属铁的含量为70～98wt％，所述含金属铁原料不经过步骤(1)，直接从步骤(2)开始制备。

5.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含氧化铁原料主要包括铁精矿或含氧化铁废渣。

6.  根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的还原焙烧包括气基还原或煤基还原，还原温度为1000～1300℃之间。

7.  根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的磨矿和磁选为湿式磨矿和湿式磁选，其中，所述湿式磁选的磁场强度为60～300mT。

8.  根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的惰性气氛为氮气；所述弱氧化气氛为氮气与二氧化碳、水蒸气和氧气三种含氧气体中的一种或几种混合后的混合气体。

9.  根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的脱碳焙烧温度为850～1100℃，脱碳焙烧时间0.5～4h。

10.  根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述酸洗的酸洗溶液的pH在0.5～5之间，无H2S气体溢出时为酸洗终点。

11.  根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的酸洗过程采用的酸洗溶液包括盐酸、硫酸和硝酸溶液中的一种或几种。

12.  根据权利要求1-4任一所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的过滤为快速过滤、所述干燥为低温真空干燥。

说明书一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，具体地，本发明涉及一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法。
背景技术
铁粉是消耗量最大的粉末冶金原料之一。由于铁粉总产量的70％～80％用于粉末冶金，因此铁粉的生产状况与规模，铁粉的品种、质量及成本，对粉末冶金工业的发展都有重要影响。
还原铁粉的制备是利用气体或固体燃料作为还原剂，将铁矿精矿粉、低碳沸腾轧钢铁鳞等高纯铁氧化物在固体状态下还原成一种金属化程度相当高的铁产品的工艺过程，还原铁粉的全铁含量超过98.5％以上。国外80～90％的还原铁粉都是以超纯铁精矿粉为原料进行生产的，而我国生产铁粉的主要原料95％是以轧钢厂沸腾钢为主的低碳铁鳞，但用于还原铁粉的铁鳞资源却越来越少。因此我国还原铁粉的生产只有另劈新路。
国内20世纪80年代中期以来，对山西左权、本溪南芬的铁精矿粉进行了高纯铁精矿粉生产还原铁粉的初期试验研究，取得了较好的成果，但在铁精矿提纯方面，由于工艺技术不完善，导致还原铁粉杂质含量高，难以达到TFe品位>71.5％的要求，大大阻碍了铁粉在用途上的拓宽。
申请号为CN201010613426.6的专利提出了一种采用超纯铁精矿直接还原制取粉末冶金用还原铁粉的方法。这种方法的产品具有纯度高、含碳量低、压制性好等优势，但是工艺对原料超纯铁精矿的纯度要求很高，因此，此技术受原料限制很大，很难大规模普及。
申请号为CN201010501580.4的专利提出的技术方案为酸再生铁粉、铁鳞和焦粉按一定配比混匀压制成型后，在密封坩埚中1300℃条件下保温8h，冷却后得到海绵铁。此发明采用酸再生铁粉代替部分铁鳞得到了海绵铁粉，节约了成本，但是也存在铁金属化率低，TFe含量低于98.5％，酸再生铁粉不具有普遍性等问题。
综上所述，随着轧钢铁鳞资源的减少，用轧钢铁鳞为原料制备优质还原铁粉存在原料短缺问题。由于我国铁矿资源存在贫、细、杂的特点，很难得到超纯铁精矿，从而导致以超纯铁精矿为原料制备还原铁粉同样存在原料品位低，难以超纯化等问 题。因此，找到一种流程短、工艺简单、对原料适应广泛的优质铁粉制备工艺具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有以铁鳞和高纯铁精矿制备粉末冶金用还原铁粉原料成本高、能耗高等问题，提供一种原料来源广泛、能耗低、工艺条件简单的粉末冶金用还原铁粉制备方法，为粉末冶金用还原铁粉的制备提供了一条有效的途径。
本发明的粉末冶金用还原铁粉的制备方法是以多种廉价含铁物料为原料，经过直接还原得到一次还原铁粉，然后高温氧化脱碳，酸洗除杂、钝化干燥后的到粉末冶金用还原铁粉。
本发明的一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法包括以下步骤：
(1)将含金属铁原料经过粉碎后依次进行磨矿和磁选，得到一次除杂铁粉；
(2)将步骤(1)得到的一次除杂铁粉在惰性气氛或弱氧化气氛中进行脱碳焙烧，得到脱碳焙烧产物；
(3)将步骤(2)得到的脱碳焙烧产物进行磨矿和重选后得到脱碳铁粉；
(4)将步骤(3)得到的脱碳铁粉进行酸洗除杂，得到酸洗铁粉；
(5)将步骤(4)得到的酸洗铁粉洗涤至中性，然后依次进行过滤、干燥、筛分和合批，得到最终铁粉。
根据本发明的制备方法，步骤(1)所述含金属铁原料为低品位铁粉、钢渣或者由含氧化铁原料进行还原焙烧后的产物。所述含金属铁原料的金属铁含量优选10～98wt％，磷含量不大于0.3wt％；其中，当金属铁含量在70～98wt％之间时，可以省去步骤(1)直接从步骤(2)开始制备，即将含金属铁原料直接在惰性气氛或弱氧化气氛中进行脱碳焙烧，并进一步依次进行步骤(3)-(5)的处理获得高品位的铁粉。
根据本发明所述的制备方法，满足上述条件的含氧铁原料包括铁精矿或含氧化铁废渣。例如，铁精矿可以是磁铁矿精矿、钒钛磁铁矿精矿、赤铁矿精矿、硼铁矿精矿、菱铁矿精矿和酸再生铁精矿等中的一种或几种；含氧化铁废渣可以是瓦斯泥、钢铁烟尘和硫酸烧渣等中的一种或几种。
根据本发明所述的制备方法，所述将含氧铁原料进行还原焙烧步骤中的还原焙烧包括气基还原或煤基还原等，只要可以把氧化铁还原成金属铁均可，还原温度可以在1000℃到1300℃之间。铁的还原度越高越好，还原度应不低于60％。
根据本发明所述的方法，步骤(1)所述的磨矿和磁选为湿式磨矿和湿式磁选， 磁场强度优选为60～300mT。
根据本发明所述的制备方法，步骤(2)所述的惰性气氛为氮气；所述弱氧化气氛为氮气，与二氧化碳、水蒸气和氧气三种含氧气体中的一种或几种混合后的混合气体。其中，使用弱氧化气氛时，氮气所占体积比例不小于75％。
根据本发明所述的制备方法，步骤(2)所述的脱碳焙烧温度为850～1100℃；脱碳焙烧时间0.5～4h。
根据本发明所述的制备方法，步骤(4)所述酸洗的酸洗溶液的pH在0.5～5之间，无H2S气体溢出时(无臭鸡蛋气味)为酸洗终点。
根据本发明所述的制备方法，步骤(4)所述的酸洗过程采用的酸洗溶液包括盐酸、硫酸和硝酸溶液中的一种或几种。
根据本发明所述的制备方法，步骤(5)所述的过滤为快速过滤，所述的干燥为低温真空干燥。
本发明提出了一种粉末冶金用还原铁粉的制备方法，与现有的以铁鳞和高纯铁精矿为原料的工艺相比，具有明显的优越性：
(1)与传统工艺以铁鳞和超纯铁精矿为原料相比，本发明以含金属铁的物料为原料，原料来源广泛、价格低廉。
(2)本发明采用湿式选矿除杂，降低对物料还原度的要求，可以采用能耗低的还原设备代替传统的高能耗隧道窑。
(3)本发明选用非氢气还原脱碳，酸洗除杂，产品的杂质含量更低。
(4)与传统工艺磷含量必须小于0.03％相比，本发明对磷含量超标的原料也有一定的适应性。
具体实施方式
本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
实施例1
原料为辽宁含硼磁铁矿精矿，其TFe含量为53.01％、P含量为0.04％，将铁精矿与20％煤混合在一起，在马弗炉中1000℃的温度下保温5h后冷却，焙烧产品经过破碎、磨矿和300mT磁选后得到一次除杂铁粉；一次除杂铁粉在管式炉中850℃氮气气氛下焙烧1h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH＝5的盐酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁 粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
实施例2
原料河北某钒钛磁铁矿精矿，TFe含量为63.14％、P含量为0.017％，将铁精矿压块后，埋入装有煤的坩埚中，用煤气进行还原，在马弗炉中1300℃的温度下保温0.5h后冷却，焙烧产品经过破碎、磨矿和200mT磁选后得到一次除杂铁粉；一次除杂铁粉在管式炉中1100℃，98％体积氮气和2％体积氧气的气氛下焙烧0.5h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH为0.5的盐酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
实施例3
原料为硫酸渣，TFe含量为61.54％、P含量为0.021％；将硫酸渣与25％煤混合在一起，在马弗炉中1200℃的温度下保温1.5h后冷却，焙烧产品经过破碎、磨矿和60mT磁选后得到一次除杂铁粉；一次除杂铁粉在管式炉中950℃氮气气氛下焙烧3h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH＝1的硝酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛干燥后得到酸洗铁粉；低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
实施例4
原料为钢铁烟尘，TFe含量为28.54％、P含量为0.28％，由于钢铁烟尘中自带大量的碳，所以直接将钢铁烟尘直接在管式炉中加热到1200℃，保温2h后，焙烧产品经过破碎、磨矿和100mT磁选后得到一次除杂铁粉；一次除杂铁粉在管式炉中1150℃，80％体积氮气和20％体积二氧化碳气氛下焙烧4h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH＝0.5的硫酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
实施例5
原料为钢渣，TFe含量为18.02％、P含量为0.35％，由于钢渣中的铁部分为金属铁，所以直接将钢渣进行破碎、磨矿和200mT磁选后得到一次除杂铁粉；一次除杂铁粉在管式炉中1000℃氮气气氛下焙烧4h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH＝3的硫酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
实施例6
原料为低品位铁粉，金属铁含量为81.02％、P含量为0.28％，铁粉直接在管式 炉中1050℃氮气气氛下焙烧4h，焙烧产品经过磨矿和重选后得到脱碳铁粉；脱碳铁粉在pH＝3的硫酸溶液中洗涤后，用清水快速洗涤至中性，低温惰性气氛真空干燥后得到酸洗铁粉；酸洗铁粉经过筛分合批后得最终铁粉，指标见表1和表2。
表1粉末冶金用还原铁粉化学组成/％(质量分数)

表2粉末冶金用还原铁粉物理工艺性能

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。