專利名稱：流態(tài)化還原鐵黃制磁粉工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于還原鐵黃制備磁粉的領(lǐng)域，具體涉及用攪拌流態(tài)化床還原鐵黃制磁粉的工藝和設(shè)備。
鐵黃的還原和氧化是生產(chǎn)磁粉總流程中的一個重要部分。它是將原料羥基氧化鐵黃(α-FeOOH)用氫(或一氧化碳)還原成Fe3O4，再用空氣氧化成γ-Fe2O3，即為成品磁粉。
采用什么樣的工藝和設(shè)備是生產(chǎn)磁粉的技術(shù)關(guān)鍵。在設(shè)備方面目前國外主要采用間歇轉(zhuǎn)爐和連續(xù)化迴轉(zhuǎn)窯進行還原和氧化，國內(nèi)均采用間歇推舟爐和間歇轉(zhuǎn)爐。近年來國外也研究用流態(tài)化法進行還原和氧化的新工藝和新設(shè)備。例如1976年日本公開特許公報昭51-28280報導(dǎo)了一個直徑為0.4米、高為0.7米的攪拌流態(tài)化爐，間歇操作，每批投料為9公斤，采用框式攪拌，由于是間歇操作，生產(chǎn)強度低，能耗大，產(chǎn)量小。1978年美國專利4096292報導(dǎo)了一套連續(xù)化裝置。還原爐和氧化爐的直徑均為100毫米，產(chǎn)量為0.7公斤/小時，由于是個全混反應(yīng)器，物料需經(jīng)制粒才能避免粗粒子的短路，而且反應(yīng)時間長，反應(yīng)氣體流量大，能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。1983年美國專利4378240報導(dǎo)了在流態(tài)化床分布板上部安裝了一個攪拌器，用以生產(chǎn)金屬磁粉。它只是一個小試驗裝置，只能間歇操作，如放大進行連續(xù)化生產(chǎn)，粗粒子必然會短路，產(chǎn)品質(zhì)量不可能均勻。以上設(shè)備由于存在各自的缺點，所以難以實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模，進行連續(xù)化生產(chǎn)。
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，采用篩板式攪拌流態(tài)化床生產(chǎn)磁記錄材料，有利于強化氣固接觸，同時又限制了固體顆粒的返混，以達到產(chǎn)品質(zhì)量均勻，工藝流程合理，使工業(yè)化連續(xù)化生產(chǎn)磁粉得以實現(xiàn)。
本發(fā)明以羥基氧化鐵黃為原料，在篩板式攪拌流態(tài)化床中，以低氣速(約5厘米/秒)分別進行流態(tài)化還原和氧化反應(yīng)。在還原反應(yīng)器內(nèi)控制還原溫度在350℃～550℃之間為好，溫度低于350℃時也可以進行還原反應(yīng)，但還原時間過長，同時產(chǎn)品中易出現(xiàn)孔洞;溫度高于550℃時，容易使粒子出現(xiàn)燒結(jié)，會降低產(chǎn)品的質(zhì)量。還原氣中加入水蒸汽，以保證產(chǎn)物不出現(xiàn)過還原，產(chǎn)物全部為Fe3O4，再連續(xù)流入另一篩板式攪拌流態(tài)化氧化爐，以空氣為氧化劑，在溫度為180℃～250℃下進行流態(tài)化氧化。產(chǎn)品為γ-Fe2O3。氧化溫度低于180℃時，氧化時間需延長且有少量Fe3O4未被氧化;溫度高于250℃時，易出現(xiàn)過氧化，即部分γ-Fe2O3發(fā)生相變?yōu)棣?Fe2O3，降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，故氧化溫度控制到180℃～250℃為好。
根據(jù)對不同原料和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，可在鐵黃還原工序之前，將原料先經(jīng)熱處理，目的在于保持鐵黃的晶形和減少產(chǎn)品的孔洞。以提高產(chǎn)品的質(zhì)量。已有技術(shù)的熱處理是在空氣中以700℃～850℃的高溫下進行。本發(fā)明采用氮和水蒸汽為熱處理氣氛，其中控制H2O(g)/N2在0.1～10之間，最佳為0.5～3.0，采用這樣的氣氛可使熱處理溫度下降至400℃～700℃，最佳可控制在500℃～600℃，低于400℃時達不到熱處理的效果，高于700℃時易使粒子出現(xiàn)燒結(jié)。
在進行流態(tài)化還原鐵黃時，還原氣可以用氨分解的氫氮混合氣，也可以用純氫，但其中必須加入一定量的水蒸汽，以保證產(chǎn)品不出現(xiàn)過還原。還原氣中控制H2O(g)/H2的比值是至關(guān)重要的，H2O(g)/H2可控制在0.2～2.0的范圍內(nèi)，低于0.2時會使產(chǎn)品中出現(xiàn)金屬鐵，高于2.0時使反應(yīng)速率下降延長了反應(yīng)時間，經(jīng)濟效果不佳。最佳H2O(g)/H2可控制在0.5～0.8范圍內(nèi);還原氣也可采用CO+CO2的混合氣，但應(yīng)保證CO的濃度大于5%，以10%～15%為佳，當(dāng)CO的濃度大于30%時，還原反應(yīng)會有碳析出，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量;還原氣體還可用有機物熱分解出H2、CO等還原性氣體，例如用乳化油、淀粉等與鐵黃混合加熱到300℃時，有機物即分解成H2、CO、H2O(g)、CO2與鐵黃進行快速反應(yīng)，只在幾分鐘內(nèi)鐵黃全部還原成Fe3O4。
為適應(yīng)工藝過程的要求，本發(fā)明的裝置采用裝有旋轉(zhuǎn)篩板的攪拌流態(tài)化床作為本工藝的還原裝置和氧化裝置。流態(tài)化床下部裝有分布板，在攪拌軸上裝有多個旋轉(zhuǎn)篩板，每個旋轉(zhuǎn)篩板之間裝有攪拌葉片，流態(tài)化床下部的分布板可用多層金屬網(wǎng)組成。
本發(fā)明由于采用了二段攪拌流態(tài)化爐串聯(lián)，分別進行還原和氧化反應(yīng)，在強化氣固接觸的同時，也保證了顆粒不短路和不返混，產(chǎn)品質(zhì)量均勻，生產(chǎn)強度大，與工業(yè)生產(chǎn)中的固定爐比較，生產(chǎn)強度提高了20倍，投資可降低50%，原料消耗減少，能耗降低。在一個500噸/年的半工業(yè)試驗裝置中，進行一年多的運轉(zhuǎn)，各項技術(shù)指標(biāo)與其他設(shè)備比較如下。
本發(fā)明固定爐間歇轉(zhuǎn)爐耗氫(米3/噸) 100 150 120耗氮(米3/噸) 40 300 200耗電(度/噸)50030001500生產(chǎn)強度(公斤/米3·小時) 80 4 20附圖
為本發(fā)明的工藝流程及裝置示意圖，其中〔1〕為氣體分布板，〔2〕為旋轉(zhuǎn)篩板，〔3〕為攪拌葉片，〔4〕為電熱體，〔5〕為γ-射線料位器，〔6〕為還原爐體，〔7〕為氧化爐體。
現(xiàn)結(jié)合附圖為例，進一步說明本發(fā)明內(nèi)容。流態(tài)化還原爐〔6〕的直徑為0.45米，床層高為4米，爐體用電加熱體〔4〕加熱，采用多段控制溫度，以保證床層縱向溫度的均勻性。在攪拌軸上裝有攪拌葉片〔3〕和多層旋轉(zhuǎn)篩板〔2〕。爐底分布板〔1〕采用多層金屬網(wǎng)組成。流態(tài)化氧化爐〔7〕的直徑為0.3米，床層高為2.5米，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和加熱方式與還原爐相同。
原料鐵黃由還原爐〔6〕頂加入，鐵黃可以先經(jīng)脫水和熱處理，也可以在爐內(nèi)直接加熱和脫水，可由一臺γ-射線料位器控制還原爐物料的料面，以保證物料有充足的還原時間。還原產(chǎn)物冷卻后流入氧化爐〔7〕，同樣可用一臺γ-射線料位器控制氧化爐的料面，以保證充足的氧化時間。成品連續(xù)地從爐底排出進行包裝。還原氣體從還原爐〔6〕爐底通入，還原尾氣經(jīng)旋風(fēng)分離器除塵后排入大氣，收集的粉塵再返入還原爐還原。氧化空氣由壓縮機提供，從氧化爐〔7〕爐底通入，尾氣同樣經(jīng)旋風(fēng)分離器除塵后排入大氣，粉塵再入氧化爐氧化。全部過程連續(xù)化自動化。
實施例1試驗原料堿法鐵黃，原料未熱處理。還原溫度470℃;氧化溫度200℃;還原時間2小時;氧化時間45分鐘;還原氣成分由氨分解的氫氮與水蒸汽混合氣體。H2O(g)/H2＝0.6，混合氣流量10米3/小時?？諝饬髁?米3/小時;還原爐攪拌速度60轉(zhuǎn)/分;氧化爐攪拌速度30轉(zhuǎn)/分;磁粉產(chǎn)率80公斤/小時。
所得磁粉的磁性指標(biāo)如下飽和磁化強度70.5emu/g;矯頑力420Oe;剩磁2150高斯。
實施例2試驗原料酸法鐵黃。還原溫度400℃。其它條件同實施例1。
磁粉的磁性指標(biāo)如下飽和磁化強度70emu/g;矯頑力350Oe。剩磁2050高斯。
實施例3試驗原料堿法鐵黃。還原溫度550℃，還原氣由5%的乳化油熱分解產(chǎn)生的還原氣。其它條件同實施例1。
磁粉的磁性指標(biāo)如下飽和磁化強度69emu/g;矯頑力390Oe。剩磁1900高斯。
實施例4原料酸法鐵黃。還原溫度370℃;鐵黃經(jīng)預(yù)先熱處理，熱處理溫度600℃，熱處理氣氛水蒸汽加氮氣，H2O(g)/N2＝1。其他條件同實施例1。
磁粉的磁性指標(biāo)如下飽和磁化強度71emu/g。矯頑力400Oe。剩磁2200高斯。
權(quán)利要求
1.以羥基氧化鐵黃為原料，經(jīng)流態(tài)化還原和流態(tài)化氧化制磁性粉末(γ-Fe2O3)的方法，其特征在于以低氣速(約5厘米/秒)進行流態(tài)化還原和氧化反應(yīng)，在流態(tài)化還原時，還原氣中加入水蒸汽，于350℃～550℃范圍內(nèi)控制產(chǎn)物全部為Fe3O4，再用空氣進行流態(tài)化氧化，氧化溫度控制在180℃～250℃，連接產(chǎn)出磁粉(γ-Fe2O3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，原料鐵黃在流態(tài)化還原之前可以經(jīng)熱處理，熱處理溫度為400℃～700℃，處理氣氛為氮和水蒸汽，其中H2O(g)/N2＝0.1～10。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，熱處理的最佳溫度為500℃～600℃，熱處理氣氛H2O(g)/N2，最佳為0.5～3.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，原料鐵黃在流態(tài)化還原時，控制還原氣中H2O(g)/H2＝0.2～2.0，最佳為0.5～0.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法所用的裝置，其特征在于采用裝有多個旋轉(zhuǎn)篩板式的攪拌流態(tài)化床還原裝置和氧化裝置，流態(tài)化床下部裝有分布板〔1〕，在攪拌軸上裝有多個旋轉(zhuǎn)篩板〔2〕，每層篩板之間裝有攪拌葉片〔3〕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于流態(tài)化床下部的分布板〔1〕由多層金屬網(wǎng)組成。
全文摘要
本發(fā)明為用篩板式攪拌流態(tài)化床還原鐵黃并經(jīng)流態(tài)化氧化連續(xù)制備γ-Fe
文檔編號C01G49/06GK1031987SQ88107120
公開日1989年3月29日 申請日期1988年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月18日
發(fā)明者甘耀焜, 宋寶珍, 郭銓 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所