一种化学气相沉积球形还原铁制造技术

本发明专利技术公开了一种化学气相沉积球形还原铁。该还原铁为一种高纯度、高离散的还原铁微粒，不仅结合氮含量较少，而且不混有砷、铅、汞、锰、硫、硅、磷、镍及其他元素。含铁量高达９７－９９．９９％，其形态８０％以上为球形。本发明专利技术的还原铁具有十分优异的性能，它有可能广泛地应用于农业、医学、畜牧业、渔业以及工业的各个方面，可作为食品、保健品、药品、饲料、肥料的添加剂。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化学气相沉积还原铁，特别涉及一种高纯度、高离散的球形还原铁。
技术介绍
铁是一种生命金属，在人体内的含量约为4000毫克(按体重70公斤计)，占人体重0.00057％，属人体16种必需微量元素之一。铁和其他生命金属一样，在体内以游离的水合金属离子以及与各种生物配体形成地金属配合物两种形式存在，以后者为主。周期表中铁是26号元素，在第4周期，属d区的过渡元素，有易于形成配合物的特性，在体内可以参与电子转移的反应。900年前，西藏名医永丹干布(公元112-203年)已有关于铁粉可用于治疗多种疾病的论断。铁是人类认识最早的，也是了解最清楚的微量元素，它是组成血红蛋白和肌红蛋白的重要成分，参与氧的运输和储存，也是细胞色素的组成成分，参与机体内氧的利用。在血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素中，均以Fe2+与原卟啉形成的配合物的形式存在，此外，铁还构成很多酶的活性中心，起着重要的作用。在目前人类所服用或实用的铁剂中，都含有一定比例的砷、铅、锰、镍、铬、镉、锑、钡、锡等有毒重金属组分。现有技术还难以将之完全清除，因而为铁剂的吸收和使用带来某些障碍。六十年代后期，铁的纯化问题首先在美国、日本、德国和英国获得初步突破，为无线电技术的需要而建立的高离散铁粉的方法(用于制造磁电质铁芯)已见记载，例如，(1)日本专利No.44-1159，27.05.1969；(2)美国专利No.3.376.129，02.04.1968；(3)联邦德国专利No.1 433 361，27.11.1964以及(4)英国专利No.1.098.522，07.01.1965所披露的技术。上述专利所提到的方法其技术关键在于用化学气相沉积(CVD法)的原理获得相当离散度(注意，但不是高纯度)的铁粉，其工艺在于将含铁化合物蒸汽在直径0.75-1.0米、高4-5米的中空装置内加以分解。为了分解的作用能进入到结合氮的铁微粒的结构中去以增强材料的电磁性能，需要气态的NH3作为介质。他们所公开的技术参数主要是液体的羰基铁加热至106-108℃时转化成蒸汽，羰基铁蒸汽以20-40立方米/小时流量进入装置的上层区域，再按每1立方米的气态羰基铁40升的比例加入气态NH3。其温度梯度可分为三个区域，每个区域的温度都是相同的。上层300-312℃，中层285-298℃，下曾275-282℃。上述专利(1)-(4)得到的铁粉，其共同缺点是不仅含有大量的Fe4N(重量占0.8-1.9％)，还含有相当数量的砷、铅、汞、磷、锰、硫、镍和硅等对人体有害的催化性有毒微量元素。这样的铁粉显然不适用于医学、食品和农业。七十年代初，前苏联也有一项关于CVD铁粉的专利(5)No.553 292，05.04.1974。该专利报道的方法在许多方面与上述专利(1)-(4)所提供的方法相似，不同的是反应装置内的温度，其上层温度为285-300℃，中层为313-320℃，下层为265-270℃。气态羰基铁的流量只有7-15立方米/小时。其优点可显著提高铁粉的离散性，微粒直径只有0.5-2.0微米，其铁含量高达70％。尽管如此，由于Fe4N的含量高达0.9-1.9％。这样的铁粉也同样不适用于药品、食品等行业。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题在于公开一种采用化学气相沉积还原法制备的高纯度、高离散的还原铁微粒，以及该还原铁微粒的制备方法和工业应用。该还原铁不仅结合氮含量较少，而且几乎不混有砷、铅、汞、锰、硫、硅、磷、镍及其他元素的成份。本专利将这种铁称为sCVD-铁，以别于以往人们所制备的CVD铁，sCVD-铁尽管也是一种高离散化学气相沉积铁，但它更纯，含铁量高达97-99.99％，其形态80％以上为球形。如用作药品或食品将更安全。为达到上述目的，就要改变会影响CVD-铁微粒形成的基本技术因素，即改变分别含铁化合物装置的外壳大小，改变羰基铁的投入(消耗量)，改变与高离散铁微粒的生成及其成长密切相关的上层区域的体积，还需要改变氨的投入量，如所周知，氨不但是形成结合碳的抑制剂，同时也是清除结合氮的主要“携带者”(主要以Fe4N的形式)。本专利技术的sCVD铁，系一种以羰基铁(carbonyl iron)为原料、采用特殊工艺制成的高纯度、高离散的气相沉积还原铁，该还原铁具有如下的特性该还原铁由具光滑表面的球状微粒所组成，其直径在0.1-3.5微米之间，有很高的生物活性；堆积密度为2.5-4.5克/立方厘米；球型sCVD-铁粉所占比例应不低于总量的80％；该还原铁的其它化学组分如下砷(＜0.0001％)、汞(＜0.0001％)、铅(＜0.0001％)、锡(＜0.0001％)、锑(＜0.0001％)、镉(＜0.0001％)、钡(＜0.0001％)、硒(＜0.0001％)、铬(＜0.0005％)、镍(＜0.0005％)、锰(＜0.0005％)、磷(＜0.001％)、硫(＜0.001％)、硅(＜0.004％)；结合氮的混杂物含量低于0.6％；结合碳和结合氧混杂物的含量大约各占0.7-0.9％；含铁量为97-99.99％sCVD-铁粉的化学成分可以下述经验式表示368Fe·28Fe4N·31Fe3C·9Fe3O4由上述公开的技术数据可见，本专利技术的还原铁具有十分优异的性能，它有可能广泛地应用于农业、医学、畜牧业、渔业以及工业的各个方面，可作为食品、保健品、药品、饲料、肥料的添加剂。上述的还原铁的制备方法如下(1)将液体羰基铁置于蒸发器内，在109-110℃温度条件下蒸发，形成含铁化合物羰基铁蒸汽；(2)将羰基铁蒸汽从顶部以5.5～6.5米3/小时的流量输入一个内径为0.5-0.6米、高3.0-3.9米的垂直分解装置(反应釜)，再沿着sCVD-分解装置轴心的切线方向，经顶部通道口(直径为0.18-.20米)，输入NH3蒸汽，加热至温度120-125℃；每立方米含铁物质输入NH3蒸汽的量为19.5～20.5升，在此条件下，sCVD-分解装置上层区域，可分成为两个纵向部分，顶盖下的上层区域，温度维持在240-260℃；而其余的上层区域，温度维持在305-308℃；中层区域需加热至320-325℃；最后，在sCVD-分解装置的下层区域则需加热至280-290℃。由分解装置的底部即可获得本专利技术的还原铁。所说的液体羰基铁可采用市售产品，如可采用四川857厂生产的液体羰基铁。由于人们一直没有找到为获得高纯度铁粉所需的分解羰基铁的最适宜的分解温度和最适宜的装置，而本专利技术通过试验，采用了上述的装置和分解条件，终于获得了所期望的高纯度和高离散的sCVD-铁。用上述方法获取的sCVD-铁粉具有高离散性，直径0.1-2.5微米的微粒占72％，结合氮的含量很低(低于0.6％)几乎不含有磷、砷、硅、锰、硫等元素，表1为sCVD-铁粉与从热加工含铁精矿粉的方法得到还原铁粉化学成分的比较。表1SCVD-铁粉中结合碳和结合氧混杂物的含量大约各占0.7-0.9％，结合氮混杂物的含量低于0.6％，所以，sCVD-铁粉可广泛应用于食品、保健、医学和畜牧业、农业。表2为sCVD铁同其他国家的已报道的CVD铁性能及制备条件的比较。表2 SCVD铁 前苏联CVD铁 美日德英CVD铁含铁量(％) 97-99.99 70以下 20以下有害元素 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学气相沉积球形还原铁，其特征在于，该还原铁中含铁量为９７－９９．９９％，砷（＜０．０００１％）、汞（＜０．０００１％）、铅（＜０．０００１％）、锡（＜０．０００１％）、锑（＜０．０００１％）、镉（＜０．０００１％）、钡（＜０．０００１％）、硒（＜０．０００１％）、铬（＜０．０００５％）、镍（＜０．０００５％）、锰（＜０．０００５％）、磷（＜０．００１％）、硫（＜０．００１％）、硅（＜０．００４％）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢弘，王泰安，王根凤，陈中健，来文，
申请(专利权)人：上海天嘉应用生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]