一种纯铁粉燃料及其制备、应用方法技术

本发明专利技术公开了一种纯铁粉燃料及其制备、应用方法，所述纯铁粉燃料包括纯铁粉，其化学成分为：C<0.005％，Si<0.0023％，Mn<0.02％，Fe≥99.95％。将纯铁原料放入真空熔炼炉中，真空熔炼炉真空度小于2Pa后对纯铁原料进行加热熔炼，钢水过热度为100～150℃后开始雾化，雾化结束后收集粉末，进行筛分得到粒径为50～100μm的纯铁粉。在燃料燃烧后直接得到细小颗粒的FeO

【技术实现步骤摘要】
一种纯铁粉燃料及其制备、应用方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种纯铁粉燃料及其制备、应用方法。

技术介绍

[0002]面对日益突出的能源安全和温室气体减排压力，研究“替代燃料”成为当前迫切任务。金属燃料作为一种高热值的新型燃料，其能量密度远远高于煤、石油、天然气等化石燃料，并且在燃烧的过程中不会产生硫氧化物、氮氧化物等有害气体。同时，地球上拥有丰富的金属矿产资源，且金属粉末生产技术成熟，使金属粉末的制造成本降低，为金属燃料的应用提供坚实的基础。专利《一种纳米铁粉燃料发电方法及其装置》(申请号：201710378169.4，公开号：CN107355300A)。公开了一种纳米铁粉燃料发电方法及其装置，该专利以纳米铁粉为燃料，纳米铁粉与氧气混合后被点燃，产生的热能转化为电能实现发电；对于燃烧产物FeO
x
，通过通入氢气还原FeO
x
，实现对燃烧产物的回收。该专利技术的纳米铁粉发电方案绿色环保、无污染、可重复利用，可替代现有不可再生能源。但是该方法需要纳米级铁粉，纳米级铁粉成本较高，不利于工业应用，此外纳米铁粉应用过程会出现团聚现象，会造成燃烧不充分、热值低的问题，也未见工业生产应用。基于金属燃料现状，现急需一种制备方便、实用的金属燃料制品来满足社会需求。
[0003]申请号201110057511.3的专利技术专利提供一种氧化铁红湿法提纯方法，工艺路线为：水洗—脱水—干燥，在水洗过程中加入氨含量为0.05％～35％的添加剂，脱水时采用离心脱水机进行分离杂质。其中添加剂优选为氨含量为0.05％～35％的氨气、氨水、碳酸氨或碳酸氢氨。干燥方法可为回转窑干燥或制浆—离心喷雾干燥。通过对氧化铁粉提纯获得高品质的氧化铁粉，可作为高端产品高磁导率的原料。由于该专利的原料是利用热轧酸洗废液，虽然经提纯处理后可以去除部分杂质元素，但仍然会残留一定量的Al、Cr、Na、P、Si、S、Cl等元素，影响铁红的性能。基于生产铁红的现状，现急需一种方便、实用、节能环保的方式制备高端铁红。
[0004]采用纳米级铁粉成本较高，不利于工业应用，此外纳米铁粉应用过程会出现团聚现象，会造成燃烧不充分、热值低的问题。同时利用热轧酸洗废液，虽然经提纯处理后可以去除部分杂质元素，但仍然会残留一定量的Al、Cr、Na、P、Si、S、Cl等元素，影响铁红的性能。基于上述现状，急需一种方便、实用、节能环保的金属燃料制品，同时可以得到高纯度的铁红产品，满足社会需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种纯铁粉燃料及其制备方法，解决现有技术纳米级铁粉成本较高，以及纳米铁粉应用过程会出现团聚现象，造成燃烧不充分、热值低的问题。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种纯铁粉燃料燃烧制备FeO
x
的方法，在燃料燃烧后直接得到细小颗粒的FeO
x
作为生产铁红的原料，解决现有技术在生产铁红的过程中对铁红造成污染的问题。
[0007]本专利技术的再一个目的在于提供一种利用纯铁粉燃料燃烧生成的FeO
x
制备软磁材料用高纯α
‑
Fe2O3的方法，解决现有技术生产铁红的元素残留，影响铁红性能的问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种纯铁粉燃料，包括纯铁粉，所述纯铁粉化学成分重量百分比为：C<0.005％，Si<0.0023％，Mn<0.02％，Fe≥99.95％，余量为不可避免的杂质，所述纯铁粉粒径为50～100μm。所述C<0.005％，以便在纯铁粉作为燃料燃烧时降低碳排放；Si<0.0023％，以便在纯铁粉作为燃料燃烧后减少SiO2的生成量；Mn<0.02％，减少纯铁粉作为燃料燃烧后MnO的生成量；Fe≥99.95％，保证最终产品中铁红的含量；所述纯铁粉粒径为50～100μm，粒径小于50μm，铁粉容易团聚，大于100μm，颗粒过大不利于充分燃烧。
[0010]进一步的，所述纯铁粉中实心粉质量占比达到99％以上，纯铁粉的松装密度达到4.4～4.8g/cm3。所述的实心粉质量占比多，松装密度大有利于保证单位体积燃料热值最大化。
[0011]一种纯铁粉燃料的制备方法，包括以下内容：
[0012]制粉：将纯铁原料放入真空熔炼炉中，首先对真空熔炼炉抽真空，真空度小于2Pa后对纯铁原料进行加热熔炼，待纯铁原料熔化后，控制钢水过热度为100～150℃后开始雾化，雾化采用氩气或氮气，雾化气体的压力为2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；粉末筛分：将收集粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的纯铁粉。控制钢水过热度为100～150℃后开始雾化，温度低于100℃，钢水流动性差，影响雾化效果，温度高于150℃，熔炼温度过高，影响炉衬寿命，进而影响钢水的洁净度；雾化气体的压力为2.0～4.0MPa，压力低于2.0MPa，粉末雾化速度过慢，容易出现雾化中断现象，压力高于4.0MPa，粉末雾化速度过快，粉末颗粒的粒度粗大，影响使用效果。
[0013]进一步的，利用空心纯铁粉与实心纯铁粉的密度差，对雾化后收集的或经筛选得到的粉末进行分离，分离得到实心纯铁粉，实心纯铁粉中实心粉质量占比达到99％以上，实心纯铁粉的松装密度达到4.4～4.8g/cm3。
[0014]进一步的，所述纯铁原料化学成分重量百分比为：C<0.01％，Si<0.005％，Mn<0.03％，Fe≥99.93％，余量为不可避免的杂质。所述C<0.01％，以便在纯铁粉作为燃料燃烧时降低碳排放；Si<0.005％，以便在纯铁粉作为燃料燃烧后减少SiO2的生成量；Mn<0.03％，减少纯铁粉作为燃料燃烧后MnO的生成量，Fe≥99.93％，保证最终产品中铁红的含量。
[0015]一种纯铁粉燃料的燃烧方法，将纯铁粉和氧气送入燃烧设备中燃烧，燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeO
x
粉，释放出的热量被吸收利用(反应方程式见式1)，生成的FeO
x
粉经冷却后进行收集。
[0016]Fe(s)+(X/2)O2(g)
→
FeO
x
+Q
ꢀꢀꢀ
(1)
[0017]燃烧产物FeO
x
粉以100～300℃/s温降速度冷却至80℃以下进行收集，得到的FeO
x
粒径不超过2mm。
[0018]燃烧产物FeO
x
粉以100～300℃/s温降速度冷却至80℃以下，可以直接得到粒径不超过2mm细小颗粒的FeO
x
作为生产铁红的原料，不需要进行加工，减少了机加工的工序，简化流程，降低成本，减少加工过程对原料造成的污染。
[0019]纯铁粉燃烧所用燃烧设备包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯铁粉燃料，其特征在于，包括纯铁粉，所述纯铁粉化学成分重量百分比为：C<0.005％，Si<0.0023％，Mn<0.02％，Fe≥99.95％，余量为不可避免的杂质，所述纯铁粉粒径为50～100μm。2.根据权利要求1所述的纯铁粉燃料，其特征在于，所述纯铁粉中实心粉质量占比达到99％以上，纯铁粉的松装密度达到4.4～4.8g/cm3。3.一种权利要求1或2所述的纯铁粉燃料的制备方法，其特征在于，包括以下内容：制粉：将纯铁原料放入真空熔炼炉中，首先对真空熔炼炉抽真空，真空度小于2Pa后对纯铁原料进行加热熔炼，待纯铁原料熔化后，控制钢水过热度为100～150℃后开始雾化，雾化采用氩气或氮气，雾化气体的压力为2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；粉末筛分：将收集粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的纯铁粉。4.根据权利要求3所述的纯铁粉燃料的制备方法，其特征在于，利用空心纯铁粉与实心纯铁粉的密度差，对雾化后收集的或经筛选得到的粉末进行分离，分离得到实心纯铁粉，实心纯铁粉中实心粉质量占比达到99％以上，实心纯铁粉的松装密度达到4.4～4.8g/cm3。5.根据权利要求3所述的纯铁粉燃料的制备方法，其特征在于，纯铁原料化学成分重量百分比为：C<0.01％，Si<0.005％，Mn<0.03％，Fe≥99.93％，余量为不可避免的杂质。6.一种权利要求1或2所述的纯铁粉燃料的燃烧方法，其特征在于，将纯铁粉和氧气送入燃烧设备中燃烧，燃烧温度达到1000～1200℃，燃烧产物为FeO
x
粉，释放出的热量被吸收利用，生成FeO
x
粉经冷却后进行收集。7.根据权利要求6所述的纯铁粉燃料的燃烧方法，其特征在于，燃烧产物FeO
x
粉以100～300℃/s温降速度冷却至80℃以下进行收集，得到的FeO
x
粒径不超过2mm。8.根据权利要求6所述的纯铁粉燃料的燃烧方法，其特征在于，所述燃烧设备包括燃烧器(4)，燃烧器(4)入口处设有供氧管(1)，供粉管(2
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1)，点火装置(3)；燃烧器(4)的散热面与热交换器(5)连接，燃烧器(4)出口与燃烧产物的输送通道(7)相连，输送通道(7)外部设有冷却器(6)，输送通道(7)的出口与收集器(9)相连；将纯铁粉和氧气喷入燃烧器(4)内，并由点火装置(3)点燃，纯铁粉用压力为0.3～0.5MPa的空气由供粉管(2
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1)喷入燃烧器(4)内，纯铁粉喷入量为2～5kg/min，氧气由供氧管(1)喷入，压力为0.2～0.4MPa，喷入量为0.8～1.5m3/min，燃烧器(4)内纯铁粉与氧气发生燃烧释放出的热量被热交换器(5)吸收，生成的FeO
x<...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖相巍，常桂华，尚德礼，李广帮，彭春霖，黄玉平，宋成民，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：