一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法技术

本发明专利技术公开了一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法，空心铁粉燃料包括空心铁粉，主要由铁粉基体和铁粉内部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。制备方法包括：选用空心铁粉为原料；渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空,通入氢气操作，保持炉内压力为0.4～0.6MPa，然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；筛分或破碎

【技术实现步骤摘要】
一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种空心铁粉燃料及其制备、使用方 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，且金属冶炼技术成熟，能够为金属 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，该方案以纳米铁粉为燃料，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Fe3O4，通过通入氢气还原Fe3O4， 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，此外纳米铁粉燃烧热值有限。因此该铁粉燃料未见工业 生产应用。
[0003][0004]基于金属燃料现状，现急需一种方便、实用的金属燃料制品来满足社会需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种空心铁粉燃料及其制备、使用方法，利用空心铁 粉制备一种空心储氢铁粉燃料，解决单独使用铁粉燃烧热值有限的问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种空心铁粉燃料，包括空心铁粉，所述空心铁粉主要由铁粉基体和铁粉内 部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所 述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。
[0008]优选的，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，余量为 Fe和不可避免杂质。本专利技术空心铁粉基体的C<0.01％，以便最终空心铁粉燃烧 时降低碳排放。
[0009]优选的，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比还含有P：0.09％～0.24％。 由于P元素容易产生晶界偏析和产生磷化铁析出，破坏钢材塑性、韧性。通常情 况下，普通质量级钢中P≤0.045％，磷含量大于0.045％将显著降低钢材塑韧性， 这种低塑韧性的铁粉有利于燃烧时爆裂为无数细小颗粒，使燃烧更充分，且P 也为强发热元素，P的燃烧热值约为Fe的3倍，有利于提高热值。当然P含量 也不能太高，如果过高导致钢材塑性、韧性太低，从而导致燃烧时爆裂无力，不 容易爆裂为无数细小颗粒，因此上限定为0.24％。
[0010]优选的，还包括以下一种及以上内容：所述空心铁粉的粒径为50～100μm； 所述铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的 80％以上；所述基体外部整体闭合结构的空心铁粉中包括内部空腔为1个及以上， 其中，所述内部空腔为2个
及以上的，各空腔之间相互独立或相互连通，所述内 部空腔为3个及以上的，各空腔之间部分独立，部分连通。
[0011]本专利技术空心铁粉粒径为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。铁粉基体为外部整体闭合的结构有利于氢气 的存储，至于铁粉内部空腔的数量，结构关系，连通与否，在外部整体闭合的前 提下对氢气的存储没有影响，即内部腔体可以是任意结构。另外，对氢气的存储 量要求不高的情况下，铁粉基体可以是未闭合结构。
[0012]铁粉基体是否为未闭合结构可以通过取样采用显微镜或扫描电镜观察。
[0013]一种如上所述空心铁粉燃料的制备方法，包括以下内容：
[0014]1)选用空心铁粉为原料；
[0015]2)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作， 然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；直到渗氢结束，一直 保持炉内压力为0.4～0.6MPa；
[0016]3)筛分或破碎
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筛分：所述筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除 烧结大颗粒得到所要的空心铁粉；所述破碎
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筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉， 将烧结大颗粒破碎后再筛分去除剩余的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉。
[0017]本专利技术炉内压力为0.4～0.6MPa，大于0.4MPa有利于氢气扩散，若大于 0.6MPa则会引起不必要的工艺成本增加。直到渗氢结束，是为了防止外部空气 进入渗氢炉使铁粉氧化。升温至800～900℃，大于800℃有利于氢气扩散，若大 于900℃则会引起不必要的工艺成本增加。保温5～8小时同样是为了既保证铁粉 吸收更多的氢气，又能保证成本较低。所述烧结大颗粒为渗氢过程由于高温作用 导致不可避免的产生轻微粉末烧结，产生少量烧结大颗粒。
[0018]进一步的，所述作为原料的空心铁粉的制备方法包括以下内容：
[0019]制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对纯铁 进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为 2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；
[0020]粉末筛分：将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的粉末；
[0021]提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，对粉末进行分离，分离 得到空心铁粉粉末；
[0022]所述粉末筛分和提取空心铁粉的顺序不分先后。
[0023]本专利技术过热度为100～150℃和雾化压力为2.0～4.0MPa是为了保证雾化效果， 既不堵水口，也能保证出粉率。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。
[0024]优选的，所述渗氢炉为真空管式炉，或其它形式具备真空、加热和加压条件 的炉子；所述对渗氢炉进行抽真空，通入氢气的操作进行1～5次，目的是保证炉 内氢气的纯净度；所述筛分采用震动筛，所述破碎采用对辊破碎机；所述经筛分 得到的空心铁粉的粒径为50～100μm；将筛分去除的烧结大颗粒经破碎后再筛分 一次，去除剩余的烧结大颗粒，提高合格空心铁粉的收得率。
[0025]优选的，所述纯铁为工业纯铁，其化学成分重量百分比为：C<0.005％，余 量为Fe
和不可避免杂质；所述筛分采用震动筛；空心铁粉提取采用气流分级机 进行分离。
[0026]本专利技术工业纯铁C<0.005％，是为了保证得到的空心铁粉基体的C<0.01％， (熔炼及增磷过程会引起少量增碳，导致成品空心铁粉略高于工业纯铁原料碳含 量)以便最终空心铁粉燃烧时降低碳排放。空心铁粉提取采用气流分级机进行分 离，分离得到的空心铁粉既包括基体外部整体闭合的，又包括基体外部整体未闭 合的。
[0027]进一步的，所述作为原料的空心含磷铁粉的制备方法，将磷铁细粉与空心铁 粉混合均匀，放入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心铁粉燃料，其特征在于，包括空心铁粉，所述空心铁粉主要由铁粉基体和铁粉内部空腔所组成，所述铁粉基体包括外部整体闭合结构和外部整体未闭合结构，所述铁粉基体内溶解氢气，基体外部整体闭合结构的铁粉内部空腔充满氢气。2.根据权利要求1所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比为：C<0.01％，余量为Fe和不可避免杂质。3.根据权利要求1或2所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，所述空心铁粉基体的化学成分重量百分比还含有P：0.09％～0.24％。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种空心铁粉燃料，其特征在于，还包括以下一种及以上内容：所述空心铁粉的粒径为50～100μm；所述铁粉基体外部整体闭合结构的空心铁粉总重量占全部空心铁粉总重量的80％以上；所述基体外部整体闭合结构的空心铁粉中包括内部空腔为1个及以上，其中，所述内部空腔为2个及以上的，各空腔之间相互独立或相互连通，所述内部空腔为3个及以上的，各空腔之间部分独立，部分连通。5.一种权利要求1～4任一项所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，包括以下内容：1)选用空心铁粉为原料；2)渗氢：将空心铁粉置于渗氢炉内，对渗氢炉进行抽真空，通入氢气操作，然后升温至800～900℃，保温5～8小时，随炉冷却至室温；直到渗氢结束，一直保持炉内压力为0.4～0.6MPa；3)筛分或破碎
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筛分：所述筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，经筛分后去除烧结大颗粒得到所要的空心铁粉；所述破碎
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筛分是将从渗氢炉内取出的铁粉，将烧结大颗粒破碎后再筛分去除剩余的烧结大颗粒得到所要的空心铁粉。6.根据权利要求5所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，所述作为原料的空心铁粉的制备方法包括以下内容：制粉：将纯铁放入熔炼炉中，将熔炼炉抽至真空，真空度小于2Pa后对纯铁进行加热，待纯铁熔化，过热度为100～150℃后开始雾化，雾化压力为2.0～4.0MPa，雾化结束后收集粉末；粉末筛分：将粉末进行筛分，筛选得到粒径为50～100μm的粉末；提取空心铁粉：利用空心铁粉与实心铁粉的密度差，对粉末进行分离，分离得到空心铁粉粉末。7.根据权利要求6所述的空心铁粉燃料的制备方法，其特征在于，将磷铁细粉与空心铁粉混合均匀，放入真空加热炉中...

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