一种火焰法制备球形氧化铁的方法技术

本发明专利技术公开了一种火焰法制备球形氧化铁的方法，首先将空气和氧气给入预先混合室内进行预先混合，然后将天然气和预先混合气体给入一次混合室内进行一次混合，最后将氧化铁普通粉体颗粒和一次混合气体给入二次混合室内进行二次混合，二次混合物在正压力作用下通过燃烧器喷嘴喷出，经喷嘴下方处设置的电磁打火器点火、燃烧，使不规则的氧化铁粉体颗粒表面经火焰高温区迅速熔融，在炉内负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒，通过旋风分离器和布袋除尘器收集得到最终产品球形氧化铁颗粒。本发明专利技术具有火焰温度高且温度场集中，有利于提高处理量，降低产品能耗，同时可降低天然气用量，减少烟气排放量。减少烟气排放量。减少烟气排放量。

【技术实现步骤摘要】
一种火焰法制备球形氧化铁的方法


[0001]本专利技术属于粉体火焰熔融法球形化
，具体涉及一种球形氧化铁制备方法，尤其是涉及一种基于天然气—氧气的熔融球形氧化铁制备方法。

技术介绍

[0002]高温熔融广泛应用于焊接工艺中，采用高温熔融的方式使不规则形状颗粒在表面张力的作用下形成球形是球形化的基本原理。与普通粉体相比，球形粉体颗粒粒径小且分布均匀，表面形貌规则，粉体的堆积密度显著增大，可以很大程度上改善粉体的流动性和分散性，最大限度地消除团聚的影响，同时粉体内部的缺陷也能得到改善。
[0003]目前，球形粉体颗粒的制备方法有物理方法和化学方法。物理方法包括机械粉碎法、等离子法，机械粉碎法不适于制备较高质量要求的粉体颗粒，等离子法在制备球形粉体方面有独特的优势，但是仍存在等离子设备价格昂贵、生产成本高、产出率低等问题。化学方法包括气相法、液相法，气相法有等离子气相法、化学气体凝结法、溅射法等，目前应用较多的是等离子气相法。气相法制得的球形粉体纯度更高、粒径小且易控制、反应快、分散性好，生产成本低，但是对设备性能要求高，技术难度大，安全性能较差。液相法是工业应用较多的方法，典型的液相法有沉淀法、乳液法、溶胶—凝胶法、水热合成法、喷雾法等。液相法制得的球形粉体表面光洁度好，粒径易控制，颗粒纯度更高，所需设备操作性高，但是制得的粉体分子间隙大。
[0004]利用火焰熔融方法制备球形硅微粉、球形氧化铁、球形氧化镁等粉体材料的研究已有报道。该方法主要采用乙炔或天然气作为洁净热源，高温熔化普通微细粉体制备球形粉体，与等离子体高温火焰相比，不再涉及电磁学理论及离子在电磁场中流动和运动的问题，使研究和生产控制更趋于简化，更容易实现。因此，火焰法制备球形粉体更易实现工业化大规模生产，更具发展前途和潜力。
[0005]《武汉理工大学学报》2011年第九期发表的《氧气—乙炔火焰法制备球形二氧化硅粉体研究》一文，以天然二氧化硅粉体为原料，实验使用燃烧器功率为10～13kW，控制乙炔流量0.6～0.9m3/h，氧气流量0.8～1.2m3/h，送粉速率10～20g/min时，制备出球化率95％以上的球形二氧化硅。该方法不足之处是乙炔气体不易直接获取，一定程度上限制了工业规模化实施。专利《一种高纯低放射性球形硅微粉及其制备方法》(CN112591756A)，将精选的天然石英材料研磨、提纯制得平均粒径在0.1～50μm可调的超细硅微粉，以天然气和氧气燃烧火焰法制取表面光滑致密，球形度高，高流动性、低粘度的球形硅微粉。专利《一种球形氧化镁及其制造方法》(CN109095482A)，将氧化镁粉末通过火焰熔融法熔化形成球形液滴状熔体，助燃气体选用氧气和天然气，形成高温火焰，冷却定型，形成球形氧化镁。制备的球形氧化镁具有较好的流动性、优良的导热性能。其氧化镁含量≥85％，平均粒径2～150μm，球形度≥0.86，含水量≤8％wt，密度3.0～3.8g/cm3。以上两项专利方法均采用天然气和氧气燃烧作为热源，天然气完全燃烧时理论氧气消耗量是其体积的2倍左右，当大规模工业化生产时，需要投入多台大型制氧设备，制氧设备价格昂贵且制氧能耗在1.1～1.5kW
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h/Nm3。
因此，有必要寻找一种较低成本、易于工业化实施的火焰熔融球形化方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是针对现有技术存在的设备投资大、天然气用量大、火焰温度低以及系统处理量小、产品能耗高、球型化率不高等技术难题，而提供一种火焰法制备球形氧化铁的方法。本专利技术方法通过灵活调节火焰气氛、温度以及长度，达到制备球形氧化铁颗粒的目的。
[0007]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种火焰法制备球形氧化铁的方法，其特征在于采用以下步骤进行：
[0008]1)空气、氧气预先混合：将空气和氧气分别通过空气压力管道、氧气压力管道按照设定的体积比给入混合室内进行预先混合，得到预先混合气体；所述的空气压力管道压力控制在5.0～7.0kPa，氧气压力管道压力控制在6.0～8.0kPa；空气和氧气形成的预先混合气体中总氧气体积浓度控制在27.0％～29.8％。
[0009]本步骤中，空气和氧气形成的预先混合气体中总氧气体积浓度控制在27.5％～29.5％为佳。
[0010]2)预先混合气体、天然气一次混合：将天然气和步骤1)中的预先混合气体按照设定的体积比给入一次混合室内进行一次混合，得到一次混合气体；所述的天然气管道压力为6.0～8.0kPa，同时控制步骤1)、2)中的空气、天然气、氧气三者体积百分比在(5.56～6.07)∶1.0∶(0.50～0.70)，即控制空气过剩系数(外加氧气体积换算为空气体积)在0.83～0.99。
[0011]3)氧化铁普通粉体颗粒、一次混合气体二次混合：将氧化铁普通粉体颗粒和步骤2)中的一次混合气体按照设定的体积比给入二次混合室内进行二次混合，得到二次混合物；所述的氧化铁普通粉体颗粒和一次混合气体体积比控制在0.10/10000～0.29/10000，二次混合室内压力控制在5.0～7.0kPa；
[0012]所述的氧化铁普通粉体颗粒是铁品位≥62.0％的赤铁矿精矿或铁品位≥64.0％的磁铁矿精矿、粒度为1～50μm粒级的质量占比≥99％为宜。
[0013]4)二次混合物点火、燃烧：步骤3)中的二次混合物在二次混合室内正压力作用下通过燃烧器喷嘴喷出，经喷嘴处下方设置的电磁打火器点火、燃烧；燃烧的火焰温度控制在1500℃～1800℃，火焰长度控制在0.5m～1.0m；
[0014]5)冷却、收集：步骤4)中不规则的氧化铁粉体颗粒表面经火焰高温区迅速熔融，在炉内负压作用下快速进入冷却区，冷凝成球状的小颗粒，通过旋风分离器和布袋除尘器收集得到最终产品球形氧化铁颗粒。
[0015]进一步地，空气由轴流式鼓风机或旋涡式环形鼓风机给入预先混合室，氧化铁普通粉体颗粒由负压输入到一次混合室。
[0016]进一步地，所述的天然气和氧气均为工业级，其中氧气由制氧机制取。
[0017]与现有技术相比，本专利技术一种火焰法制备球形氧化铁的方法，具有如下优点：
[0018](1)同时采用空气、氧气作为天然气燃烧的助燃气体，与单独采用氧气相比，节约了制氧成本及设备投资；与单独采用空气相比，有利于提高火焰温度，降低天然气的燃点和燃尽时间，同时可降低天然气用量，减少烟气排放量。
[0019](2)可灵活调节空气、天然气、氧气三者用量的配比，获取中性焰、还原焰(碳化焰)和氧化焰三种气氛，通过控制燃烧的温度及火焰长度，特别适用于不同原料制备球形粉体颗粒。
[0020](3)与普通空气中燃烧相比，火焰温度高且温度场集中，加快了气固两相间的热量传递速度，有利于提高处理量，降低产品能耗。
[0021](4)试验研究表明，采用本专利技术方法制备的产品的球形氧化铁颗粒产品中，球型化率高达95.5％以上。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种火焰法制备球形氧化铁的方法的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火焰法制备球形氧化铁的方法，其特征在于采用以下步骤进行：1)空气、氧气预先混合：将空气和氧气分别通过空气压力管道、氧气压力管道按照设定的体积比给入混合室内进行预先混合，得到预先混合气体；所述的空气压力管道压力控制在5.0～7.0kPa，氧气压力管道压力控制在6.0～8.0kPa；空气和氧气形成的预先混合气体中总氧气体积浓度控制在27.0％～29.8％。2)预先混合气体、天然气一次混合：将天然气和步骤1)中的预先混合气体按照设定的体积比给入一次混合室内进行一次混合，得到一次混合气体；所述的天然气管道压力为6.0～8.0kPa，同时控制步骤1)、2)中的空气、天然气、氧气三者体积百分比在(5.56～6.07)∶1.0∶(0.50～0.70)，即控制空气过剩系数(外加氧气体积换算为空气体积)在0.83～0.99。3)氧化铁普通粉体颗粒、一次混合气体二次混合：将氧化铁普通粉体颗粒和步骤2)中的一次混合气体按照设定的体积比给入二次混合室内进行二次混合，得到二次混合物；所述的氧化铁普通粉体颗粒和一次混合气体体积比控制在0.10/10000～0.29/10000，二次混合室内压力控制在5.0～7.0kPa；4)二次混合物点火、燃烧：步骤3)中的二次混合物在二次混合室内正压力作用下通过燃烧器喷嘴喷出，经喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：许传华，刘亚辉，汪光辉，沈进杰，张会建，
申请(专利权)人：中钢集团马鞍山矿院新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：