Werkstoffe für die Pulvermetallurgie - Eisenpulver

Die Metallpulverindustrie als Hersteller des grundlegenden Rohstoffs für die Pulvermetallurgie hat ihre Produktstruktur ebenfalls aktiv angepasst. Die Pulverproduktion hat sich stetig entwickelt, die Qualität wurde weiter verbessert und das Sortiment erweitert. Ultrafeines Eisenpulver ist einer der grundlegenden Rohstoffe für die Pulvermetallurgieindustrie. Aufgrund seiner großen spezifischen Oberfläche und seiner Aktivität weist es besondere Eigenschaften wie elektrische, magnetische, optische, katalytische, adsorptive und chemische Reaktionseigenschaften auf.

Daher ist ultrafeines Eisenpulver vielseitig einsetzbar, insbesondere in der Pulvermetallurgie, bei der Herstellung mechanischer Bauteile, der Produktion von Reibmaterialien, verschleißmindernden Materialien, superharten Materialien, magnetischen Materialien, Schmierstoffen und anderen Produkten. Darüber hinaus wird ultrafeines Eisenpulver in großem Umfang in der chemischen Industrie, beim Schneiden, in Heizmaterialien, Schweißelektroden und ähnlichen Bereichen eingesetzt. In den letzten Jahren hat Eisenpulver außerdem breite Anwendungsperspektiven in vielen Bereichen wie Elektromagnetik, Biologie, Medizin, Optik und Metallurgie eröffnet.

Herstellungsverfahren für Eisenpulver:

1. Roheisenpulver: Es wird durch Zerkleinern von Reststoffen aus der Gusseisen- oder Metallverarbeitungsindustrie hergestellt. Sein Kohlenstoffgehalt beträgt etwa 2-4 %. Es handelt sich um ein Eisenlegierungspulver, das gewöhnlich in der Abwasserbehandlung eingesetzt wird; dabei wird die galvanische Zellreaktion zur Entfärbung des Abwassers genutzt.
2. Reduziertes Eisenpulver: Reduziertes Eisenpulver wird durch ein chemisches Reduktionsverfahren hergestellt, bei dem Eisenoxid, das beim Walzen von Stahl entsteht, mithilfe von Kohlenmonoxid reduziert wird. Das durch dieses Verfahren erzeugte elementare Eisenpulver wird als „reduziertes Eisenpulver“ bezeichnet. Aufgrund seines guten Porenraums und seiner schwammartigen Mikrostruktur wird es auch „Schwammeisenpulver“ genannt. Der Eisengehalt beträgt im Allgemeinen mehr als 96,0 %. Es kann in der chemischen Reduktion, der Pulvermetallurgie und anderen Industrien eingesetzt werden. Aufgrund des hohen Eisenoxidanteils beträgt die Dichte des Pressprodukts jedoch gewöhnlich nur 5,8 g/cm3, die Härte ist relativ hoch und eine weitere Verarbeitung ist schwierig.
3. Elektrolytisches Eisenpulver    Das durch Elektrolyse von Stahlschrott in einer wässrigen Eisensulfatlösung erzeugte hochreine Eisen wird als „elektrolytisches Eisenpulver“ bezeichnet. Dieses elementare Eisenpulver weist eine sehr hohe Reinheit, sehr feine Partikel, eine unregelmäßige Form und eine große Oberfläche auf. Studien haben gezeigt, dass die chemische Aktivität und die Aufnahmequote durch den menschlichen Körper bei diesem elementaren Eisenpulver unter allen Eisenpulverarten am höchsten sind. Aufgrund der hohen Produktionskosten ist dieses elementare Eisenpulver jedoch schwer verbreitbar.
4. Hydroxyl-Eisenpulver    Hydroxyl-Eisenpulver ist eine aus Eisen und Hydroxylgruppen gebildete Verbindung Fe-OH. Seine physikalischen Eigenschaften sind kugelförmige Partikel. Es ist die feinste aller Arten elementarer Eisenpulver, weist jedoch eine sehr geringe Porendichte auf. Es kann in industriellen Entschwefelungsverfahren mit guter Entschwefelungswirkung eingesetzt werden. Unter bestimmten Bedingungen kann es ZnO ersetzen. Seine Kosten sind niedriger als die von ZnO und seine Entschwefelungswirkung ist besser. Aufgrund der hohen Produktionskosten wird dieses elementare Eisenpulver jedoch noch nicht weit verbreitet eingesetzt.
5. Atomisiertes Eisenpulver
(1) Wasseratomisiertes Eisenpulver: Es wird in zwei Herstellungsverfahren unterteilt: das Wasserzerstäubungsverfahren für kohlenstoffarmen flüssigen Stahl und das QMP-Verfahren
(2) Hochdruckgas wird verwendet, um auf den flüssigen Eisenstrom einzuwirken. Das gasatomisierte Eisenpulver oxidiert jedoch weiter. Nach der Abkühlung durch die Zerstäubung muss es erneut reduziert werden, bevor es von Sauerstoff befreit wird und als Fertigprodukt vorliegt. Im Vergleich zu wasseratomisiertem Eisenpulver ist ein zusätzlicher Reduktionsprozess erforderlich. Heute wird überwiegend wasseratomisiertes Eisenpulver verwendet.

Um welche Art von Ladung handelt es sich bei Eisenpulver und welche gefährlichen Eigenschaften weist es auf?
Welche Vorsichtsmaßnahmen sind beim Seetransport zu treffen? Sehen wir uns das gemeinsam an. Das als Gefahrgut beförderte reduzierte Eisenpulver ist ein graues oder schwarzes Pulver, das hauptsächlich elementares Eisen enthält. Seine Partikelgröße beträgt gewöhnlich weniger als 1 mm; es wird allgemein als „Doppelabsorptionsmittel“ bezeichnet. Es wird im Allgemeinen durch die Reduktion von Eisenoxiden (Magnetit, Eisenerzkonzentrat usw.) mithilfe fester oder gasförmiger Reduktionsmittel (Koks, Holzkohle, Anthrazit, Wassergas, umgewandeltes Erdgas, zersetztes Ammoniak, Wasserstoff usw.) hergestellt. Je nach Partikelgröße wird es in fünf Klassen eingeteilt: Grobpulver, mittleres Pulver, Feinpulver, Mikropulver und ultrafeines Pulver. Eisenpulver aus Partikeln mit einer Größe von 150-500 μm gilt als Grobpulver, mit einer Größe von 44-150 μm als mittleres Pulver, 10-44 μm als Feinpulver, 0,5-10 μm als Mikropulver und weniger als 0,5 μm als ultrafeines Pulver.

Die wichtigsten Verwendungszwecke von reduziertem Eisenpulver sind: ① Als Rohstoff für pulvermetallurgische Produkte entfallen etwa 60-80 % des gesamten Eisenpulververbrauchs darauf; ② als Rohstoff für Schweißelektroden: Durch die Zugabe von 10-70 % Eisenpulver zur Beschichtung kann das Schweißverhalten der Elektrode verbessert und die Abscheideleistung deutlich erhöht werden; ③ als Spritzmittel für das Brennschneiden: Beim Schneiden von Stahlerzeugnissen kann das Einspritzen von Eisenpulver in die Sauerstoff-Acetylen-Flamme die Schneidleistung verbessern, den Bereich der schneidbaren Stahlsorten erweitern und die schneidbare Dicke erhöhen; ④ Es kann auch als Reduktionsmittel bei der organischen chemischen Synthese, als Träger für Kopiertoner usw. verwendet werden. Seine reduzierenden und adsorptiven Eigenschaften werden zur Behandlung industrieller Feststoffabfälle und industrieller Abwässer genutzt; außerdem wird es im Produktionsprozess von Lithiumbatteriematerialien in der neuen Energieindustrie eingesetzt.

Herstellungsprozess von reduziertem Eisenpulver
Reduziertes Eisenpulver wird gewöhnlich durch Erzreduktion und durch Zerstäubung hergestellt.
1. Beim Verfahren der Eisenerzreduktion entsteht es im Allgemeinen durch die Reduktion von Eisen(III)-oxid in einem Wasserstoff- oder Kohlenmonoxidstrom unter hohen Temperaturen. Das durch diesen Prozess hergestellte reduzierte Eisenpulver weist unregelmäßige Partikel, geringe Schüttdichte und schlechte Kompressibilität auf, ist jedoch kostengünstig und wird häufig in großtechnischen Anwendungen wie Strukturteilen, Schweißelektroden und beim Metallschneiden eingesetzt. Je nach Reinheitsanforderungen wird es in primäres reduziertes Eisenpulver (direkt reduziertes Eisenpulver) und sekundäres reduziertes Eisenpulver unterteilt.
2. Zerstäubungsverfahren (Wassernebel, Gasnebel): Am häufigsten werden Gaszerstäubung und Wasserzerstäubung eingesetzt. Bei der Zerstäubung von Eisenpulver wird der metallische Eisenrohstoff zunächst zu einer Flüssigkeit geschmolzen (gewöhnlich auf 100~150 ℃ überhitzt). Anschließend wird er beim Durchgang durch die Düse und beim Auftreffen auf einen Hochgeschwindigkeitsluft- oder Wasserstrom in feine Tröpfchen zerstäubt. Die zerstäubten Tröpfchen erstarren im geschlossenen Zerstäubungszylinder schnell zu reduziertem Eisenpulver.

Beim Herstellungsprozess von atomisiertem Eisenpulver werden keine Verunreinigungen eingemischt. Es weist eine hohe Reinheit, gute Kompressibilität sowie eine kontrollierbare Partikelmorphologie und Partikelgröße auf. Daher wird es häufig in anspruchsvollen Bereichen wie mechanischen Bauteilen mit hoher Dichte eingesetzt. Die größte Gefahr von Eisenpulver besteht in seiner Selbsterwärmung. Reduziertes Eisenpulver reagiert leicht mit Wasser oder Luft, setzt dabei Wärme frei und erwärmt sich selbst. Bei Raumtemperatur läuft die Selbsterwärmungsreaktion sehr langsam ab. Erreicht die Temperatur mehr als 200 ℃, beschleunigt sich die Reaktionsgeschwindigkeit deutlich, wobei große Mengen Wärme und Wasserstoff entstehen. Steigt die Umgebungstemperatur weiter an oder ist viel Feuchtigkeit vorhanden, kann es sehr leicht zu einer Selbstentzündung kommen. Befinden sich Wasser oder feuchter Wasserdampf im Laderaum, reagiert reduziertes Eisenpulver leicht mit Wasser, wobei Wasserstoff und Wärme freigesetzt werden. Überschreitet das Volumenverhältnis von Wasserstoff und Luft 4 %, kann es zu einer heftigen Explosion kommen. Insbesondere bei Kontakt mit Salzwasser oder Meerwasser wird die Reaktion verstärkt.

Brennbares reduziertes Eisenpulver reagiert unter geeigneten Bedingungen mit dem Sauerstoff der Luft, entzündet sich und brennt, wobei viel Wärme freigesetzt wird. Partikel von reduziertem Eisenpulver haben eine große spezifische Oberfläche und sind sehr aktiv. Mit abnehmender Partikelgröße steigt seine Gefährlichkeit. Bei der Herstellung kann das kleinste Eisenpulver auf 1~5 Mikrometer verarbeitet werden. Allgemein gilt: Eisenpulver mit einer Körnung von -200 mesh (weniger als 75 Mikrometer) ist gefährlicher und leichter entzündlich.

Inhalationsgefahr: Die größte Gefahr von reduziertem Eisenpulver während der Produktions- und Lagerungsphase besteht in der Inhalation. Das kurzfristige Einatmen übermäßiger Mengen Eisenpulver oder Eisenoxidrauch und -staubs reizt die Atemwege und kann Pharyngitis, Husten, Kurzatmigkeit, Schwäche, Müdigkeit, Schüttelfrost, Schwitzen sowie Muskel- und Gelenkschmerzen verursachen. Langfristige Exposition und übermäßige Inhalation führen zur Ablagerung von Eisen in Lunge, Milz und Lymphsystem. Das Einatmen von Staub verursacht Flecken in der Lunge. Daher müssen bei der langfristigen Herstellung oder Verwendung von reduziertem Eisenpulver in den geschlossenen Bereichen, in denen es hergestellt und verwendet wird, eine Entstaubungs- und Abluftanlage vorhanden sein. Außerdem muss jede Person über eine vollständige Atemschutzausrüstung verfügen.