Materiali per la metallurgia delle polveri - polvere di ferro

L’industria manifatturiera delle polveri metalliche, in quanto materia prima di base per la metallurgia delle polveri, ha inoltre adeguato attivamente la propria struttura produttiva. La produzione di polveri si è sviluppata stabilmente, la qualità è stata ulteriormente migliorata e la varietà è aumentata. La polvere di ferro ultrafine è una delle materie prime di base per l’industria della metallurgia delle polveri. Grazie alla sua grande area superficiale specifica e alla sua attività, presenta proprietà speciali quali elettricità, magnetismo, luce, catalisi, adsorbimento e reazione chimica.

Pertanto, la polvere di ferro ultrafine ha un’ampia gamma di impieghi, principalmente nella metallurgia delle polveri, nella produzione di parti meccaniche, nella produzione di materiali d’attrito, materiali antiattrito, materiali superduri, materiali magnetici, lubrificanti e altri prodotti. In secondo luogo, la polvere di ferro ultrafine è ampiamente utilizzata nell’industria chimica, nel taglio, nei materiali riscaldanti, negli elettrodi per saldatura, ecc. Negli ultimi anni, la polvere di ferro ha inoltre mostrato ampie prospettive applicative in molti campi, quali elettromagnetismo, biologia, medicina, ottica, metallurgia, ecc.

Metodo di produzione della polvere di ferro:

1. Polvere di ghisa: viene prodotta frantumando i materiali residui dell’industria della ghisa o della lavorazione dei metalli. Il suo contenuto di carbonio è di circa il 2-4%. È una polvere di lega di ferro, generalmente utilizzata nell’industria del trattamento delle acque reflue; sfrutta la reazione della pila galvanica per decolorare le acque reflue.
2. Polvere di ferro ridotto: il metodo di produzione della polvere di ferro ridotto consiste nella riduzione chimica, ovvero nell’utilizzo del monossido di carbonio per ridurre l’ossido di ferro prodotto durante la laminazione dell’acciaio. La polvere di ferro elementare prodotta con questo metodo è chiamata "polvere di ferro ridotto". Poiché presenta una buona porosità e una microstruttura simile a una spugna, è chiamata anche "polvere di ferro spugnoso". Il contenuto di ferro è generalmente superiore al 96,0%. Può essere utilizzata nella riduzione chimica, nella metallurgia delle polveri e in altri settori, ma, a causa dell’elevato contenuto di ossido di ferro, la densità del prodotto pressato è generalmente di soli 5,8g/cm3, la durezza è relativamente elevata ed è difficile sottoporlo a ulteriori lavorazioni.
3. Polvere di ferro elettrolitica Il ferro di elevata purezza prodotto mediante elettrolisi di rottami d’acciaio in una soluzione acquosa di solfato ferroso è chiamato "polvere di ferro elettrolitica". Questa polvere di ferro elementare ha una purezza molto elevata, particelle molto fini, forma irregolare e ampia area superficiale. Gli studi hanno dimostrato che l’attività chimica e il tasso di assorbimento umano di questa polvere di ferro elementare sono i più elevati tra tutti i tipi di polveri di ferro. Tuttavia, a causa degli elevati costi di produzione, questa polvere di ferro elementare è difficile da diffondere.
4. Polvere di ferro ossidrilato La polvere di ferro ossidrilato è un composto Fe-OH formato da ferro e gruppi ossidrilici. Le sue proprietà fisiche consistono in particelle tondeggianti. È la più fine tra tutti i tipi di polveri di ferro elementare, ma la sua densità apparente è molto bassa. Può essere utilizzata nel processo di desolforazione industriale, con un buon effetto desolforante. In determinate situazioni può sostituire ZnO. Il suo costo è inferiore a quello di ZnO e il suo effetto desolforante è migliore. Tuttavia, a causa degli elevati costi di produzione, questa polvere di ferro elementare non è ancora ampiamente utilizzata.
5. Polvere di ferro atomizzata
(1) Polvere di ferro atomizzata ad acqua: suddivisa in due processi di produzione: il metodo di atomizzazione ad acqua dell’acciaio liquido a basso tenore di carbonio e il metodo QMP
(2) Utilizza gas ad alta pressione per colpire il flusso di ferro liquido, ma la polvere di ferro atomizzata a gas si ossida ulteriormente. Dopo il raffreddamento mediante atomizzazione, deve essere nuovamente sottoposta a riduzione prima di poter essere deossidata e trasformata nel prodotto finito. Rispetto alla polvere di ferro atomizzata a gas, è necessario un ulteriore processo di riduzione. Attualmente, la maggior parte della polvere di ferro è atomizzata ad acqua.

Dunque, che tipo di merce è la polvere di ferro e quali sono le sue caratteristiche di pericolosità?
Quali precauzioni devono essere adottate durante il trasporto marittimo? Esaminiamole insieme. La polvere di ferro ridotto, una merce pericolosa, è una polvere grigia o nera contenente principalmente ferro elementare, con una granulometria generalmente inferiore a 1mm, comunemente nota come "doppio assorbente". Viene generalmente prodotta riducendo gli ossidi di ferro (ossido ferroso-ferrico, concentrato di ferro, ecc.) mediante agenti riducenti solidi o gassosi (coke, carbone di legna, antracite, gas d’acqua, gas naturale convertito, ammoniaca decomposta, idrogeno, ecc.). In base alla granulometria, è suddivisa in cinque categorie: polvere grossolana, polvere media, polvere fine, polvere microfine e polvere ultrafine. La polvere di ferro composta da particelle di 150-500μm è una polvere grossolana, quella con particelle di 44-150μm è una polvere media, quella di 10-44μm è una polvere fine, quella di 0.5-10μm è una polvere microfine e quella inferiore a 0.5μm è una polvere ultrafine.

I principali impieghi della polvere di ferro ridotto sono: ① come materia prima per i prodotti di metallurgia delle polveri, con un consumo pari a circa il 60-80% del consumo totale di polvere di ferro; ② come materia prima per gli elettrodi per saldatura: l’aggiunta del 10-70% di polvere di ferro al rivestimento può migliorare il processo di saldatura dell’elettrodo e aumentare notevolmente l’efficienza di deposito; ③ come agente di spruzzatura per il taglio alla fiamma: durante il taglio dei prodotti in acciaio, spruzzare polvere di ferro nella fiamma ossiacetilenica può migliorare le prestazioni di taglio, ampliare la gamma dei tipi di acciaio tagliabili e aumentare lo spessore che può essere tagliato; ④ può inoltre essere utilizzata come agente riducente nella sintesi chimica organica, come supporto per l’inchiostro delle fotocopiatrici, ecc. Le sue proprietà riducenti e adsorbenti vengono utilizzate per trattare i rifiuti solidi industriali e le acque reflue industriali; è inoltre ampiamente utilizzata nel processo di produzione dei materiali per batterie al litio nel settore delle nuove energie.

Processo di produzione della polvere di ferro ridotto
La polvere di ferro ridotto viene generalmente prodotta mediante il metodo di riduzione del minerale di ferro e il metodo di atomizzazione.
1. Il metodo di riduzione del minerale di ferro consiste generalmente nella riduzione dell’ossido ferrico in una corrente di gas di idrogeno o monossido di carbonio ad alta temperatura. La polvere di ferro ridotto prodotta con questo processo presenta particelle irregolari, bassa scorrevolezza e scarsa comprimibilità, ma è economica e viene spesso utilizzata in applicazioni su larga scala, quali parti strutturali, elettrodi per saldatura e taglio dei metalli. In base ai requisiti di purezza, viene suddivisa in polvere di ferro ridotto primaria (polvere di ferro ridotto direttamente) e polvere di ferro ridotto secondaria.
2. Metodo di atomizzazione (nebulizzazione ad acqua, nebulizzazione a gas) I metodi più utilizzati sono l’atomizzazione a gas e l’atomizzazione ad acqua. Durante l’atomizzazione della polvere di ferro, la materia prima metallica di ferro viene innanzitutto fusa allo stato liquido (generalmente surriscaldata di 100~150℃), quindi viene atomizzata in goccioline fini quando attraversa l’ugello e incontra un flusso d’aria ad alta velocità o un flusso d’acqua. Le goccioline atomizzate si solidificano rapidamente trasformandosi in polvere di ferro ridotto all’interno del cilindro di atomizzazione chiuso.

Nel processo di produzione della polvere di ferro atomizzata non vengono miscelate impurità; essa presenta elevata purezza, buona comprimibilità e morfologia e granulometria controllabili. Viene spesso utilizzata in settori ad alta esigenza, quali le parti meccaniche ad alta densità. Il principale pericolo della polvere di ferro è l’autoriscaldamento. La polvere di ferro ridotto reagisce facilmente con l’acqua o l’aria, liberando calore e autoriscaldandosi. La reazione di autoriscaldamento è molto lenta a temperatura ambiente. Quando la temperatura supera i 200℃, la velocità di reazione aumenta significativamente, generando una grande quantità di calore e idrogeno. Se la temperatura ambiente continua ad aumentare o è presente una grande quantità di umidità, è molto facile che si verifichi una combustione spontanea. Quando nella stiva è presente acqua o vapore acqueo umido, la polvere di ferro ridotto reagisce facilmente con l’acqua liberando idrogeno e calore e, quando il rapporto volumetrico tra idrogeno e aria supera il 4%, può verificarsi una violenta esplosione. In particolare, a contatto con acqua salata o acqua di mare, la reazione si intensifica.

La polvere di ferro ridotto infiammabile reagisce con l’ossigeno presente nell’aria in condizioni adeguate, ossia prende fuoco e brucia liberando una grande quantità di calore. Le particelle di polvere di ferro ridotto hanno un’ampia area superficiale specifica e sono altamente attive. Il pericolo aumenta al diminuire della granulometria. Durante la produzione, la particella di polvere di ferro più piccola può essere lavorata fino a 1~5 micron. In generale, la polvere con granulometria -200 mesh (inferiore a 75 micron) è più pericolosa e più facile da incendiare.

Pericolo di inalazione: il principale pericolo della polvere di ferro ridotto durante le fasi di produzione e stoccaggio è l’inalazione. L’inalazione di una quantità eccessiva di polvere di ferro o di fumi e polveri di ossido di ferro per un breve periodo irrita le vie respiratorie e causa faringite, tosse, difficoltà respiratorie, debolezza, affaticamento, brividi, sudorazione, dolori muscolari e articolari; l’esposizione prolungata e l’inalazione eccessiva causano depositi di ferro nei polmoni, nella milza e nel sistema linfatico; l’inalazione di polvere provoca macchie cromatiche nei polmoni; pertanto, quando la polvere di ferro ridotto viene prodotta o utilizzata per periodi prolungati, nei luoghi chiusi in cui viene prodotta e utilizzata devono essere presenti un sistema di rimozione delle polveri e di aspirazione, e le persone devono disporre di dispositivi completi di protezione delle vie respiratorie.