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Verfahren zur Herstellung von weitgehend kohlenstoff,-
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stickstoff- und sauerstoff-freien Eisenpulvern Oarbonyleisenpulver
fällt bei der thermischen Zersetzung von Eisenpentacarbonyl - die meist in Gegenwart
von Ammoniak durchgeführt wird - in feinen kugelförmigen Teilchen an, die Je nach
den gewählten Zersetzungsbedingungen 0,5 bis 1 Gew.% Kohlenstoff, 0,2 bis 1 Gew.%
Stickstoff und 0,2 bis 1 Gew.% Sauerstoff enthalten. Dieser Carbid,-Nitrid- und
Oxid-Gehalt verleiht dem Eisenpulver eine bestimmte innere Struktur, die für viele
Anwendungen erwünscht ist, für andere dagegen nicht. Er muß weitgehend dann entfernt
werden, wenn das Pulver zur Herstellung von Massekernen für niedere Frequenzen mit
hoher Permeabilität oder als Einsatz zu sintermetallurgischen Legierungen oder für
pharmazeutische Produkte verwendet werden soll.
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Zur Entfernung des Kohlenstoffs, Stickstoffs und des Sauerstoffs wird
das Carbonyleisenpulver in einer Nasserstoftatmosphäre, z.B. in-strömendem Wasserstoff
auf ca. 400 bis 5000C in ruhender Schicht in Schalen erhitzt. Wegen des schlechten
Wärmeübergangs und der langsamen Diffusion ist eine lange Behandlungszeit notwendig.
Dabei frtten die kugelförmigen Teilchen so fest zusammen, daß ein fester Kuchen
entsteht, der fest an der Wand haftet sind mit Kraftaufwand geldst werden muß. Der
Kuchen muM anschließend durch Mahlen in Kugelmühlen wieder zerkleinert werden.
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Reduzieren in Drehrohröfen ist wegen der Bildung dicker, haftender
Wandbeläge nicht möglich.
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Zur VermeidurE dieses Nachteiles ist es bekannt, die Reduktion mit
Wasserstoff bei hohem Druck und relativ niederer Temperatur durchzuführen (DE-PS
833 493). Dieses verfahren hat den Nachteil, daß für seine Durchführung aufwendige,
druckfeste Apparaturen benötigt werden. Es ist
ferner auch bekannt,
das Eisenpulver vor der Reduktion mit einer dünnen Schicht eines schwer reduzierbaren
Stoffes, z.B. Wasserglas oder Aluminiumsalz, zu umhüllen (DE-PS 851 960). Dabei
resultiert aber ein Produkt, das zwar für Massekerne günstige Eigenschaften hat,
wegen seiner Verunreinigung mit Fremdstoffen aber weder für die erstellung sintermetallurgischer
Legierungen noch pharmazeutischer Zubereitungen brauchbar ist.
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Um die Ausbildung von festhaftenden Wandbelägen bei der Wärmebehandlung
von Metallpulvern zu verhindern, ist es aus der DE-OS 27 31 845 bekannt, den Metallpulvern
eine organische Substanz, wie Dextrosen, Stärke, organische Säuren, Öle, Alkohole,
Wachse, Fette oder deren Derivate zuzusetzen. Die mit diesen Substanzen versehenen
Metallpulver werden dann gegebenenfalls pelletisiert, dann der Wärmebehandlung unterzogen
und anschließend gemahlen.
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Wesentliche Voraussetzung bei diesem Verfahren ist jedoch, daß die
zugesetzte organische Substanz mit dem Metallpulver innig vermischt ist, was aber
bei den geringen Mengen an zuzusetzender Substanz relativ aufwendig ist.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, diese
Nachteile bei einem Verfahren zur Herstellung von weitgehend kohlenstoff-, stickstoff-
und sauerstoff-freiem Eisenpulver durch Behandeln der Eisenpulver mit Wasserstoff
bei erhöhten Temperaturen in Gegenwart einer organischen Substanz zu vermeiden.
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Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann,
daß man als Eisenpulver eIn in Gegenwart eines schwerflüchtlgen Cles durch thermische
Zersetzung von Eisenpentacarbonyl erlaltenes Eisenpulver einsetzt.
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Die Zersetzung des Eisencarbonyls kann wie üblich bei Temperaturen
von 200 bis 3000C in freiem Raum durchgeführt werden. Der Kohlenstoffgehalt des
anfallenden Eisenpulvers wird durch die Zersetzung in Gegenwart des Öles überraschenderweise
nicht in ungünstigem Maße beeinfluBt.
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Das schwerflüchtige Öl kann man entweder direkt in den Zersetzungsraum
fiEr das Eisencarbonyl eindüsen oder man kann es auch in den Verdampfer für das
Eisencarbonyl einführen und zusammen mit diesem verdampfen.
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Die schwerflüchtigen Öle werden dem Carbonyl, bezogen auf seinen Eisengehalt,
in Mengen von 0,05 bis 2 Gew.% zugesetzt.
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Als schwerflüchtige Öle im Sinne der vorlIegenden Erfindung kommen
Öle mit einem Siedebereich von 300 bis 56000 und einem Flammpunkt über 1800C in
Betracht, die um Crackungen zu vermeiden, möglichst nur paraffinische bzw.
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isoparaffinische Bestandteile enthalten und auRerdem weitgehend schwefelfrei
sein sollten. Geeignet sind beispielsweise die als Weißöl bzw. Halbweißöle bezeichneter.
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hoch ausraffinierten Mineralölfraktionen der Spindelöl-und Leicht-Maschinenöl-Viskositätslage.
Diese Öle bestehen aus Isoparaffinen und Naphthenkohlenwasserstoffen und sind frei
von Aromaten und Hartparaffinen.
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Die auf diese Weise erhaltenen Eisenpulver sind gleichmäßig mit einer
dünnen ölschicht überzogen und lassen sich in üblicher Weise durch Behandlung in
einer Wasserstoffatmosphäre bei Temperaturen von 350 bis 6000C von ihrem Stickstoff-,
Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalt befreien.
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Beispiel a) In den Verdampfer eines Carbonyl-Zersetzers werden Je
100 kg Eisenpentacarbonyl, die 28,5 kg Eisenpulver liefern, 100 ml Weißöl (Dichte
0,850 bei 15°C; Viskosität 36 cSt bei 20°C, Flammpunkt 2000C) zudosiert.
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Das ausgetragene Eisenpulver wirkt in Aussehen, Geruch und Fließverhalten
gegenüber einem Eisenpulver, das in Abwesenheit des Öls erhalten worden ist, unverändert.
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Das geölte Pulver wird 20 Stunden lang in 100 mm dicker Schicht in
Schalen bei 450°C mit Wasserstoff behandelt. Dabei entsteht ein weicher, zwischen
den Fingern zerreibbarer Schwamm der kaum an der Schale haftet. - Ungeöltes Eisenpulver
haftet in der Vergleichsschale als fester Kuchen, der mit dem Meißel entfernt werden
muß.
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In der folgenden Tabelle sind die Gehalte an 0, N und C der beiden
Proben nach der Reduktion wiedergegeben.
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% C % N % O geöltes Pulver 0,03 <0,03 0,14 ungeöltes Pulver 0,03
<0,03 0,15 b) In einem Labor-Drehöfchen, das chargenweisen betrieben wird, findet
sich das geölte Pulver nach nur 3 Stunden Behandlungsdauer mit Wasserstoff bei 450°C
als Granulat von 1 bis 15 mm Korngröße wieder. Die Pellets lassen sich leicht zerreiben.
SIe sind bis auf einen Restgehalt von 0,03 Gew.% C und 0,01 Gew.% N durchreduziert.
- Beim Vergleichsversuch mit nicht geöltem Eisenpulver unter gleichen Bedin-
gungen
findet man etwa die Hälfte des Einsatzes als nicht reduziertes, feines Pulver die
andere Hälfte reduziert als harte Kruste an der beheizten Ofenwand wieder.