铁粉

铁（Fe）原子序数26，相对原子质量55.85，银灰色，密度7.8g/cm3，熔点1535℃，晶体结构为体心立方结构。铁由于其性质非常接近钴，价格相对钴来讲是非常便宜的，而且来源非常广泛。金属铁粉呈铁灰色，在金刚石工具中，近年来，铁基结合剂的运用发展迅速，主要是因为铁基结合剂不仅满足要求，而且具有其他结合剂无法比拟的经济性。铁粉在配方中具有双重作用，一是与金刚石形成渗碳体型碳化物；二是与其他元素合金化强化胎体。铁基结合剂的力学性能高于铜基和铝基结合剂，与金刚石的润湿性也优于铜基和铝基结合剂。铁与金刚石的附着功比钻高，铁基结合剂金刚石工具通过合理的选择胎体配方，加上恰当的烧结工艺，其胎体性能达到钴基胎体的性能指标，还可以保持金刚石有较小的强度损失，提高对金刚石的把持力。

纯的金属铁是银白色的，铁粉是黑色的，这是个光学问题，因为铁粉的表面积小，没有固定的几何形状，而铁块的晶体结构呈几何形状，因而铁块吸收一部分可见光，将另一部分可见光镜面反射了出来，显出白色；铁粉没吸收完的光却被漫反射，能够进入人眼的可见光少，所以是黑色的。

【考证】出自《本草纲目拾遗》。

⒈《开宝本草》：造作（铁）粉，飞炼有法，文多不载，人多取杂铣作屑飞之，令体重，真钢则不尔。

⒉《东医宝鉴》：以铁华粉作火飞者为铁粉。【来源】为钢铁飞炼的粉末；或系生铁打碎成粉，用水漂出的细粉。

【化学成分】由钢铁飞炼而成者，主要含四氧化三铁；由生铁打碎而成者，主要含金属铁，及少量的C、P、Si等杂质。

【炮制】《本草求真》：（铁粉）煅赤，醋沃七次用。

【性味】①《开宝本草》：味咸，平，无毒。②《本草求真》：气辛，性平。

【归经】《本草求真》：入肝。

【功用主治-铁粉的功效】平肝，镇心。治惊痫，发狂，脚气冲心，疔疮。《开宝本草》：安心神，坚骨髓，润肌肤。

【用法与用量】内服：煎汤，0.5～1两；或入散剂。外用：调敷。

【宜忌】①《医学入门》：畏磁石、石炭。②《本草求真》：畏皂荚。

【选方】①治惊痫发热：铁粉，水调少许服之。（《圣惠方》） ②治小儿身体壮热，急惊搐搦，涎潮壅塞，闷乱不醒：朱砂一钱（别研），铁粉二钱（别研），腻粉半钱（别研）。上药同研令匀。半岁儿每服一字，一岁儿服半钱，煎薄荷汤调下，不拘时候。（《杨氏家藏方》朱砂铁粉散) ③治伤寒阳毒，狂言妄语乱走，毒气在脏：铁粉二两，龙胆草一两（为末）。磨刀水调服一钱，小儿五分。（《全幼心鉴》） ④治头痛鼻塞，头目不利：铁粉一两，龙脑半分。上药细研令匀。每于食后。以新汲水调下半钱。（《圣惠方》） ⑤治疔疮：铁粉一两，蔓青根三两。捣如泥封之，日二换。（《集玄方》） ⑥治风热脱肛：铁粉研，同白蔹末敷上，按入。（《仁斋直指方》）

【名家论述】①《本事方》：铁粉，非但化涎镇心，至如摧抑肝邪特异，若多恚怒，肝邪太盛，铁粉能制伏之。②《本草求真》：铁粉，所云定惊疗狂，亦止就铁重坠之意起见，岂真救本求源之治哉。暂用则可，久用鲜效，且诸草药切忌。

自20世纪30年代初铁粉开始用于粉末冶金工业以来，曾涌现许多铁粉生产方法。由于技术和经济上的各种理由，其中不少方法从未超出实验或中试阶段，例如用热氢还原氯化亚铁的化学冶金法；另一些方法，诸如涡旋机械粉碎法（Hametag Process）、水溶液电解法、流化床氢还原法、旋转盘雾化液态钢法（D．P．G．Process）、空气雾化液态生铁法（R．Z．Process）及转化天然气和固体碳的联合还原法等，经历了相对短时间的工业应用，而后因出现其他更有竞争性的方法而不再用于铁粉的工业生产。至于用羰基法生产的铁粉（见羰基制粉法），因其颗粒微细，加以价格昂贵，不适用于烧结机械零件和电焊条；但其纯度高、颗粒结构特殊，显示出优异性能。

现今主宰铁粉市场的铁粉生产工艺是：属于铁氧化物还原工艺的赫格纳斯法和派隆法、低碳钢液的水雾化法、属于高纯生铁喷丸的球磨和脱碳工艺的QMP法。其中赫格纳斯法和水雾化法的铁粉生产量具有压倒优势。

赫格纳斯法（Hoganas Process) 是瑞典Hoganas公司开发的固体碳一氢二步还原工艺。先将铁精矿粉与低硫焦炭屑-石灰石粉（用以脱硫）混合还原剂间层式装填在SiC质还原容器内，通过隧道窑加热至约1200℃，使矿粉还原成海绵铁。海绵铁经破碎成小于0.175mm（-80目）或小于0.14mm（-100目）后，铺加于钢带式还原炉内，在800～900℃下以分解氨进行还原退火。退火后的烧结粉块加以锤破，即可得到优质海绵铁粉。

派隆法（Pyron Process）将低碳沸腾钢的轧钢铁鳞破碎至小于0.147mm后，置于多炉床焙烧炉内在980℃下氧化成Fe2O3。然后将Fe2O3粉喂送至带式炉内，在温度不超过1050℃下通以氢气使之还原成铁粉。

低碳钢液水雾化法 低碳废钢通过熔化造渣除去或减少磷、硅和其他杂质元素后，通过漏嘴流入雾化器中，同时喷入高压（约8．3MPa）水流击碎金属流而成液滴，液滴落入底下的水槽冷却而凝固成粉。粉末经磁选、脱水和干燥后，送入带式炉，在800～1000℃下以分解氨气予以还原退火处理，即得纯度高的水雾化铁粉。

QMP法 为加拿大Quebec Metal Powder公司所开发。将高纯的熔融生铁水（含碳量约为3.3%～3.8%）注入漏包，从漏嘴流下的铁水被水平喷射的高压水流击碎成粒（约3.2mm）后，落入一吸入空气的水冷容器中，使之部分氧化。经干燥的铁粒用球磨法加以粉碎，然后将过筛至小于0.147mm的粉末送入有分解氨气保护的带式炉内，在800～1040℃下利用自身所含的氧进行脱碳退火，再用分解氨气体另行还原退火，即可得粉末冶金用铁粉。

粉末的制造方法通常分为两大类，即物理化学法和机械粉碎法，工业上应用较多的有还原法、雾化法和电解法，铁粉的制备方法和一般特征。

铁矿还原法，一般特征：粉末颗粒为不规则状，松装密度较低，杂质含量较高，压缩性稍差。主要用途：结构零件、焊条、金属切割。价格便宜。

铁鳞还原法，一般特征：粉末颗粒为不规则状，中等松装密度，纯度高，压缩性好、压坯强度较高、烧结性较好。主要用途：结构零件、焊条、金属切割。价格便宜。

雾化法，一般特征：粉末颗粒接近球状，松装密度高，流动性好，压坯强度较高。主要用途：高密度结构零件，粉末锻造零件，过滤器，焊条。价格较贵。

电解法，一般特征：粉末颗粒为树枝状或片状。松装密度高、纯度好、压制性好。主要用途：高密度结构零件。

羰基法，一般特征：粉末颗粒呈球状，非常细，纯度很高。主要用途：电子材料。价格很昂贵。

钢铁粉

钢铁粉的用途

钢铁粉是国民经济，特别是机械制造工业不可缺少的一类金属原料。钢铁粉主要用于粉末冶金工、电焊条生产、火焰切割与清理、磁力场、静电复印、电力工业、食品工业、医药、化工等行业。

（1）用于粉末冶金制造机械零件-机械零件一般是经铸、锻、冲压、焊接等工序加工成形的产品。这些加工方法的共同特点为材料利用率低、成本高，公害和劳动环境卫生方面的问题日益明显化。相比之下，用粉末冶金法制造机械零件具有节省材料与工时，易于自动化，容易组织大量生产，可使劳动环境大为改善。

用粉末冶金制造机械零件的好处是：可将几个零件一体化设计、制造，大量生产时重复性好，零件表面光洁度好，可制造形状复杂的零件，无需切削加工，具有节材、节时等优点。由于金属粉黏度高、制造的零件具有润滑性，可得到所需要的使用性能，并可把不同材料互相熔合的不同特点结合起来，制造具有特殊性能的材料与制品。

（2）用于电焊条的生产。钢铁粉主要以三种形式用于电焊条生产与焊接，第一种是在焊条药皮中加入50%以上钢铁粉（最多达75%），以增高焊条的收敷率与熔敷率，这种焊条通常称为钢铁粉焊条。第二种是在焊条药皮中加入10%～30%钢铁粉，以改善焊条的焊接工艺性能，钢铁粉用于电焊条生产与焊接的第三种形式是作填充剂，如用钢铁粉作填充“焊粒”，填充于刨口内，配合以自动焊丝、焊剂和衬垫，用于焊接厚板的单面焊缝比一般埋弧自动焊的效果好。

钢铁粉焊条的优点：钢铁粉和焊芯同时熔人焊缝金属，增大熔合比，节省焊条质量，收敷率高，可提高焊接效率，可节省电力20%左右，并可采用依棒焊接，减轻焊工的体力劳动强度。

（3）用于火焰切割与清理。用氢氧焰和乙炔焰切割耐火材料时，将钢铁粉加入火焰中，可提高火焰温度，这时生成的熔融氧化铁还起助熔剂作用。切割不锈钢时钢铁粉与难熔氧化物相结合，可将难熔氧化物冲掉，暴露出新鲜金属表面，火焰清理的功能原理是：掺有铁粉的火焰作用似“扫帚”一样，在钢坯加工前，用其清理钢坯表面的氧化皮与夹杂物。

（4）用于制造各种重要电器用的磁性材料，这是钢铁粉应用的重要方向。

国内外生产钢铁粉的工艺技术

采用废钢、铁屑生产钢铁粉是一种合理利用资源的方法，钢铁粉生产已有五十多年的历史，近二十几年来，各国对钢铁粉的生产工艺、性能等进行了大量的研究，研制厂许多生产方法，且取得了成熟工艺。

生产钢铁粉的传统方法可归纳如下：

（1）雾化法：先将钢铁件熔炼成液，再利用高压气体（空气、惰性气体）或高压液体（通常是水），以高流速作用于高温液流，或借旋转圆盘离心力的作用迅速地将其雾化成粉末，该法已在我国广泛采用。

它的优点是：在熔炼过程巾易加入各种合金元素，应用范围广泛，可制取具有各种化学成分的合金粉末。雾化粉末的非金属夹杂物较少，纯度较高，易于制高强度、高纯度、高性能粉末冶金制品。它的缺点足：对钢、铁屑的烧损率大，一般为10%～20%，金属收得率低，生产成本高。

（2）氧化还原法。氧化还原法是一种通过化学反应生产高纯钢、铁粉的方法。这个方法由加拿大彼斯矿冶公司（Peace R．Mining Smelting Ltd）研究并投人生产，其反应步骤为：

1）于大气压下将废钢、铁屑溶解于95℃的盐酸中，化学反应为：
Fe+2HCI——→FeCI2+H2

2）将沉渣（SiO2、Al2O3、Mn( OH)2等）滤出，使纯溶液结晶，生成FeCl2·nH2O；

3）干燥和制成FeCl2块；

4）在温度为600—800℃和压力10.13kPa的热氢中进行还原，化学反应式为：
FeCI2+H2——→Fe +2HCI

这样可制得纯度为99. 4%—99. 80%的铁粉，同时生产HCI。

该方法是制造高纯钢铁粉比较经济的方法，其生产过程能够实现连续化、自动化，而且有副产品氯化亚铁。影响其推广的主要原因是工艺复杂、设备投资大，钢、铁屑中的合金元素未被利用，因此，在我国没有实现工业化。

（3）羰基法。该法是利用金属与CO作用时能形成羰基化合物：

Me+nCO——→Me(CO)n

而羰基化合物在一定条件下又能离解，形成细的金属粉末，反应如下：
Me(CO)n——→Me+nCO

该法能生产出高纯、超细的钢铁粉。这种钢铁粉性能好，售价高。但在合成反应时，要求200kPa的条件，设备造价与要求都很高，所以，不适应生产普通冶金粉末。

（4）涡流研磨法。这个方法是1990年德国研究出来的，称哈麦塔克（Hametag）法，它是利用高速涡流中金属颗粒互相撞击来进行粉碎的。制造的磁性材料纯粉在氢中脱碳退火，具有良好的压缩性与烧结性，该法设备简单，便宜。原料可利用废钢、铁屑。但电力消耗大，制造1kg铁粉耗电2.5～3kW·h。生产效率较低，生产率为7-10kg/h，这种方法制造粉末不经济，一般都不采用。

在食品中的应用

在食品等的包装袋中放置小袋铁粉或在塑料袋中添加铁粉。利用铁易氧化的原理，把它的吸氧功能应用于食品保鲜防腐方面具有十分显著的效果。

铁粉及亚铁盐既是食品抗氧化剂，同时也是食品营养强化剂。铁缺乏是人类最常见的营养缺乏现象。作为一种食用天然矿物质，铁对于人类的生长、发育和日常工作至关重要。有关调查表明，美国约有12%的年龄为20～49岁的妇女缺乏铁，5%的人患有贫血病。贫血病会伤害人的认知能力和免疫功能。为了解决铁缺乏问题，食品生产商通常在面粉、玉米、大米、早餐麦片等食品中添加铁粉。但是，世界各国对食品中添加的各种铁粉的营养性生物利用率情况研究甚少。

铁粉在乳粉中普遍添加，亚铁盐广泛在酱油、食醋及果汁饮料中添加，效果很好，既可以抗氧化，又可以补铁，预防缺铁性贫血。

在工业上的应用

铁粉主要用下生产粉末冶金机械零件，其主要物理性能是松装密度、流动性、成形性、颗粒形状等，这些性能主要受铁粉生产方法和其化学成分的影响。

（一）铰粉在粉末冶金结构零件制造中的应用

用粉末冶金方法制造机械零件具有节省材料与工时，易于自动化，容易组织大批量生产等优点，从而引起了普遍重视，得到了迅速发展。铁基粉末冶金机械零件在我国汽车、摩托车、家用电器、电动工具、办公机械、农业机械、机床、仪器仪表、纺织机械、冶金机械等工业部门已广泛应用，并取得了良好的技术经济效益。据不完全统计，2003年我国铁粉产量已超过10万吨，说明铁粉在机械制造业已成为一类重要的金属原料。

（二）铁粉在电焊条生产、火焰切割等方面的应用

焊条用铁粉，在整个铁粉应用中，占有一定比例（瑞典占37%），一般在焊条的药皮中加入10%～30%的铁粉可改善焊条的焊接工艺性能。

火焰切割与清理是铁粉应用的另一个重要方面。美国在这方面每年要使用约7000吨铁粉。用氢氧焰或乙炔焰切割耐火材料（如混凝土）时，将铁粉加入火焰中，可增高火焰温度，还能起助溶剂作用。