鐵粉

鐵（Fe）原子序數26，相對原子質量55.85，銀灰色，密度7.8g/cm，熔點1535℃，晶體結構為體心立方結構。鐵由於其性質非常接近鈷，價格相對鈷來講是非常便宜的，而且來源非常廣泛。金屬鐵粉呈鐵灰色，在金剛石工具中，近年來，鐵基結合劑的運用發展迅速，主要是因為鐵基結合劑不僅滿足要求，而且具有其他結合劑無法比擬的經濟性。鐵粉在配方中具有雙重作用，一是與金剛石形成滲碳體型碳化物；二是與其他元素合金化強化胎體。鐵基結合劑的力學性能高於銅基和鋁基結合劑，與金剛石的潤濕性也優於銅基和鋁基結合劑。鐵與金剛石的附著功比鑽高，鐵基結合劑金剛石工具通過合理的選擇胎體配方，加上恰當的燒結工藝，其胎體性能達到鈷基胎體的性能指標，還可以保持金剛石有較小的強度損失，提高對金剛石的把持力。

純的金屬鐵是銀白色的，鐵粉是黑色的，這是個光學問題，因為鐵粉的表面積小，沒有固定的幾何形狀，而鐵塊的晶體結構呈幾何形狀，因而鐵塊吸收一部分可見光，將另一部分可見光鏡面反射了出來，顯出白色；鐵粉沒吸收完的光卻被漫反射，能夠進入人眼的可見光少，所以是黑色的。

【考證】出自《本草綱目拾遺》。

⒈《開寶本草》：造作（鐵）粉，飛煉有法，文多不載，人多取雜銑作屑飛之，令體重，真鋼則不爾。

⒉《東醫寶鑒》：以鐵華粉作火飛者為鐵粉。【來源】為鋼鐵飛煉的粉末；或系生鐵打碎成粉，用水漂出的細粉。

【化學成分】由鋼鐵飛煉而成者，主要含四氧化三鐵；由生鐵打碎而成者，主要含金屬鐵，及少量的C、P、Si等雜質。

【炮製】《本草求真》：（鐵粉）煅赤，醋沃七次用。

【性味】①《開寶本草》：味咸，平，無毒。②《本草求真》：氣辛，性平。

【歸經】《本草求真》：入肝。

【功用主治-鐵粉的功效】平肝，鎮心。治驚癇，發狂，腳氣衝心，疔瘡。《開寶本草》：安心神，堅骨髓，潤肌膚。

【用法與用量】內服：煎湯，0.5～1兩；或入散劑。外用：調敷。

【宜忌】①《醫學入門》：畏磁石、石炭。②《本草求真》：畏皂莢。

【選方】①治驚癇發熱：鐵粉，水調少許服之。（《聖惠方》） ②治小兒身體壯熱，急驚搐搦，涎潮壅塞，悶亂不醒：硃砂一錢（別研），鐵粉二錢（別研），膩粉半錢（別研）。上藥同研令勻。半歲兒每服一字，一歲兒服半錢，煎薄荷湯調下，不拘時候。（《楊氏家藏方》硃砂鐵粉散) ③治傷寒陽毒，狂言妄語亂走，毒氣在臟：鐵粉二兩，龍膽草一兩（為末）。磨刀水調服一錢，小兒五分。（《全幼心鑒》） ④治頭痛鼻塞，頭目不利：鐵粉一兩，龍腦半分。上藥細研令勻。每於食后。以新汲水調下半錢。（《聖惠方》） ⑤治疔瘡：鐵粉一兩，蔓青根三兩。搗如泥封之，日二換。（《集玄方》） ⑥治風熱脫肛：鐵粉研，同白蘞末敷上，按入。（《仁齋直指方》）

【名家論述】①《本事方》：鐵粉，非但化涎鎮心，至如摧抑肝邪特異，若多恚怒，肝邪太盛，鐵粉能制伏之。②《本草求真》：鐵粉，所云定驚療狂，亦止就鐵重墜之意起見，豈真救本求源之治哉。暫用則可，久用鮮效，且諸草藥切忌。

自20世紀30年代初鐵粉開始用於粉末冶金工業以來，曾湧現許多鐵粉生產方法。由於技術和經濟上的各種理由，其中不少方法從未超出實驗或中試階段，例如用熱氫還原氯化亞鐵的化學冶金法；另一些方法，諸如渦旋機械粉碎法（Hametag Process）、水溶液電解法、流化床氫還原法、旋轉盤霧化液態鋼法（D．P．G．Process）、空氣霧化液態生鐵法（R．Z．Process）及轉化天然氣和固體碳的聯合還原法等，經歷了相對短時間的工業應用，而後因出現其他更有競爭性的方法而不再用於鐵粉的工業生產。至於用羰基法生產的鐵粉（見羰基制粉法），因其顆粒微細，加以價格昂貴，不適用於燒結機械零件和電焊條；但其純度高、顆粒結構特殊，顯示出優異性能。

現今主宰鐵粉市場的鐵粉生產工藝是：屬於鐵氧化物還原工藝的赫格納斯法和派隆法、低碳鋼液的水霧化法、屬於高純生鐵噴丸的球磨和脫碳工藝的QMP法。其中赫格納斯法和水霧化法的鐵粉生產量具有壓倒優勢。

赫格納斯法（Hoganas Process) 是瑞典Hoganas公司開發的固體碳一氫二步還原工藝。先將鐵精礦粉與低硫焦炭屑-石灰石粉（用以脫硫）混合還原劑間層式裝填在SiC質還原容器內，通過隧道窯加熱至約1200℃，使礦粉還原成海綿鐵。海綿鐵經破碎成小於0.175mm（-80目）或小於0.14mm（-100目）后，鋪加於鋼帶式還原爐內，在800～900℃下以分解氨進行還原退火。退火后的燒結粉塊加以錘破，即可得到優質海綿鐵粉。

派隆法（Pyron Process）將低碳沸騰鋼的軋鋼鐵鱗破碎至小於0.147mm后，置於多爐床焙燒爐內在980℃下氧化成Fe2O3。然後將Fe2O3粉喂送至帶式爐內，在溫度不超過1050℃下通以氫氣使之還原成鐵粉。

低碳鋼液水霧化法 低碳廢鋼通過熔化造渣除去或減少磷、硅和其他雜質元素后，通過漏嘴流入霧化器中，同時噴入高壓（約8．3MPa）水流擊碎金屬流而成液滴，液滴落入底下的水槽冷卻而凝固成粉。粉末經磁選、脫水和乾燥后，送入帶式爐，在800～1000℃下以分解氨氣予以還原退火處理，即得純度高的水霧化鐵粉。

QMP法 為加拿大Quebec Metal Powder公司所開發。將高純的熔融生鐵水（含碳量約為3.3%～3.8%）注入漏包，從漏嘴流下的鐵水被水平噴射的高壓水流擊碎成粒（約3.2mm）后，落入一吸入空氣的水冷容器中，使之部分氧化。經乾燥的鐵粒用球磨法加以粉碎，然後將過篩至小於0.147mm的粉末送入有分解氨氣保護的帶式爐內，在800～1040℃下利用自身所含的氧進行脫碳退火，再用分解氨氣體另行還原退火，即可得粉末冶金用鐵粉。

粉末的製造方法通常分為兩大類，即物理化學法和機械粉碎法，工業上應用較多的有還原法、霧化法和電解法，鐵粉的製備方法和一般特徵。

鐵礦還原法，一般特徵：粉末顆粒為不規則狀，松裝密度較低，雜質含量較高，壓縮性稍差。主要用途：結構零件、焊條、金屬切割。價格便宜。

鐵鱗還原法，一般特徵：粉末顆粒為不規則狀，中等松裝密度，純度高，壓縮性好、壓坯強度較高、燒結性較好。主要用途：結構零件、焊條、金屬切割。價格便宜。

霧化法，一般特徵：粉末顆粒接近球狀，松裝密度高，流動性好，壓坯強度較高。主要用途：高密度結構零件，粉末鍛造零件，過濾器，焊條。價格較貴。

電解法，一般特徵：粉末顆粒為樹枝狀或片狀。松裝密度高、純度好、壓制性好。主要用途：高密度結構零件。

羰基法，一般特徵：粉末顆粒呈球狀，非常細，純度很高。主要用途：電子材料。價格很昂貴。

鋼鐵粉

鋼鐵粉的用途

鋼鐵粉是國民經濟，特別是機械製造工業不可缺少的一類金屬原料。鋼鐵粉主要用於粉末冶金工、電焊條生產、火焰切割與清理、磁力場、靜電複印、電力工業、食品工業、醫藥、化工等行業。

（1）用於粉末冶金製造機械零件-機械零件一般是經鑄、鍛、衝壓、焊接等工序加工成形的產品。這些加工方法的共同特點為材料利用率低、成本高，公害和勞動環境衛生方面的問題日益明顯化。相比之下，用粉末冶金法製造機械零件具有節省材料與工時，易於自動化，容易組織大量生產，可使勞動環境大為改善。

用粉末冶金製造機械零件的好處是：可將幾個零件一體化設計、製造，大量生產時重複性好，零件表面光潔度好，可製造形狀複雜的零件，無需切削加工，具有節材、節時等優點。由於金屬粉黏度高、製造的零件具有潤滑性，可得到所需要的使用性能，並可把不同材料互相熔合的不同特點結合起來，製造具有特殊性能的材料與製品。

（2）用於電焊條的生產。鋼鐵粉主要以三種形式用於電焊條生產與焊接，第一種是在焊條葯皮中加入50%以上鋼鐵粉（現在最多達75%），以增高焊條的收敷率與熔敷率，這種焊條通常稱為鋼鐵粉焊條。第二種是在焊條葯皮中加入10%～30%鋼鐵粉，以改善焊條的焊接工藝性能，鋼鐵粉用於電焊條生產與焊接的第三種形式是作填充劑，如用鋼鐵粉作填充“焊粒”，填充於刨口內，配合以自動焊絲、焊劑和襯墊，用於焊接厚板的單面焊縫比一般埋弧自動焊的效果好。

鋼鐵粉焊條的優點：鋼鐵粉和焊芯同時熔人焊縫金屬，增大熔合比，節省焊條質量，收敷率高，可提高焊接效率，可節省電力20%左右，並可採用依棒焊接，減輕焊工的體力勞動強度。

（3）用於火焰切割與清理。用氫氧焰和乙炔焰切割耐火材料時，將鋼鐵粉加入火焰中，可提高火焰溫度，這時生成的熔融氧化鐵還起助熔劑作用。切割不鏽鋼時鋼鐵粉與難熔氧化物相結合，可將難熔氧化物衝掉，暴露出新鮮金屬表面，火焰清理的功能原理是：摻有鐵粉的火焰作用似“掃帚”一樣，在鋼坯加工前，用其清理鋼坯表面的氧化皮與夾雜物。

（4）用於製造各種重要電器用的磁性材料，這是鋼鐵粉應用的重要方向。

國內外生產鋼鐵粉的工藝技術

採用廢鋼、鐵屑生產鋼鐵粉是一種合理利用資源的方法，鋼鐵粉生產已有五十多年的歷史，近二十幾年來，各國對鋼鐵粉的生產工藝、性能等進行了大量的研究，研製廠許多生產方法，且取得了成熟工藝。

生產鋼鐵粉的傳統方法可歸納如下：

（1）霧化法：先將鋼鐵件熔煉成液，再利用高壓氣體（空氣、惰性氣體）或高壓液體（通常是水），以高流速作用於高溫液流，或借旋轉圓盤離心力的作用迅速地將其霧化成粉末，該法已在我國廣泛採用。

它的優點是：在熔煉過程巾易加入各種合金元素，應用範圍廣泛，可製取具有各種化學成分的合金粉末。霧化粉末的非金屬夾雜物較少，純度較高，易於制高強度、高純度、高性能粉末冶金製品。它的缺點足：對鋼、鐵屑的燒損率大，一般為10%～20%，金屬收得率低，生產成本高。

（2）氧化還原法。氧化還原法是一種通過化學反應生產高純鋼、鐵粉的方法。這個方法由加拿大彼斯礦冶公司（Peace R．Mining Smelting Ltd）研究並投人生產，其反應步驟為：

1）於大氣壓下將廢鋼、鐵屑溶解於95℃的鹽酸中，化學反應為：

Fe+2HCI——→FeCI2+H2

2）將沉渣（SiO2、Al2O3、Mn( OH)2等）濾出，使純溶液結晶，生成FeCl2 ·nH2O；

3）乾燥和製成FeCl2塊；

4）在溫度為600—800℃和壓力10.13kPa的熱氫中進行還原，化學反應式為：

FeCI2+H2——→Fe +2HCI

這樣可製得純度為99. 4%—99. 80%的鐵粉，同時生產HCI。

該方法是製造高純鋼鐵粉比較經濟的方法，其生產過程能夠實現連續化、自動化，而且有副產品氯化亞鐵。影響其推廣的主要原因是工藝複雜、設備投資大，鋼、鐵屑中的合金元素未被利用，因此，在我國沒有實現工業化。

（3）羰基法。該法是利用金屬與CO作用時能形成羰基化合物：

Me+nCO——→Me(CO)n

而羰基化合物在一定條件下又能離解，形成細的金屬粉末，反應如下：

Me(CO)n——→Me+nCO

該法能生產出高純、超細的鋼鐵粉。這種鋼鐵粉性能好，售價高。但在合成反應時，要求200kPa的條件，設備造價與要求都很高，所以，不適應生產普通冶金粉末。

（4）渦流研磨法。這個方法是1990年德國研究出來的，稱哈麥塔克（Hametag）法，它是利用高速渦流中金屬顆粒互相撞擊來進行粉碎的。製造的磁性材料純粉在氫中脫碳退火，具有良好的壓縮性與燒結性，該法設備簡單，便宜。原料可利用廢鋼、鐵屑。但電力消耗大，製造1kg鐵粉耗電2.5～3kW·h。生產效率較低，生產率為7-10kg/h，這種方法製造粉末不經濟，目前一般都不採用。

在食品等的包裝袋中放置小袋鐵粉或在塑料袋中添加鐵粉。利用鐵易氧化的原理，把它的吸氧功能應用於食品保鮮防腐方面具有十分顯著的效果。

鐵粉及亞鐵鹽既是食品抗氧化劑，同時也是食品營養強化劑。鐵缺乏是人類最常見的營養缺乏現象。作為一種食用天然礦物質，鐵對於人類的生長、發育和日常工作至關重要。有關調查表明，美國目前約有12%的年齡為20～49歲的婦女缺乏鐵，5%的人患有貧血病。貧血病會傷害人的認知能力和免疫功能。為了解決鐵缺乏問題，食品生產商通常在麵粉、玉米、大米、早餐麥片等食品中添加鐵粉。但是，世界各國對目前食品中添加的各種鐵粉的營養性生物利用率情況研究甚少。

鐵粉在乳粉中普遍添加，亞鐵鹽廣泛在醬油、食醋及果汁飲料中添加，效果很好，既可以抗氧化，又可以補鐵，預防缺鐵性貧血。

鐵粉主要用下生產粉末冶金機械零件，其主要物理性能是松裝密度、流動性、成形性、顆粒形狀等，這些性能主要受鐵粉生產方法和其化學成分的影響。

（一）鉸粉在粉末冶金結構零件製造中的應用

用粉末冶金方法製造機械零件具有節省材料與工時，易於自動化，容易組織大批量生產等優點，從而引起了普遍重視，得到了迅速發展。鐵基粉末冶金機械零件在我國汽車、摩托車、家用電器、電動工具、辦公機械、農業機械、機床、儀器儀錶、紡織機械、冶金機械等工業部門已廣泛應用，並取得了良好的技術經濟效益。據不完全統計，2003年我國鐵粉產量已超過10萬噸，說明鐵粉在機械製造業已成為一類重要的金屬原料。

（二）鐵粉在電焊條生產、火焰切割等方面的應用

焊條用鐵粉，在整個鐵粉應用中，佔有一定比例（瑞典佔37%），一般在焊條的葯皮中加入10%～30%的鐵粉可改善焊條的焊接工藝性能。

火焰切割與清理是鐵粉應用的另一個重要方面。美國在這方面每年要使用約7000噸鐵粉。用氫氧焰或乙炔焰切割耐火材料（如混凝土）時，將鐵粉加入火焰中，可增高火焰溫度，還能起助溶劑作用。