钢铁冷轧辊磨削料制备软磁复合材料的机理研究

由细小纤维状铁屑、高温树脂、石棉和颗粒状Al2O3交织组成的棉絮状冷轧辊磨削料难以处理和再利用，而现行的填埋方式造成严重的环境污染和资源浪费。本项目根据磨削料组成特点提出利用其制备氧化铝包覆铁粉基软磁复合材料的新思想。将磨削料与NaOH颗粒在特定条件下反应生成铁盐和铝盐，经水解合成混合胶体，再热解获得氧化铝/氧化铁复合颗粒；添加氧化铝胶体对复合颗粒进行还原和热处理，其过程中析出的纳米氧化铝与原氧化铝颗粒结合形成均匀的包覆层，从而获得氧化铝包覆铁粉的软磁复合粉末。本项目拟重点研究：1）磨削料化学反应和不同产物形成的热力学条件；2）氧化(亚)铁和Al(OH)3复合胶体的合成及其机理；3）干凝胶作用下的氧化复合颗粒的还原机制；4）纳米氧化铝析出、长大及包覆层形成的动力学过程。本研究将为冶金固废的高附加值、精细化、直接材料化应用提供科学依据，并为开发新型氧化铝包覆铁粉基软磁复合材料提供理论指导。

研发出一种多功能旋转真空蒸馏设备，可实现含油物料的固相、水相、油相三相高效分离和脱油后固相产物的原位处理（氧化焙烧、氢气还原、高温烧结等）。经冷轧铁泥、轧辊磨削料的应用验证，该装置与现有的处理装置相比，具有除油效率高、物料的除油与多种后续处理工艺可在原位连续进行、处理成本低廉、环保等优点。以处理后的磨削料为原料，通过碱热反应和还原法制备软磁复合材料，通过工艺优化与控制，最后获得了氧化铝包覆铁粉的软磁复合粉末，通过压制成型获得软磁复合材料，材料磁性能为：最大磁导率为112、饱和磁感应强度1.05T。以磨削料制备的还原铁粉为原料，采用磷化处理工艺制备软磁复合材料，深入研究了粉末热处理、磷化处理、材料热处理等工艺，利用损耗分离法解析了磁损耗机制和影响因素。获得具有良好性能的软磁复合材料：在10kHz~250kHz范围内具有良好的频率特性，振幅磁导率在92以上，且波动偏差仅为11.5％；250kHz时的体积比损耗为1782 mw/cm3，优于商品材料性能；根据Stoppels损耗分离理论绘制损耗-频率关系图，分析表明铁粉表面磷化工艺降低了粉芯的涡流损耗。.同时，以冷轧含油铁泥为原料进行了锶铁氧体预烧料和云母氧化铁粉的研究。（1）采用“低温真空蒸馏+原位氧化焙烧”法在旋转烧结炉中处理冷轧含油铁泥，可制备出性能优良的氧化铁粉；通过配料、焙烧和工艺优化，获得性能性能优良的锶铁氧体预烧料，其磁性能（Ms=62.6 emu/g、Mr=32.6 emu/g、Hc=3199.4 Oe）达到了锶铁氧体预烧料产品Y30牌号的要求。（2）以冷轧铁泥为原料，通过酸浸、油分分离和回收、中和反应、氧化、水热反应等步骤制备了颜料用云母氧化铁产品，云母氧化铁粉体的平均粒径和径厚比分别为12μm和12，样品中Fe2O3含量为99.1%，质量满足涂料用云母氧化铁国际标准 ISO 10601-2007中一等品的要求。.通过该项目的研究，我们共发表学术论文18篇，均被SCI收录。申请6项国家发明专利，授权3项。项目负责人受邀在国际学术会议上做邀请报告2次，在国内学术会议上做邀请报告2次。获得山东省科技进步一等奖、广东省科学技术三等奖各一项。在项目执行期间，项目负责人入选“教育部新世纪优秀人才”计划。