羰基铁粉

羰基铁粉，由五羰基铁Fe(CO)5热分解制取的超微粉末，由于其粒度小（10 μm 以下）， 活性大， 形状不规则 （洋葱头层状结构）， 具有许多独特的性能，因此被广泛应用于军事 、 电子 、化工、 医药、 食品、 农业等领域： 如传统粉末冶金及注射成形、高频磁芯和多种软磁材料元件、超硬材料与金刚石工具、金刚石触媒、医药与营养、微波吸收材料、隐身材料、磁优选良种等。 密度较大，难于分散，长期放置在空气中容易吸附空气中的氧和水而使铁缓慢氧化。
有关羰基铁粉的概述、理化性质、制备方法、应用等是由Chemicalbook的丁红编辑整理。（2015-11-16） 1.高压气相合成法
工业上生产羰基铁粉最成熟的工艺为高压气相合成法，其合成压力超过20 MPa，反应温度为150~200℃，反应时间>120 h，分为高压合成和热分解制粉两大工序。羰基铁的高压合成和热分解制粉为可逆反应。

图1为高压气相合成法反应式
高压合成工序：高压羰基化合成是一种具有很高选择性的提纯方法。工业上以海绵铁(铁约占95%)块或氧化铁鳞作为合成原料，经球磨成粉状，然后在氢气氛下进行还原，装入合成反应釜，一氧化碳气体经高压压气机加压导入反应釜，同时给釜体加热，发生合成反应，生成五羰基铁并经减压冷却为液体，其工艺流程如图2所示。

图2为高压气相合成法工艺流程图
低压分解工序：五碳基铁在60℃时开始微分解，155℃时分解率明显增大，平时应贮存于充有一定压力一氧化碳气体的避光容器里。工业上五羰基铁的分解是在一个壁热式电加热或燃气螺旋式加热的立式圆筒体热解炉内进行的，五碳基铁经气化后，从筒顶的中心导入热解炉内，在300℃，1bar的压力下，使气态五碳基铁分解形成铁核长大，最终获得所需技术性能的羰基铁粉，其反应式为：

图3为低压分解工序反应式
2.中压气相合成法
中压法羰基铁粉生产技术同高压法相比，羰基铁的合成压力为8.0 MP a，仅为高压法的1/3；合成速度60 h/釜，而高压法需要120 h/釜；铁的转化率大于75%，而高压法仅为65%左右。另外，中压法羰基铁粉生产技术中，辅助原料CO不仅能够接近100%循环利用，而且采用的是节能循环模式。因此中压法羰基铁粉生产技术不仅能够降低设备制造成本，提高产能，有利于规模化，而且生产过程中的能耗低，原料能够充分利用，其生产成本远远低于高压法的生产成本。目前，该技术正处于产业化实施阶段。 1.传统粉末冶金及注射成形
借其活性大，粒度细的特点，以及良好的成型性和烧结性，在铁基粉末冶金结构零件(图２)中添加少量羰基铁粉，可以降低烧结温度，改善和提高制品的组织结构、机械性能，是生产高品质粉末冶金制品的原料。

图4为添加少量羰基铁粉的铁基粉末冶金结构零件
粉末冶金中的高比重合金，需要采用活性较大的铁粉作为烧结中的液相，形成较为连续的粘结相，抑制脆性相的产生，从而获得高致密度或全致密的高性能产品。军工项目中主要用于替代已经被禁止的贫铀材料来生产穿甲弹弹芯、永不磨损高密度手表零件等。注射成形工艺中对最大粉末填装量要求很高。因此衡量粉末的标准中的松装密度要求很高。然而粉末粒度越小，就越容易发生拱桥现象，从而松装密度越小。这种情况下颗粒不粘连非常重要。
以羰基铁镍作硬质合金粘结剂替代价格昂贵的钴粉，生产矿用硬质合金工具，达到YG硬质合金同类产品性能，经现场考察使用寿命比同类YG合金长。
2.铁粉芯
因为羰基铁粉粒度小(10μm以下)，活性大，所以具有在高频和超高频下的高磁通率，也被广泛应用于制造磁性材料，在制作高频铁粉芯(图３)中有不可替代的作用。可用于制造导磁介电铁芯、高频磁芯和多种软磁材料元件。

图5为铁粉芯
3.超硬材料与金刚石工具
传统高性能金刚石工具采用成本昂贵的钴粉做基体。研究和生产表明，使用羰基铁粉减少Co粉用量，也能达到相当高的性能。此外，对于传统的铁基金刚石工具，使用羰基铁粉能提高基体对金刚石的把持力，提高基体的耐磨性能。用作超硬材料和磨料磨具添加剂。是金刚石工具和砂轮优良的粘结剂。产品可达到其他铁粉不可替代的品质性能。
4.合成金刚石触媒
国内有不少厂家在用羰基铁粉合成高品级金刚石。
5.医药与营养领域
美国ISP公司的羰基铁粉已经正式被美国药品管理监督局认可，可直接添加到食品中作为铁元素补给。羰基铁粉被人体吸收率超过80%，远远超出目前使用的化合物铁补给物。同时，羰基铁粉的使用也不会造成因铁元素摄入过量而出现中毒现象。在医药领域，可以服用羰基铁粉帮助女性提高生理补血功能，纳米级羰基铁粉可被用作注射用补铁剂，也可作为靶向材料在外磁场和药物作用下治疗肿瘤。在食品铁营养添加剂领域，美国食品处方中规定元素铁粉用于合格的饮食中，必须要纯度高、粒度细、比表面积大(应用的羰基铁元素铁粒度为0.5~10 μm)。目前，美国每年在面包和面粉中添加元素粉用量在900 t左右。国内部分牛奶产品中标定100 g中铁含量为6~10 mg。
6.微波吸收材料
制备羰基铁包云母粉、铁包玻璃珠、铁包玻璃纤维等新型复合吸波涂料——隐身材料。目前，已大量使用于隐形飞机、隐形舰艇、导弹等军用产品的外表吸波涂层。

图6为隐形飞机
7.农牧业领域
利用超微铁粉进行磁优选良种，使其快速发育，提高单位面积产量。 可用作粉末冶金添加剂、化工催化剂、固体燃烧剂等