球形氧化鋯粉體的連續生產設備及其生產方法
2023-06-14 01:52:56
專利名稱：球形氧化鋯粉體的連續生產設備及其生產方法
技術領域：
本發明屬於粉體合成領域，特別涉及一種採用分子薄層氨化法製備超細球形ZrO2粉體的連續生產設備及其生產方法。
背景技術：
ZrO2具有優良的力學性能、低的熱導性和良好的抗熱震性以及室溫下的高硬度，很好的耐磨性等性質而在高溫結構材料、高溫光學元件、氧敏元件和燃料電池等方面有著廣泛的應用。又由於ZrO2表面具有弱酸弱鹼雙功能特性，因此在催化領域中佔有重要地位。隨著光子晶體的研究發展，ZrO2超細粉體因其具有高折射率及良好的穩定性，在三維帶隙材料領域中有著廣泛的應用前景。
關於ZrO2及其製備方法，有很多文獻進行了報導，例如叢昱，梁東白在「液相沉澱法在有機溶劑中製備ZrO2超細粒子的研究」中利用ZrOCl2·8H2O中的結晶水將其溶解到無水乙醇中，在343K下通入氨水，產生沉澱，對沉澱處理後得到粒徑為25nm的ZrO2顆粒。王零森等人在「一種製備納米ZrO2粉末的新方法」以乙二胺四乙酸(EDTA)為絡合劑，在80℃蒸發除去水分，得到溶膠，在120℃將溶膠乾燥形成凝膠，煅燒凝膠得到平均粒徑為10nm的ZrO2·8％Y2O3粉末。張淵明等「ZrO2超細粒子的製備與表徵」，在ZrOCl2溶液中加入氨水產生沉澱，然後以乙醇或水為分散劑，利用噴霧熱解法得到ZrO2納米顆粒，平均粒徑10nm左右，而且分布較窄。楊傳芳等人在「從溶劑萃取反向膠團合成優質ZrO2超細粉」中選擇磷酸三丁酯(TBP)—煤油—鹽酸的工業化萃取鋯體系，確定了反向膠團溶液形成的條件，並以氨水為沉澱劑，使之與反向膠團溶液反應，將沉澱物洗滌、乾燥、焙燒，得到粒徑10nm左右的單分散ZrO2粉末。
上述文獻主要披露了製備氧化鋯以及對氧化鋯粒度或分散性等性能的控制，但是由於方法本身存在的缺點和不足，並不能更好的解決問題。
發明內容
本發明的目的在於克服已有技術的不足，提供一種連續生產超細球形氧化鋯粉體的生產設備。
本發明的再一目的是提供一種工藝流程簡單，無汙染排放的超細球形氧化鋯(ZrO2)粉體的分子薄層氨化法的連續生產方法。
本發明的連續生產超細球形氧化鋯粉體的生產設備包括氨氣罐，大圓輥，小圓輥，加熱器，氣體收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精餾塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，產品收集器，原料槽；一安裝在支架上的大圓輥的一側有一個以上的安裝在支架上的小圓輥，並且大圓輥與小圓輥相切；在大圓輥的另一側圓輥邊上有通過管路與乙醇罐相連通的乙醇噴射頭；在大圓輥的上部，且在小圓輥與乙醇噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器，在加熱器的上方安裝有氣體收集器；在大圓輥的下方有一原料槽，且大圓輥的底部與原料槽中的原料液相接觸，在原料槽的上部安裝有真空泵；一產品收集器安裝在乙醇罐一側的大圓輥的下方，且產品收集器的側壁伸入到大圓輥的下方；在產品收集器的上部安裝有真空泵；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥之間的空隙與大圓輥接近；一氣體收集器通過管路與吸收塔相連通，吸收塔通過管路與精餾塔相連通，精餾塔通過管路分別與乙醇回收罐和氨液回收罐相連通。
所述的乙醇噴射頭與乙醇罐相連通的管路上安裝有閥門。
所述產品收集器由一般儲槽改制而成，儲槽上部呈倒梯形。
所述的氨氣噴射頭與氨氣罐相連通的管路上安裝有閥門。
所述的氣體收集器與吸收塔相連通的管路上安裝有閥門及真空泵。
本發明採用連續生產超細球形氧化鋯粉體的生產設備，連續生產超細球形氧化鋯粉體的方法包括以下步驟(1).將質量濃度為0.5～5％的氧氯化鋯乙醇溶液置於原料槽中；
所述原料槽頂部連有真空泵，防止氧氯化鋯乙醇溶液中的乙醇揮發。
(2).開啟氣體收集器，開啟大圓輥和小圓輥，開啟氨氣罐供氨氣，開啟加熱器加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐衝洗煅燒後的物料，開啟產品收集器，儲存產物，開啟真空泵；所述大圓輥以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度順時針旋轉的同時與以相同速度逆時針旋轉的小圓輥相切；氨氣罐以0.5～1L/min總流量噴出氨氣，氨氣經各分支氨氣噴射頭噴向大小圓輥切點處的大圓輥上的氧氯化鋯乙醇溶液，使氨氣與氧氯化鋯乙醇溶液反應；加熱器升溫至400～800℃，乾燥大圓輥上的反應產物。
所述的大小圓輥相切形成的溶液薄層厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
所述的小圓輥、加熱器、氨氣噴射頭均可部分開啟。
所述的大小圓輥由普通鋼製成，外層裹有鋁箔，其直徑可分別為Φ＝1.5m，Φ＝0.3m；氣體收集器用來收集揮發出來的多餘的氨氣和乙醇，氣體收集器通過吸收塔與精餾塔相接，用來分離氨氣和乙醇，分離出來的氨氣進入氨液回收罐，乙醇進入乙醇回收罐。
所述產品收集器由一般儲槽改制而成，儲槽上部呈倒梯形，儲槽上部連有真空泵，使儲槽內形成負壓；由氣體收集器收集的乙醇經管路去吸收塔。
本發明的方法是以氧氯化鋯醇溶液為原料，與氨氣直接反應得到氫氧化鋯，在不同溫度下，煅燒製備球形氧化鋯超細粉體，其粒徑在幾個納米到三十個納米範圍內調控，優選粒徑範圍為5～20nm，且具有良好的分散性。
本發明的優點在於1.本發明的設備屬於分子薄層氨化法製備超細球形氧化鋯粉體的相關設備，可獲得超細球形單分散氧化鋯顆粒。
2.本發明的方法可連續生產超細球形氧化鋯粉體，所使用的原料低廉，工藝流程簡單，操作容易，生產成本低，省時，效率高，通過對物質內循環實現汙染零排放。
圖1.本發明的連續生產超細球形氧化鋯粉體的生產設備示意圖。
圖2.本發明實施例1中氧化鋯顆粒的TEM圖。
圖3.本發明實施例2中氧化鋯顆粒的TEM圖。
附圖標記1.氨氣罐2.大圓輥3.小圓輥4.加熱器5.氣體收集器6.乙醇回收罐7.氨液回收罐8.精餾塔9.吸收塔10.真空泵 11.乙醇罐 12.產品收集器13.原料槽具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護範圍並不受這些實例的限制。
實施例1請參見圖1。一安裝在金屬支架上的由普通鋼製成，外層裹有鋁箔，其直徑分別為Φ＝1.5m的大圓輥2和Φ＝0.3m的小圓輥3，且大圓輥2與小圓輥3相切；在大圓輥2的另一側圓輥邊上有通過管路與乙醇罐11相連通的乙醇噴射頭，乙醇噴射頭與乙醇罐11相連通的管路上安裝有閥門；在大圓輥2的上部，且在小圓輥3與噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器4，在加熱器4的上方安裝有氣體收集器5；在大圓輥3的下方有一原料槽13，且大圓輥2的底部與原料槽13中的原料液相接觸，在原料槽13的上部安裝有真空泵10；一上部呈倒梯形的產品收集器12安裝在乙醇罐11一側的大圓輥2的下方，且產品收集器12的側壁伸入到大圓輥2的下方；在產品收集器12的上部安裝有真空泵10；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐7相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥3之間的空隙與大圓輥2接近；氨氣噴射頭與氨氣罐1相連通的管路上安裝有閥門；一氣體收集器5通過管路與真空泵10相連接，在其管路上安裝有閥門，真空泵10通過管路與吸收塔9的底部相連通，吸收塔9的中上部通過管路與精餾塔8的中上部相連通，精餾塔8的頂部通過管路與氨液回收罐7的頂部相連通，精餾塔8的上部通過管路與乙醇回收罐6的頂部相連通。
採用上述設備連續生產超細球形氧化鋯粉體(1).將質量濃度為1％的氧氯化鋯乙醇溶液盛於原料槽13中；(2).開啟氣體收集器5，開啟大圓輥2和小圓輥3，開啟氨氣罐1供氨氣，開啟加熱器4加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐11衝洗煅燒後的物料，開啟產品收集器12，儲存產物，開啟真空泵10；大圓輥以4×10-3m/s的速度順時針旋轉的同時與以相同速度逆時針旋轉的小圓輥相切；氨氣罐以0.6L/min總流量噴出氨氣，將氨氣通過導流管輸送到大小圓輥的相切處，氧氯化鋯乙醇溶液薄層與氨氣在相切處相遇發生反應，生成氫氧化鋯微顆粒。
大圓輥上的氫氧化鋯微顆粒隨大圓輥轉到加熱器4處被煅燒，煅燒溫度是500℃。
圓輥上的經煅燒後的產物隨大圓輥轉到乙醇噴射頭處被乙醇衝洗，經衝洗後的氧化鋯產品被產品收集器12收集。
經分析，氧化鋯顆粒呈球形，基本無硬團聚，其粒度分布在5～15nm。
實施例2採用實施例1的設備。
(1).將質量濃度為1.5％的氧氯化鋯乙醇溶液盛於原料槽13中；(2).開啟氣體收集器5，開啟大圓輥2和小圓輥3，開啟氨氣罐1供氨氣，開啟加熱器4加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐11衝洗煅燒後的物料，開啟產品收集器12，儲存產物，開啟真空泵10；大圓輥以3.80×10-3m/s的速度順時針旋轉的同時與以相同速度逆時針旋轉的小圓輥相切；氨氣罐以0.8L/min總流量噴出氨氣，將氨氣通過導流管輸送到大小圓輥的相切處，氧氯化鋯乙醇溶液薄層與氨氣在相切處相遇發生反應，生成氫氧化鋯微顆粒。
大圓輥上的氫氧化鋯微顆粒隨大圓輥轉到加熱器4處被煅燒，煅燒溫度是600℃。
圓輥上的經煅燒後的產物隨大圓輥轉到乙醇噴射頭處被乙醇衝洗，經衝洗後的氧化鋯產品被產品收集器12收集。
經分析，氧化鋯顆粒呈球形，基本無硬團聚，其粒度分布在15～25nm。
權利要求
1.一種連續生產超細球形氧化鋯粉體的生產設備，包括氨氣罐，大圓輥，小圓輥，加熱器，氣體收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精餾塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，產品收集器，原料槽；其特徵是一安裝在支架上的大圓輥的一側有一個以上的安裝在支架上的小圓輥，並且大圓輥與小圓輥相切；在大圓輥的另一側圓輥邊上有通過管路與乙醇罐相連通的乙醇噴射頭；在大圓輥的上部，且在小圓輥與乙醇噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器，在加熱器的上方安裝有氣體收集器；在大圓輥的下方有一原料槽，且大圓輥的底部與原料槽中的原料液相接觸，在原料槽的上部安裝有真空泵；一產品收集器安裝在乙醇罐一側的大圓輥的下方，且產品收集器的側壁伸入到大圓輥的下方；在產品收集器的上部安裝有真空泵；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥之間的空隙與大圓輥接近；一氣體收集器通過管路與吸收塔相連通，吸收塔通過管路與精餾塔相連通，精餾塔通過管路分別與乙醇回收罐和氨液回收罐相連通。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵是所述的乙醇噴射頭與乙醇罐相連通的管路上安裝有閥門。
3.根據權利要求1所述的設備，其特徵是所述的產品收集器的上部呈倒梯形。
4.根據權利要求1所述的設備，其特徵是所述的氨氣噴射頭與氨氣罐相連通的管路上安裝有閥門。
5.根據權利要求1所述的設備，其特徵是所述的氣體收集器與吸收塔相連通的管路上安裝有閥門及真空泵。
6.一種採用權利要求1～5任一項所述的設備進行連續生產超細球形氧化鋯粉體的方法，其特徵是，該方法包括以下步驟(1).將質量濃度為0.5～5％的氧氯化鋯乙醇溶液置於原料槽中；(2).開啟氣體收集器，開啟大圓輥和小圓輥，開啟氨氣罐供氨氣，開啟加熱器加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐衝洗煅燒後的物料，開啟產品收集器，儲存產物，開啟真空泵；所述大圓輥以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度順時針旋轉的同時與以相同速度逆時針旋轉的小圓輥相切，氨氣罐以0.5～1L/min總流量噴出氨氣，氨氣經各分支氨氣噴射頭噴向大小圓輥切點處的大圓輥上的氧氯化鋯乙醇溶液，使氨氣與氧氯化鋯乙醇溶液反應；加熱器升溫至400～800℃，乾燥大圓輥上的反應產物。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵是所述的大小圓輥相切形成的溶液薄層厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵是所述的小圓輥可部分開啟。
9.根據權利要求6所述的方法，其特徵是所述的加熱器可部分開啟。
10.根據權利要求6所述的方法，其特徵是所述的氨氣噴射頭可部分開啟。
全文摘要
本發明涉及採用分子薄層氨化法製備超細球形ZrO
文檔編號C01G25/02GK101074114SQ20061008142
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者唐清, 季清榮, 楊瑋嬌, 李釩, 安震濤 申請人:中國科學院過程工程研究所