專利名稱：溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法及專用裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法及專用裝置。
背景技術：
現(xiàn)有單一或復合金屬氧化物的制備方法主要是濕法沉淀-煅燒法，即以單一或復合金屬無機鹽溶液為原料，以碳酸氫氨、草酸等為沉淀劑，生成堿式碳酸鹽、草酸鹽等沉淀，經(jīng)過濾、洗滌和千燥后，同經(jīng)高溫煅燒，得到氧化物粉末。這種方法工藝流程長，過程復雜難控制，容易產(chǎn)生廢氣、廢液，造成環(huán)境污染。還有氣相法和固相法。氣相法制得產(chǎn)品雖純度高，團聚少，但產(chǎn)量較低，且對設備要求較高，不易大規(guī)模生產(chǎn)；固相法所用設備簡單，容易操作，但產(chǎn)品質量不高，僅適用于要求較低的行業(yè)。噴霧熱解法是近年來提出的新工藝，該工藝采通過溶液霧化、反應、介質吸附產(chǎn)物后再進行煅燒，其工藝流程短，操作較簡單，如CN1557715A公開了 "噴霧熱解制備納米粉體的方法"，但是這類方法由于金屬鹽溶液在高溫氣氛中停留時間短，其反應不太充分，產(chǎn)物晶化程度不高；且產(chǎn)品仍需經(jīng)后處理，而且沒有對反應產(chǎn)生的氣體進行綜合回收利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服以上缺點，提供一種溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法及專用裝置。以實現(xiàn)反應充分，產(chǎn)物晶化程度高；產(chǎn)品不要經(jīng)后處理，可對反應產(chǎn)生的氣體進行綜合回收利用，對環(huán)境無污染、且工藝簡單、可縮短工藝流程、產(chǎn)品質量優(yōu)良，并有利于自動化、連續(xù)化生產(chǎn)。
溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法，包括以下步驟
(1) 制備0. 1 3mol/L的單一或復合可溶性金屬鹽溶液，按溶液中金屬重量的0. 1 1%加入高分子分散劑，預熱至60-8CTC;
(2) 預熱后的溶液輸入到溶液霧化氧化專用裝置中的氣流式霧化器，在霧化壓力為1.0 2.5Xl(TPa條件下霧化，再經(jīng)專用裝置中的擾流裝置進入到豎式管狀電爐中，在
3溫度為500-950°C，與空氣充分混合后，瞬間氧化為氧化物粉末；(3)氧化物粉末進入溶液霧化氧化專用裝置的兩級高效旋風分離器分離，氧化物粉末通過旋風分離器上的連續(xù)排料裝置收集后排出，氣相中的酸氣進入淋洗吸收塔回收利用。
所述單一或復合可溶性金屬鹽溶液是鈷、鎳、鐵、鋅、銅、鎂、鋁、鈣、鉛、鈦、錳、鉍或鋇的單一或復合金屬的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽。
所述的高分子分散劑是PVP、 0P、 PVA、 PAA中的一種或一種以上的混合物。
溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的專用裝置是設有一個帶有l(wèi)-6組電加熱系統(tǒng)的豎式管狀電爐，在豎式管狀電爐內(nèi)部的反應管中設有擾流裝置，在反應管頂部設有密封蓋，密封蓋上設有與進料管連接的氣流式霧化器，豎式管狀電爐下部的出料口與旋風分離器連接，旋風分離器的氣相與回收氣體的氣體吸收裝置連接。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點是(1)溶液經(jīng)氣流式霧化器，霧化成為極細的液體小霧滴，使其具有較高的比表面積，使反應更加完全；(2)通過溶液霧化氧化專用裝
置中的擾流裝置進入豎式管狀電爐中，改變了流體運動軌跡，增加了反應時間，使產(chǎn)物晶型
更加完整；(3)除吸附介質外無其它化學物質的介入，保證的產(chǎn)品的純度；(4)整個反應
一步完成，可大幅縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本，同時避免了后續(xù)煅燒過程中晶粒的長大，
所得粉體粒徑小，分布均勻，無團聚；(5)反應產(chǎn)物中的酸氣體可回收循環(huán)利用，無廢物產(chǎn)生，對環(huán)境無污染，(6)、通過調(diào)節(jié)進液量、霧化空氣流量、尾氣風機流量，可實現(xiàn)過程的控制及產(chǎn)物的成分、結構、形貌、粒度及其分布。所制備的單一或復合金屬氧化物產(chǎn)品純度大于99%，晶格完整，粒度分布均勻。


附圖為溶液霧化氧化專用裝置及工藝流程示意圖。
具體實施例方式
實施例1-
溶液霧化氧化專用裝置是設有一個帶有四組電加熱系統(tǒng)ir 1、 11-2、 11-3、 11-4的豎式管狀電爐l，在豎式管狀電爐的內(nèi)部設有反應管2，在反應管2外部填充有保溫材料6。在反應管2中設有一根沿軸向延伸的螺旋擋片7用為擾流裝置，在反應管頂部設有密封蓋3，密封蓋上設有氣流式霧化器4，氣流式霧化器與承有原料溶液容器9連通，通過流量計8控
制流量的大小，壓縮空氣通過壓縮空氣機io輸入。
豎式管狀電爐下部的出料口 5與兩級旋風分離器12-1和12-2連接，粉末通過旋風分離 器上的連續(xù)排料裝置13收集并排出。酸氣體經(jīng)管道通入淋洗吸收塔14-1，水經(jīng)循環(huán)水入口 19流入進行淋洗，氣體在其中獲得充分的冷卻，氣體中的可溶組分溶于冷凝水中，回收的酸 通過管道流入酸槽21中，剩余的氣相再經(jīng)過第二級吸收塔14-2充分吸收。符合環(huán)保標準的 廢氣經(jīng)管道由帶有變頻功能的尾氣風機20排空。
實施例2:
(1) 配置1.5 mol/L的CoC12 6H20溶液，加入0P分散劑0. lg，將其預熱至70。C;
(2) 導入溶液霧化氧化專用裝置中的氣流式霧化器，將霧化壓力控制為L5X105Pa， 再經(jīng)專用裝置中的擾流裝置進入到豎式管狀電爐中，在溫度為850°C，與空氣充分混合后氧 化為氧化物粉，
(3) 氧化物粉末進入溶液霧化氧化專用裝置的兩級高效旋風分離器分離，分離后的氧 化物粉末通過旋風分離器上的連續(xù)排料裝置收集后排出，氣相中的HC1通過兩級串聯(lián)的水溶 液噴淋吸收得到工業(yè)稀鹽酸。
所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為單一物相的四氧化三鈷，通過掃描電鏡(SEM)分析，產(chǎn) 物為均勻分布的球形，平均粒度為2.96lim。 實施例3:
配置1.5mol/L的Co(N0:,)2 6化0溶液，加入PVA分散劑0. lg,將其預熱至7(TC后，導 入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105pa，反應溫度控制為500°C，通過 兩級高效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級串聯(lián)的水溶液噴淋吸收得到 工業(yè)稀硝酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為單一物相的四氧化三鈷，通過掃描電鏡(SEM) 分析，產(chǎn)物為均勻分布的球形，平均粒度為3.59um。
實施例4:
配置1.5 mol/L的NiCL 6H刀溶液，加入PAA分散劑0. 05g， PVA分散劑0. 05g將其預 熱至7(TC后，導入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5Xl05Pa,反應溫度控制為80(TC，通過兩級高效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的HC1通過兩級串聯(lián)的水溶 液噴淋吸收得到工業(yè)稀鹽酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為單一物相的氧化鎳，通過掃描電 鏡(SEM)分析，產(chǎn)物為均勻分布的球形，平均粒度為4.25um。 實施例5:
配置1. 5 mol/L的NiSOi 61^0溶液，加入PAA分散劑0. 05g， PVA分散劑0. 05g將其預 熱至80'C后，導入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105pa，反應溫度控制 為90(TC，通過兩級高效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的S02通過兩級串聯(lián)的水溶液 噴淋吸收得到工業(yè)稀硫酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為單一物相的氧化鎳，通過掃描電鏡 (SEM)分析，產(chǎn)物為均勻分布的球形，平均粒度為4.31um。
實施例6:
配置1. 0 mol/L的Co (N0:,) 2 6H20溶液，1. 0 mol/L的NiNO:, 6H力溶液，Mn(N0:i)2 6H20 溶液，3.0 mol/LiNO,的溶液，按體積比為1: I: 1: 1充分混合，加入添加劑PVA 0. lg，將 其預熱至7(TC后，導入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105Pa，反應溫度 控制為95(TC，通過兩級高效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級串聯(lián)的水 溶液噴淋吸收得到工業(yè)稀硝酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為晶形完整的LiNiwCo^M :,02， 通過掃描電鏡(SEM)分析，產(chǎn)物為均勻分布的球形，平均粒度為4.37um。
實施例7:
配置1.65mol/L的CoCL 6H刀溶液，0. 75 mol/L的NiCl2 6H20溶液，0. Imol/LFeCL 溶液，按體積比1: 1: 1充分混合，加入添加劑PAA 0. lg，將其預熱至7(TC后，導入溶液 霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105Pa，反應溫度控制為90(TC，通過兩級高 效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的HC1通過兩級串聯(lián)的水溶液噴淋吸收得到工業(yè)稀 鹽酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為晶形完整的F^Ni丄02，通過掃描電鏡(SEM)分析，產(chǎn) 物為均勻分布的球形，平均粒度為4.29um。
實施例8:
配置0.5mol/L的AgN0.,溶液，加入PAA分散劑0. lg，將其預熱至8(TC后，導入溶液霧
6化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105Pa，反應溫度控制為900°C，通過兩級高效 旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級串聯(lián)的水溶液噴淋吸收得到工業(yè)稀硝 酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為單一物相的氧化銀，通過掃描電鏡(SEM)分析，產(chǎn)物為 均勻分布的球形，平均粒度為1.26um。
實施例9:
配置2.0 mol/L的Ti(N0,)2溶液，2.0 mol/L的Ba(N0丄溶液，1.0 mol/L的Ca(N0:,)2溶 液，2.0mol/L的Cu(N0:,)2溶液，按體積比l: 1: 1: l均勻混合，加入0P分散劑0. lg，預熱 至70'C后，導入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X10卞a，反應溫度控制為 600°C，通過兩級高效旋風分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級串聯(lián)的水溶液噴 淋吸收得到工業(yè)稀硝酸。所得粉末經(jīng)XRD檢測，產(chǎn)物為晶形完整的TLB&CaCu^,通過掃描 電鏡(SEM)分析，產(chǎn)物為均勻分布的球形，平均粒度為4.51utn。
權利要求
1. 一種溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)制備0. 1～3mol/L的單一或復合可溶性金屬鹽溶液，按溶液中金屬重量的0.1～1％加入高分子分散劑，預熱至60-80℃；(2)預熱后的溶液輸入到溶液霧化氧化專用裝置中的氣流式霧化器，在霧化壓力為1.0～2.5×105Pa條件下霧化，再經(jīng)專用裝置中的擾流裝置進入到豎式管狀電爐中，在溫度為500-950℃℃，與空氣充分混合后，瞬間氧化為氧化物粉末；(3)氧化物粉末進入溶液霧化氧化專用裝置的兩級高效旋風分離器分離，氧化物粉末通過旋風分離器上的連續(xù)排料裝置收集后排出，氣相中的酸氣進入淋洗吸收塔回收利用。
2. 根據(jù)權利要求1所述的溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法，其特征在 于，所述單一或復合可溶性金屬鹽溶液是鈷、鎳、鐵、鋅、銅、鎂、鋁、鈣、鉛、鈦、錳、 鉍或鋇的單一或復合金屬的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽。
3. 根據(jù)權利要求1所述的溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法，其特征在 于，所述的高分子分散劑是PVP、 0P、 PVA、 PAA中的一種或一種以上的混合物。
4. 一種溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的專用裝置，其特征在于，設有一個 帶有l(wèi)-6組電加熱系統(tǒng)的豎式管狀電爐，在豎式管狀電爐內(nèi)部的反應管中設有擾流裝置，在 反應管頂部設有密封蓋，密封蓋上設有與進料管連接的氣流式霧化器，豎式管狀電爐下部的 出料口與旋風分離器連接，旋風分離器的氣相與回收氣體的氣體吸收裝置連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的方法及專用裝置。制備0.1～3mol/L的單一或復合可溶性金屬鹽溶液，按溶液中金屬重量的0.1～1％加入高分子分散劑，預熱至60-80℃；輸入到溶液霧化氧化專用裝置中的氣流式霧化器，在霧化壓力為1.0～2.5×10⁵Pa條件下霧化，再經(jīng)專用裝置中的擾流裝置進入到豎式管狀電爐中，在溫度為500-950℃，與空氣充分混合后，瞬間氧化為氧化物粉末；氧化物粉末進入高效旋風分離器分離，氣相中的酸氣進入淋洗吸收塔回收利用。本發(fā)明采用的溶液霧化氧化制備的單一或復合金屬氧化物產(chǎn)品純度大于99％，晶格完整，粒度分布均勻，而且生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，并對環(huán)境沒有污染，具有廣闊的工業(yè)應用前景。
文檔編號C01B13/14GK101497432SQ20091004285
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月12日 優(yōu)先權日2009年3月12日
發(fā)明者馮慶明, 田慶華, 郭學益, 郭秋松 申請人:中南大學