專利名稱：一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及硅化鎂生產(chǎn)設備，主要涉及一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置。
背景技術：
硅化鎂是一種重要的工業(yè)原料，廣泛應用于制備硅烷氣體、多晶硅、非晶硅薄膜、 陶瓷材料及含硅納米粉末等。對半導體微電子制造業(yè)、太陽能電池制造業(yè)、材料鍍層加工業(yè)和先進陶瓷有著越來越重要的作用。開發(fā)大規(guī)模、高效、高質量和低能耗的工業(yè)合成技術是硅化鎂工藝的發(fā)展方向。目前，硅化鎂的生產(chǎn)方法主要有兩種，分別為間隙式生產(chǎn)方法和連續(xù)合成方法。 其中，間隙式生產(chǎn)方法主要利用固定床間歇反應器，將硅粉和鎂粉按一定的比例混合，在真空下加熱，使硅鎂發(fā)生反應生成硅化鎂粉末，由于硅鎂反應是強放熱反應，其反應式為 2Mg+Si — Mg2Si+77. 4KJ/mol,反應在500 550°C大量發(fā)生，反應放出大量的熱使物料劇烈升溫，將使物料達到 650 800°C，甚至更高，導致Mg3Si2和Mg4Si3等副產(chǎn)物大量增加，從而降低硅化鎂收率和質量，如果不及時移出反應熱，同時將導致生成的硅化鎂熔融結塊，將給后續(xù)處理和應用帶來極大的困難；此外，由于固定床間歇反應器的局限性，即它需要裝料、加熱、保溫、冷卻和取料等工序，使得其生產(chǎn)效率低下、能耗較大。德國專利1143190曾提出了一種連續(xù)合成硅化鎂的方法，共有兩個方案，其中一個是利用螺旋推進器推動反應器內混合物料向前輸送，攪拌和加熱同時進行；另一個是延轉管式，反應器稍微傾斜，物料靠反應器轉動和物料自身重力向前移動，加熱和攪拌同時進行。但無論是間隙式生產(chǎn)方法中使用的固定床間歇反應器還是連續(xù)合成方法中使用的反應器，均未解決硅鎂反應的移熱問題，極大地限制了硅化鎂的大規(guī)模合成。
發(fā)明內容為解決上述存在的技術問題，本實用新型的目的是提出一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，使其可有效控制反應溫度，以提高硅鎂轉化率和硅化鎂收率，且適應大規(guī)模高效連續(xù)合成硅化鎂的需要。本實用新型實現(xiàn)發(fā)明目的所采用的技術方案為—種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，所述的硅化鎂反應裝置主體為回轉窯構成的反應器，并具有加熱機構和噴淋冷卻機構；設置有硅鎂混料器1、待反應物儲料槽，所述待反應物儲料槽為并聯(lián)設置的三個Oa、2b、2c)；所述并聯(lián)設置的三個待反應物儲料槽(h、2b、 2c)分別與硅鎂混料器1連通，并與進料倉3連通；在回轉窯的進料口設置有螺旋進料器 4，所述的螺旋進料器4與進料倉3連通并通過回轉接頭5與回轉窯連通；所述的回轉窯具有進料預熱段、反應段、補溫反應段和出料段，并對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段分別設置有加熱機構，所述的加熱機構為外置夾套式結構，即具有進料預熱段加熱夾套6，反應段加熱夾套7，補溫反應段加熱夾套8 ；對應回轉窯的出料段設置有噴淋冷卻機構，所述的噴淋冷卻機構為噴淋冷卻裝置10，設置在回轉窯的出料段；回轉窯的溫度監(jiān)控采用高精度遙感式溫度變送器，并分別對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段、出料段設置；與回轉窯的出料口通過回轉接頭12連通有螺旋出料器13 ；螺旋出料器13出口與出料倉14連通，所述的出料倉14與并聯(lián)的三個目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)連通；回轉窯式的反應器的回轉窯內壁設置有螺旋翅片17，所述的螺旋翅片17固定連接在回轉窯筒體16的內壁上。本實用新型硅化鎂反應裝置的工作過程1)對除了混料器1以外的整個裝置系統(tǒng)進行氣體置換洗滌凈化，利用真空系統(tǒng)和保護氣系統(tǒng)可實現(xiàn)多次真空和充壓的循環(huán)洗滌，從而使系統(tǒng)達到凈化要求，凈化合格后保持微正壓狀態(tài)，并將系統(tǒng)中的閥門保持在關閉狀態(tài)，洗滌氣可采用氬氣或氫氣。2)將硅粉與鎂粉按照質量比3 5 7投入混料器，投料完畢后，對盛有物料的混料器進行空氣凈化洗滌化處理，合格后保持微正壓開啟攪拌器進行混料，混料完畢后，再次對混料器及其物料進行最后一次洗滌凈化處理并保持微正壓。3)開啟混料器第一物料控制閥si和待反應物儲料槽2a的第二物料控制閥s2，將混合均勻的物料轉移至待反應物儲料槽2a，轉移完畢后關閉第一物料控制閥si和第二物料控制閥s2?；炝掀骼^續(xù)執(zhí)行2)步驟的操作，其處理好的混合物料可循環(huán)存儲在2a、2b、 2c內，以此實現(xiàn)混料器的不間斷操作，保證反應物料的連續(xù)供應。4)開啟儲料槽2a的第五物料控制閥s5和進料倉3的第八物料控制閥s8，將待反應物料轉移至進料倉3內，轉移完畢后，關閉第五物料控制閥s5和第八物料控制閥s8。5)開啟回轉窯16外部的加熱夾套6、7、8的加熱系統(tǒng)，對回轉窯16進行預熱，并開啟回轉窯的轉動控制系統(tǒng)，使回轉窯筒體轉動。6)當預熱的三個區(qū)間溫度達到目標溫度后，開啟第九物料控制閥s9和啟動螺旋進料器4，開始向回轉窯16進料，同時開啟噴淋冷卻裝置10和螺旋出料器13以及第十物料控制閥s 10。7)根據(jù)個區(qū)間的溫度監(jiān)控情況調整進料速度和加熱強度，嚴格控制反應的條件。8)在反應進行的同時，混料器1可以將其混合好的物料移至儲料槽2b和2c內備用，當儲料槽2a中的物料轉移完后，可切換到另一個儲料槽補料。這樣可以實現(xiàn)進料倉永遠有連續(xù)的物料補給。9)當出料倉14的物料達到一定量時，開啟出料倉14的第i^一物料控制閥sll和目標產(chǎn)物儲料槽15a的第十二物料控制閥sl2，將產(chǎn)物轉移至15a中，當產(chǎn)物儲料槽15a的物料達到目標量時，關閉目標產(chǎn)物儲料槽15a的第十二物料控制閥sl2，開啟目標產(chǎn)物儲料槽15b的第十三物料控制閥sl3，使產(chǎn)物收集在15b中，而此時也可以開啟儲料槽15a的第十五物料控制閥sl5，將反應產(chǎn)物取出。10)在放料取出最終反應物的同時，儲料槽15a會被外界空氣污染，所以在放料完畢后可通過真空閥v6和保護氣閥g6對15a進行置換洗滌，重新凈化15a，使其處于合格的待用狀態(tài)待用。如此循環(huán)處理15a、15b、15c，可以實現(xiàn)物料的連續(xù)輸出，保持反應的連續(xù)進行。與背景技術相比，本實用新型的有益效果是1.能安全穩(wěn)定有效的控制反應的進行。[0021]2.可實現(xiàn)大規(guī)模M小時不間斷生產(chǎn)，可提高產(chǎn)能和目標產(chǎn)物產(chǎn)率。3.有效的實現(xiàn)反應余熱的轉移，優(yōu)化目標產(chǎn)物形狀。4.減少能耗和成本，提高效益。

圖1為本實用新型硅化鎂反應裝置構成的示意圖。圖2為回轉窯筒體截面示意圖。圖中1.硅鎂混料器，2a、2b、2c、待反應物儲料槽，3.進料倉，4.螺旋進料器，5.回轉接頭，6.進料預熱段加熱夾套，7.反應段加熱夾套，8.補溫反應段加熱夾套，9.隔水擋 U, 10.噴淋冷卻裝置，11.隔水擋板，12.回轉接頭，13.螺旋出料器，14.出料倉，lfe、15b、 15c、目標產(chǎn)物出料倉，16.回轉窯筒體，17.螺旋翅片，18.壓力平衡管，si.第一物料控制閥，s2.第二物料控制閥，s3.第三物料控制閥，s4.第四物料控制閥，s5.第五物料控制閥， s6.第六物料控制閥，s7.第七物料控制閥，s8.第八物料控制閥，s9.第九物料控制閥，slO. 第十物料控制閥，sll.第十一物料控制閥，sl2.第十二物料控制閥，sl3.第十三物料控制閥，sl4.第十四物料控制閥，sl5.第十五物料控制閥，sl6.第十六物料控制閥，sl7.第十七物料控制閥，Pl p3.壓力計，psl ps2.壓力變送器，Tl T4.遙感式溫度變送器，vl v8.真空控制閥，gl g8.置換氣和保護氣控制閥，fl f8.空氣過濾器。
具體實施方式
結合附圖給出的實施例，對本實用新型加以說明，但不構成對本實用新型的任何限制。如圖1、圖2所示，一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，所述的硅化鎂反應裝置主體為回轉窯構成的反應器，并具有加熱機構和冷卻機構；設置有硅鎂混料器1、待反應物儲料槽， 所述待反應物儲料槽為并聯(lián)設置的三個Oa、2b、2c ；所述并聯(lián)設置的三個待反應物儲料槽 (2a.2b.2c)分別通過第二物料控制閥s2、第三物料控制閥s3、第四物料控制閥s4與硅鎂混料器1連通，并通過第五物料控制閥s5、第六物料控制閥s6、第七物料控制閥s7與進料倉3連通；設置有控制硅鎂混料器1出料的第一物料控制閥sl，設置有控制進料倉3出料的第九物料控制閥s9 ；在回轉窯的進料口設置有螺旋進料器4，所述的螺旋進料器4通過回轉接頭5與回轉窯連通；螺旋進料器4的出口連接旋轉接頭5，螺旋進料器4的入口連接進料倉3 ；所述的回轉窯具有進料預熱段、反應段、補溫反應段和出料段，并對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段分別設置有加熱機構，所述的加熱機構為外置夾套式結構，即具有進料預熱段加熱夾套6，反應段加熱夾套7，補溫反應段加熱夾套8，可對各個區(qū)段的工作溫度進行加熱功率調節(jié)，滿足回轉窯進料預熱段、反應段、補溫反應段各自的工作溫度要求；所述加熱機構的加熱部件均主要由電阻絲和設置于所述的電阻絲外的絕緣層組成，所述的電阻絲纏繞固定在夾套的內壁上，所述的加熱夾套都設有隔熱填充物和外殼，從而減少熱量流失和提高安全。對應回轉窯的出料段設置有噴淋冷卻機構，所述的噴淋冷卻機構為噴淋冷卻裝置10，設置在回轉窯的出料段，回轉窯的溫度監(jiān)控采用遙感式溫度變送器，四個遙感式溫度變送器Tl T4分別對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段、 出料段設置，分別測量回轉窯進料預熱段，反應段、補溫反應段以及出料段的實時溫度，將數(shù)值反映給加熱機構和噴淋冷卻機構，通過加熱機構的控制和調整來準確的控制反應的條件，通過噴淋冷卻機構的調節(jié)來控制出口物料的溫度，從而提高目標產(chǎn)物的收率和改善目標產(chǎn)物的形狀。冷卻介質采用循環(huán)利用，在噴淋區(qū)兩端設有隔水擋板9、11，防止介質擴散， 有利于介質的回收和循環(huán)。與回轉窯的出料口通過回轉接頭12連通有螺旋出料器13;螺旋出料器13出口通過第十物料控制閥SlO與出料倉14連通，所述的出料倉14具有第十一物料控制閥sll，并分別通過第十二物料控制閥sl2、第十三物料控制閥sl3、第十四物料控制閥sl4與并聯(lián)的三個目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)連通，對應三個并聯(lián)的目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)分別具有第十五物料控制閥sl5、第十六物料控制閥sl6、第十七物料控制閥sl7 ；回轉窯式的反應器的回轉窯內壁設置有螺旋翅片17，所述的螺旋翅片17在隨回轉窯轉動的過程中充分的攪拌混合反應物和控制反應物產(chǎn)生縱向位移，另外，所述的螺旋翅片還可以將反應段余熱分別弓I導至進料預熱段和補溫反應段，既可以起到預熱新進反應物和給補溫反應區(qū)加溫的作用，又可以防止反應區(qū)過熱狀態(tài)的產(chǎn)生，從而獲得節(jié)能，高效， 高質的生產(chǎn)過程；所述的螺旋翅片17固定連接在回轉窯筒體16的內壁上，回轉窯的轉動通過變頻電機齒輪傳動，可靈活調整整個回轉窯的轉速。所述的螺旋進料器4、螺旋出料器13 均采用變頻螺旋輸送機。
權利要求1.一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，其特征在于所述的硅化鎂反應裝置主體為回轉窯構成的反應器，并具有加熱機構和噴淋冷卻機構；設置有硅鎂混料器(1)、待反應物儲料槽， 所述待反應物儲料槽為并聯(lián)設置的三個(2a、2b、2c)所述并聯(lián)設置的三個待反應物儲料槽 (2a.2b.2c)分別與硅鎂混料器(1)連通，并與進料倉(3)連通；在回轉窯的進料口設置有螺旋進料器(4)，所述的螺旋進料器(4)與進料倉(3)連通并通過回轉接頭(5)與回轉窯連通；所述的回轉窯具有進料預熱段、反應段、補溫反應段和出料段，并對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段分別設置有加熱機構，所述的加熱機構為外置夾套式結構，即具有進料預熱段加熱夾套(6)，反應段加熱夾套(7)，補溫反應段加熱夾套(8)；對應回轉窯的出料段設置有噴淋冷卻機構，所述的噴淋冷卻機構為噴淋冷卻裝置(10)，設置在回轉窯的出料段；回轉窯的溫度監(jiān)控采用高精度遙感式溫度變送器，并分別對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段、出料段設置；與回轉窯的出料口通過回轉接頭(12)連通有螺旋出料器(13)；螺旋出料器(13)出口與出料倉(14)連通，所述的出料倉(14)與并聯(lián)的三個目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)連通；回轉窯式的反應器的回轉窯內壁設置有螺旋翅片 (17)，所述的螺旋翅片(17)固定連接在回轉窯筒體(16)的內壁上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，其特征在于所述并聯(lián)設置的三個待反應物儲料槽(2a、2b、2c)分別通過第二物料控制閥(s2)、第三物料控制閥(s3)、第四物料控制閥(s4)與硅鎂混料器(1)連通，并通過第五物料控制閥(s5)、第六物料控制閥 (s6)、第七物料控制閥(s7)與進料倉(3)連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，其特征在于所述螺旋進料器 (4)的出口連接旋轉接頭(5)，螺旋進料器(4)的入口連接進料倉(3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，其特征在于所述螺旋出料器(13)出口通過第十物料控制閥(SlO)與出料倉(14)連通，所述的出料倉(14)具有第十一物料控制閥(sll)，并分別通過第十二物料控制閥(sl2)、第十三物料控制閥(sl3)、第十四物料控制閥(sl4)與并聯(lián)的三個目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)連通，對應三個并聯(lián)的目標產(chǎn)物出料倉(15a、15b、15c)分別具有第十五物料控制閥(sl5)、第十六物料控制閥 (sl6)、第十七物料控制閥(sl7)。
專利摘要本實用新型涉及硅化鎂生產(chǎn)設備，主要涉及一種優(yōu)化的硅化鎂反應裝置，設置有硅鎂混料器(1)，設置的待反應物儲料槽與硅鎂混料器(1)、進料倉(3)連通；設置的螺旋進料器(4)與進料倉(3)連通并通過回轉接頭(5)與回轉窯連通；對應回轉窯的進料預熱段、反應段、補溫反應段分別設置有加熱機構；對應回轉窯的出料段設置有噴淋冷卻機構；螺旋出料器(13)分別與回轉窯的出料口和出料倉(14)連通，回轉窯內壁設置有螺旋翅片(17)。本實用新型的有益效果是能安全穩(wěn)定有效的控制反應的進行，實現(xiàn)大規(guī)模24小時不間斷生產(chǎn)，可提高產(chǎn)能和目標產(chǎn)物產(chǎn)率；實現(xiàn)反應余熱的轉移，優(yōu)化目標產(chǎn)物形狀；減少能耗和成本，提高效益。
文檔編號C01B33/06GK202116325SQ201120160059
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者曹曉斌 申請人:黃石市神州科技有限公司