一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬氯化物溶液射流噴吹快速熱解制備金屬氧化物的裝置。該裝置包括射流熱解系統(tǒng)、旋風分離系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)；其中，射流熱解系統(tǒng)包括燃氣燃燒器和射流熱解反應器，燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口與射流熱解反應器的氣體入口相連接；旋風分離系統(tǒng)的氣體入口與射流熱解反應器的氣體出口相連；尾氣吸收系統(tǒng)的氣體入口與旋風分離系統(tǒng)的氣體出口相連。該裝置強化了金屬氯化物溶液熱解裝置的傳熱、傳質(zhì)效率，實現(xiàn)了快速熱解提高了熱量利用率和熱解效率，提高了熱解轉(zhuǎn)化率和金屬氧化物的純度，且制備金屬氧化物粉末具有粒度小，顆粒分布均勻可以實現(xiàn)鹽酸的循環(huán)利用，實現(xiàn)金屬氧化物的清潔生產(chǎn)。
【專利說明】一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬冶金領域，具體涉及一種由金屬氯化物制備金屬氧化物的裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]溶液直接熱解是將含所需正離子的某種鹽類的溶液噴入到加熱反應室內(nèi)，通過反應生成微細的粉末顆粒。為提高熱解效率，往往將溶液在一定的壓力條件下以近似霧狀的微細液滴噴入到一定溫度的熱解爐中，發(fā)生快速反應得到固體顆粒，因此該技術又叫噴霧熱解。國內(nèi)外很多學者采用該技術成功制備出了性能優(yōu)異的金屬及其氧化物粉體材料。該技術在鋼板酸洗生產(chǎn)線的鹽酸再生循環(huán)利用得到大規(guī)模推廣應用，即將鋼板酸洗產(chǎn)生的氯化鐵溶液通過噴霧熱解后，經(jīng)氣固分離得到氧化鐵粉末和鹽酸熱解尾氣，熱解尾氣經(jīng)吸收得到鹽酸溶液實現(xiàn)再生循環(huán)。中國發(fā)明專利申請201310124443采用氯化鎂溶液直接熱解制備出納米氧化鎂，中國專利ZL201010172151、ZL201210106278以氯化鋁溶液為原料采用噴霧熱解的方式制備出氧化鋁粉體。無論是氯化鐵溶液、氯化鎂溶液還是氯化鋁溶液熱解，均是將金屬氯化物溶液以霧狀液滴噴入到到一定溫度的高溫爐中進行熱解反應。由于所采用的熱解焙燒爐傳質(zhì)、傳熱的局限性，會造成噴吹金屬氯化物溶液熱解制備金屬氧化物的效率過低，熱解時間較長(焙燒時間l_40min)，過長的焙燒周期會導致熱解所得粉末粒度過大且分布不均勻。
[0003]現(xiàn)有制備稀土氧化物的方法主要為銨鹽或堿金屬氫氧化物沉淀法，草酸鹽或碳銨沉淀法。銨鹽(或堿金屬氫氧化物)沉淀法制備稀土氧化物是將氨水(或堿金屬氫氧化物)加入到稀土鹽類溶液中得到稀土氫氧化物沉淀，過濾洗滌得到氫氧化稀土沉淀，然后高溫脫水得到稀土氧化物。草酸鹽或碳銨沉淀法制備稀土氧化物是利用草酸鹽或碳銨直接加入到氯化稀土溶液中將稀土轉(zhuǎn)化為草酸稀土沉淀，過濾得到草酸稀土，然后在800-900°C煅燒得到稀土氧化物。以上方法存在著氨氮廢水污染嚴重等環(huán)境污染問題。如何實現(xiàn)稀土氧化物的清潔生產(chǎn)，已成為稀土氧化物應用的關鍵環(huán)節(jié)。中國實用新型專利ZL200920203918公開了一種氯化稀土溶液直接熱解制備稀土氧化物的爐子，該爐子操作流程:將氯化稀土溶液直接噴灑到爐子側(cè)部的燃燒火焰上，溶液被加熱發(fā)生反應。由于大量溶液噴灑到火焰燃燒區(qū)造成爐內(nèi)溫場急劇變化，導致產(chǎn)物粒度長大不均勻。中國發(fā)明專利ZL201010534886，專利申請201210081225、201210190297分別公開了采用氯化稀土溶液直接熱解制備稀土氧化物的方法，公開了溶液濃度、氣流量和焙燒溫度等工藝條件。即，首先將焙燒爐預熱到500-1700°C，然后將10-300g/L的氯化稀土溶液以2_8000L/h的流量噴吹到焙燒爐中焙燒l-40min，得到稀土氧化物。為了提高反應效率，溶液采用霧化噴嘴進行噴吹。由于所采用的熱解焙燒爐傳質(zhì)、傳熱的局限性，同樣會造成這種噴吹氯化稀土溶液熱解制備稀土氧化物或氫氧化物效率過低，熱解時間較長(焙燒時間l_40min)，過長的焙燒周期會導致熱解所得粉末粒度過大且分布不均勻。過長的高溫焙燒時間會造成熱解所得的稀土氧化物與未反應的稀土氯化物發(fā)生二次副反應生成氯氧化稀土。副反應如下:REC13+RE203=3RE0C1
[0004]因此，開發(fā)金屬氯化物溶液快速直接熱解技術裝備,是實現(xiàn)金屬氯化物溶液直接熱解制備優(yōu)質(zhì)金屬氧化物關鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有金屬氯化物溶液直接焙燒熱解制備金屬氧化物的裝置存在熱解效率低，環(huán)境污染嚴重，高溫焙燒周期長，熱解所得的金屬氧化物粉末粒度大、分布不均勻，以及產(chǎn)物純度低等缺點，提出了一種金屬氯化物溶液射流噴吹快速熱解制備金屬氧化物的裝置。該裝置的熱量利用率和熱解效率高，能夠使金屬氯化物迅速熱解，熱解充分且無二次副反應，制備的金屬氧化物粉末粒度小、顆粒分布均勻、純度高，全過程清潔生產(chǎn)。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:
[0007]一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，包括射流熱解系統(tǒng)、旋風分離系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)；所述射流熱解系統(tǒng)包括燃氣燃燒器和射流熱解反應器，燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口與射流熱解反應器的氣體入口相連接；所述旋風分離系統(tǒng)的氣體入口與射流熱解反應器的氣體出口相連；所述尾氣吸收系統(tǒng)的氣體入口與旋風分離系統(tǒng)的氣體出口相連。
[0008]上述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置,所述的燃氣燃燒器包括射流噴嘴、點火和檢火系統(tǒng)。
[0009]上述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，所述的射流噴嘴設有燃料吸入口和助燃氣體吸入口，射流噴嘴與燃料罐于燃料吸入口處相連，射流噴嘴與空氣壓縮機或氧氣罐于助燃氣體吸入口處相連；所述燃料可以是甲烷、乙烯、氫氣、煤油或天然氣。
[0010]上述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，所述的射流熱解反應器設有攜帶流體入口，射流熱`解反應器與金屬氯化物溶液儲槽于攜帶流體入口處相連。
[0011]上述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，所述的旋風分離系統(tǒng)包括旋風分離器和灰斗。
[0012]上述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，所述的旋風分離器為CZT型標準旋風分離器或CLK型旋風分離器。
[0013]所述的尾氣吸收系統(tǒng)為CST型標準填料吸收塔。
[0014]所述的尾氣吸收系統(tǒng)上端設有吸收劑入口和凈化尾氣出口，下端設有鹽酸溶液出□。
[0015]本發(fā)明裝置的工作流程是:將燃氣與空氣或氧氣經(jīng)射流噴嘴混合燃燒后得到高溫燃燒尾氣，由燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口高速射流通過射流反應器的氣體入口進入射流熱解反應器中；金屬氯化物溶液由射流熱解反應器的攜帶流體入口處注入反應器中，在反應器中與高溫燃燒尾氣混合，迅速被加熱氣化成超細氣泡完成熱解反應，得到含有金屬氧化物粉末和鹽酸蒸汽的高溫氣固混合物；得到的高溫氣固混合物由反應器出口通過旋風分離系統(tǒng)的氣體入口高速注入旋風分離系統(tǒng)，進行氣固分離，得到金屬氧化物粉末和高溫尾氣；其中金屬氧化物粉末由旋風分離系統(tǒng)的灰斗收集，高溫尾氣則由旋風分離系統(tǒng)氣體出口排出，由尾氣吸收系統(tǒng)的氣體入口進入吸收塔，經(jīng)吸收塔吸收冷卻得到鹽酸溶液；得到的鹽酸溶液可返回至金屬氯化物的制備工藝中，即實現(xiàn)鹽酸的循環(huán)利用，又實現(xiàn)了金屬氧化物粉體的清潔生產(chǎn)。
[0016]而本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明提供的裝置是以高溫燃燒尾氣作為工作流體攜帶金屬氯化物溶液，溶液在射流器腔體內(nèi)與高溫燃燒尾氣充分接觸，迅速加熱氣化形成彌散的超細氣泡，顯著增加了反應界面，極大地強化了裝置的傳熱、傳質(zhì)效率，實現(xiàn)了快速熱解(熱解反應時間僅0.1s左右)，極大地提高了熱量利用率和熱解效率。而采用高溫焙燒爐熱解的金屬氯化物溶液熱解工藝，由于高溫爐加熱功率局限，在噴吹金屬氯化物溶液熱解時會造成爐內(nèi)溫度迅速降低、溫場波動過大，造成熱解效率低。而現(xiàn)有的采用燃氣加熱的熱解工藝，則是將金屬氯化物溶液直接噴灑到燃燒火焰上進行熱解，同樣會存在熱解爐內(nèi)、溫場波動過大，造成熱解效率低。此外，由于現(xiàn)有的熱解工藝和裝置均存在傳質(zhì)、傳熱效率低等缺點，為了保證熱解反應充分完成，必須延長熱解焙燒時間，熱解時間通常在l_40min。
[0018]2、本發(fā)明裝置熱解反應能夠在較低溫度(400~1300°C)下快速完成，得到金屬氧化物粉末和高溫熱解尾氣組成氣固混合物，該混合物在工作流體帶動下快速離開熱解反應器，經(jīng)氣固分離得到金屬氧化物產(chǎn)品和高溫HCl熱解尾氣，避免了現(xiàn)有金屬氯化物溶液焙燒熱解法制備金屬氧化物過程副產(chǎn)物的生成，提高了熱解轉(zhuǎn)化率和金屬氧化物的純度，且制備金屬氧化物粉末具有粒度小，顆粒分布均勻等優(yōu)點。而現(xiàn)有的熱解工藝和裝置由于均存在傳質(zhì)、傳熱效率低等缺點，為了保證熱解反應充分完成，必須延長熱解焙燒時間，熱解時間通常在l_40min。但是過長的高溫熱解時間會造成熱解所得的金屬氧化物與未反應的金屬氯化物發(fā)生二次副反應生成，降低了金屬氯化物產(chǎn)品的純度。同時過長的熱解會導致熱解所得粉末粒度過大且分布不均勻。
[0019]3、利用該裝置得到的鹽酸溶液能夠鹽酸溶液可返回至金屬氯化物的制備工藝或金屬酸洗工藝中，以實現(xiàn)鹽酸的循環(huán)利用。
[0020]4、現(xiàn)有方法存在著氨氮廢水污染嚴重等環(huán)境污染問題，通過本裝置將金屬氯化物溶液射流熱解為金屬氧化物，沒有廢水產(chǎn)生，得以實現(xiàn)金屬氧化物的清潔生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0021]圖1為本發(fā)明的裝置示意圖。
[0022]符號說明:
[0023]1:射流熱解系統(tǒng)；2:旋風分離系統(tǒng)；3:尾氣吸收系統(tǒng)；4:射流噴嘴；5:射流熱解反應器；6:6:燃氣燃燒器的燃料吸入口 ；7:燃氣燃燒器的助燃氣體吸入口 ；8:燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口 ；9:射流熱解反應器的氣體入口 ；10:射流熱解反應器的氣體出口 ；11:金屬氯化物溶液儲槽；12:被攜帶流體吸入口 ；13:旋風分離系統(tǒng)氣體吸入口 ；14:旋風分離系統(tǒng)分離尾氣出口 ；15:旋風分離系統(tǒng)的灰斗；16:旋風分離器；17:尾氣吸收系統(tǒng)氣體入口 ；18:尾氣吸收系統(tǒng)凈化尾氣出口 ；19:尾氣吸收系統(tǒng)吸收劑入口 ；20:鹽酸液體出□。
【具體實施方式】
[0024]實施例1
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。[0026]一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，如圖1所示，包括射流熱解系統(tǒng)1、旋風分離系統(tǒng)2、尾氣吸收系統(tǒng)3 ;其中,射流熱解系統(tǒng)I由燃氣燃燒器和射流熱解反應器(GW200型)5串聯(lián)組成(說明書附圖中僅以射流噴嘴4為例)，燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口 8與射流反應器的氣體入口 9連接，射流熱解反應器5設有被攜帶流體吸入口12，通過該入口與金屬氯化物溶液儲槽11相連；旋風分離系統(tǒng)的氣體入口 13與射流反應器的氣體出口 10相連；吸收塔的氣體入口 17與旋風分離系統(tǒng)的氣體出口 14相連。
[0027]燃氣燃燒器包括射流噴嘴4、點火和檢火系統(tǒng)；射流噴嘴設有燃料吸入口 6和助燃氣體吸入口 7，噴嘴通過燃料吸入口 6與燃料罐相連，噴嘴通過助燃氣體吸入口 7與空氣壓縮機或氧氣罐相連。
[0028]旋風分離系統(tǒng)2包括CZT型標準旋風分離器16和灰斗15。
[0029]尾氣吸收系統(tǒng)3選用CST型標準填料吸收塔，尾氣吸收系統(tǒng)3上端設有凈化尾氣出口 18和吸收劑入口 19，在下端設有鹽酸溶液排出口 20。
[0030]本發(fā)明裝置的工作流程是:將甲烷氣通過燃氣燃燒器的燃料吸入口 6泵入燃燒噴嘴4，同時與由燃氣燃燒器的助燃氣體吸入口 7泵入的氧氣高效混合，充分燃燒形成高溫燃燒尾氣；高溫燃燒尾氣在燃燒噴嘴壓力作用下由燃燒器的高溫燃燒尾氣出口 8射流噴出，作為工作流體經(jīng)射流熱解反應器的氣體入口 9射入射流熱解反應器中；金屬氯化物溶液儲槽11中LaCl3溶液通過管道由被攜帶流體吸入口 8進入到射流反應器中，迅速加熱氣化，完成熱解反應，得到La2O3粉末和高溫熱解尾氣；含有La2O3粉末的高溫熱解尾氣由射流熱解反應器的氣體出口 10通過管道由旋風分離系統(tǒng)氣體吸入口 13切向進入到旋風分離器16中經(jīng)氣固分離，得到分離尾氣和La2O3粉末；La203粉末由旋風分離系統(tǒng)的灰斗11回收；分離尾氣由旋風分離系統(tǒng)氣體出口 14通過管路由尾氣吸收系統(tǒng)氣體入口 17泵入吸收塔中，與尾氣吸收系統(tǒng)吸收劑入口 19泵入的吸收劑逆流接觸，完成吸收得到鹽酸溶液，并由尾氣吸收系統(tǒng)鹽酸液體出口 20排出；吸收凈化后的尾氣由尾氣吸收系統(tǒng)凈化尾氣出口 18排出。
[0031]通過該裝置可將MgCl2、AlCl3、稀土氯化物等金屬氯化物溶液射流熱解為MgO、Al2O3、稀土氧化物等金屬氧化物。
【權利要求】
1.一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，包括射流熱解系統(tǒng)、旋風分離系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)；所述射流熱解系統(tǒng)包括燃氣燃燒器和射流熱解反應器，燃氣燃燒器的高溫燃燒尾氣出口與射流熱解反應器的氣體入口相連接；所述旋風分離系統(tǒng)的氣體入口與射流熱解反應器的氣體出口相連；所述尾氣吸收系統(tǒng)的氣體入口與旋風分尚系統(tǒng)的氣體出口相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的燃氣燃燒器包括射流噴嘴、點火和檢火系統(tǒng)。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的射流噴嘴設有燃料吸入口和助燃氣體吸入口，射流噴嘴與燃料罐于燃料吸入口處相連，射流噴嘴與空氣壓縮機或氧氣罐于助燃氣體吸入口處相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的射流熱解反應器設有攜帶流體入口，射流熱解反應器與金屬氯化物溶液儲槽于攜帶流體入口處相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的旋風分離系統(tǒng)包括旋風分離器和灰斗。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的旋風分離器為CZT型標準旋風分離器或CLK型旋風分離器。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的尾氣吸收系統(tǒng)為CST型標準填料吸收塔。
8.根據(jù)權 利要求1或7所述的一種金屬氯化物溶液射流熱解制備金屬氧化物的裝置，其特征在于，所述的尾氣吸收系統(tǒng)上端設有吸收劑入口和凈化尾氣出口，下端設有鹽酸溶液出口。
【文檔編號】C01B13/14GK103771344SQ201410003245
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權日:2014年1月3日
【發(fā)明者】張廷安, 豆志河, 劉燕, 張子木, 趙秋月, 呂國志, 牛麗萍, 蔣孝麗 申請人:東北大學