專利名稱：一種亞微米鋅粉的制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種亞微米鋅粉的制備裝置。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外超細(xì)鋅粉的主要采用蒸發(fā)_冷凝法，其工藝流程如下，鋅錠熔融 (420°C )—蒸發(fā)(100(TC以上)一冷凝成超細(xì)顆粒，它利用鋅的低沸點(diǎn)(419.4°C )、高蒸氣 壓(1.759X 103)特性，在常壓下將鋅加熱到100(TC以上而氣化(沸點(diǎn)907tO，鋅蒸氣被導(dǎo) 入與空氣隔絕的密閉容器中快速冷凝則變成高純度鋅粉，制得的鋅粉平均粒徑大多在5 i！ m 以上。該法所采用的冶金爐主要有塔式爐和臥式爐。(1)塔式爐法此法采用B"鋅或含鎘 低的粗鋅作原料，利用鋅的低沸點(diǎn)、高蒸氣壓特性，熔鋅在碳化硅塔盤內(nèi)多次連續(xù)蒸餾產(chǎn)出 鋅蒸氣，經(jīng)冷凝而成鋅粉。 一般以煙塊煤或煤氣為燃料，但塔式爐存在固定投資大、爐壽短 (3 5個(gè)月)、能耗大、成本高、細(xì)粉產(chǎn)出率低等缺點(diǎn)，其中噸鋅粉煤耗約0. 98噸，鋅粉平均 粒徑15ym以上。(2)臥式爐法該法主要以硬鋅或粗鋅作原料，通過熔化、蒸發(fā)冷凝產(chǎn)出鋅 粉，該工藝不具備脫雜質(zhì)能力，但鋅粉的粒度仍可達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)。該裝置由熔化、熔析除雜 和蒸發(fā)三大部分組成，這種爐型的優(yōu)點(diǎn)是熱容量大、溫度波動小、蒸發(fā)速度穩(wěn)定。臥式爐在 鋅粉生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛，已有的臥式鋅粉爐均是以煤氣為燃料或者以電力來提供熱能。以 電力來供熱的臥式鋅粉爐爐溫比較穩(wěn)定，爐壽較長(8個(gè)月左右)，沒有環(huán)境污染，但其能耗 極大，折合噸鋅粉耗煤約1. 45噸，生產(chǎn)成本高，燃?xì)庑团P式鋅粉爐結(jié)構(gòu)合理、熱效率高、爐 日產(chǎn)量大、能耗相對較低、爐壽長(8個(gè)月左右)、勞動強(qiáng)度小、環(huán)境污染小、所生產(chǎn)的鋅粉細(xì) 粉率高、活性大，其中噸鋅粉煤耗0.80噸，鋅粉平均粒徑2-5ym。 (3)真空熔融-蒸發(fā)法國 外I. Avram、 P. Moldovan等通過電阻器對石墨坩堝實(shí)施加熱，真空爐壓力為10—L500mmHg， 最高溫度90(TC，惰性氣體氛圍，以70001/h的速度外加氣流保護(hù)條件下蒸發(fā)熔化鋅粉。采 用轉(zhuǎn)筒以0. 5-10rot/min的速度，25-25(TC冷卻，可得到濃縮的鋅蒸汽。在此工藝下制備的 超細(xì)鋅粉為定向球形結(jié)構(gòu)，粒徑分布在0. 3-3 ii m，平均粒徑D50 " 1 ii m。該法的主要缺點(diǎn) 是①生產(chǎn)過程是間斷進(jìn)行，石墨坩鍋需先升溫至蒸發(fā)結(jié)束后再降溫至40(TC，加入鋅后， 再升溫至900°C以上使鋅液蒸發(fā)，反復(fù)循環(huán)，升溫_降溫_再升溫，使能耗增大，且每爐超細(xì) 鋅粉生產(chǎn)完畢后，需降溫停爐后才能收集儲料器的鋅粉，然后開始又一次循環(huán)操作，生產(chǎn)無 法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化；②該法是在負(fù)壓下操作，對設(shè)備要求極為嚴(yán)格，導(dǎo)致設(shè)備的加工難度大、制 作費(fèi)高，設(shè)備投資巨大，生產(chǎn)成本很高。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型涉及一種亞微米鋅粉的制備裝置，它不但便于精確調(diào)節(jié)和控制熔化溫 度，防止熔化速度過快或過慢對后道工序中鋅蒸氣的飽和蒸氣壓產(chǎn)生負(fù)面影響，從而造成 鋅粉粒度無法控制或者分布不均。 本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種亞微米鋅粉的制備裝置，它包括供氣站、熔 化熔析爐、蒸發(fā)池、冷凝器、冷凝器旋風(fēng)分離器、冷卻池、增壓泵和儲氣罐，供氣站依次與熔化熔析爐、蒸發(fā)池、冷凝器、冷凝器旋風(fēng)分離器和冷卻池相連通，在供氣站與熔化熔析爐之 間設(shè)有開關(guān)閥門I，蒸發(fā)池通過鋅蒸氣管與冷凝器連通，在鋅蒸氣管與冷凝器連接處分布有 惰性氣體噴管，在冷卻池通過增壓泵與儲氣罐進(jìn)氣口連接，儲氣罐出氣口與惰性氣體噴管 連接，在儲氣罐出氣口與惰性氣體噴管之間設(shè)有開關(guān)閥門II連接。 所述的熔化熔析池外層為鋼板，內(nèi)層為硬質(zhì)耐火磚和保溫磚，在熔化熔析池側(cè)面 設(shè)有加料口和通道，熔化熔析池通過通道與蒸發(fā)池相連通，在熔化熔析池內(nèi)設(shè)有溫度傳感 器。所述的惰性氣體噴管設(shè)置為拉瓦爾噴管，拉瓦爾噴管為2-6個(gè)，拉瓦爾噴管均勻分布在 鋅蒸氣管與冷凝器連接處，拉瓦爾噴管的出氣口與鋅蒸氣管的出氣口相對。所述的蒸發(fā)池 包括池體，在池體的周圍由里向外依次包覆有爐體和保溫層，在池體的兩側(cè)分別設(shè)有加料 口和導(dǎo)氣管。所述的保溫層為雙層SiC磚體。 本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型采用熔化熔析爐來熔析鋅錠，熔化熔 析爐將鋅錠加熱到450°C以上使其熔化，并使鋅在一定溫度下熔析出含鋅量較高的鋅液，然 后進(jìn)入蒸發(fā)池，避免其在蒸發(fā)池中蒸發(fā)后的蒸氣濃度增加過快，降低蒸發(fā)池的上層空間，影 響蒸發(fā)率，在熔化熔析爐中設(shè)有溫度傳感器，這樣便于精確調(diào)節(jié)和控制熔化溫度，防止熔化 速度過快或過慢對后道工序中鋅蒸氣的飽和蒸氣壓產(chǎn)生負(fù)面影響，從而造成鋅粉粒度無法 控制或者分布不均。本實(shí)用新型的蒸發(fā)池包括池體，在池體的周圍由里向外依次包覆有爐 體和保溫層，在池體的兩側(cè)分別設(shè)有加料口和導(dǎo)氣管，通過煤氣燃燒對熔化熔析池流過來 的鋅液進(jìn)行加熱，使其高于鋅的熔點(diǎn)907°C ，使鋅液在密閉的蒸發(fā)池中揮發(fā)為蒸氣，后部與 冷凝器相連，蒸發(fā)后由于蒸發(fā)池中不斷的有鋅原子被蒸發(fā)到空氣中，從而使蒸發(fā)池中的蒸 氣壓不斷的增大；而后部與冷凝器相連，其中鋅蒸氣不斷地被冷凝下來，使得鋅蒸氣的壓強(qiáng) 不斷降低，從而使蒸發(fā)池的兩端產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)差，所以，鋅蒸氣就會在這個(gè)壓強(qiáng)差的作用 下源源不斷地由蒸發(fā)池通過蒸氣導(dǎo)管向冷凝器運(yùn)動，另外本實(shí)用新型保溫層采用SiC磚， SiC磚具有極佳的導(dǎo)熱性，將熱量快速傳遞給蒸氣池上層的鋅液，使上層鋅液快速蒸發(fā)成 鋅蒸氣，采用這種結(jié)構(gòu)在保持相同蒸發(fā)速率的前提下，與現(xiàn)傳統(tǒng)蒸發(fā)池相比，節(jié)能達(dá)50% 以上，通過調(diào)節(jié)煤氣的流量控制蒸發(fā)溫度，確保只使上層純鋅液蒸發(fā)成鋅蒸氣，而雜質(zhì)沉于 下層，因此它可以有效地提高亞微米鋅粉的純度。本實(shí)用新型的冷凝器與蒸發(fā)池連接處設(shè) 有對稱分布的拉瓦爾噴管惰性氣體噴出口，這樣冷卻氣(惰性氣體)通過拉瓦爾噴管加速 成高速氣流撞向鋅蒸氣，并且多股高速冷卻氣體之間也產(chǎn)生劇烈相互碰撞，對鋅蒸氣進(jìn)行 強(qiáng)烈分散與急劇冷卻，同時(shí)惰性氣體對亞微米或納米級鋅顆粒外表進(jìn)行快速吸附包覆分隔 作用，以防止后續(xù)鋅液的粘附使顆粒增大以及亞微米鋅粉遇空氣時(shí)自燃。本實(shí)用新型惰性 氣體采用循環(huán)使用的方式，即通過一臺抽風(fēng)機(jī)將冷凝器中的冷凝顆粒以及惰性氣體形成的
氣溶膠吸引到一、二次......旋風(fēng)分離器及過濾器，使亞微米級鋅粉被分離沉入旋風(fēng)分離
器底部的密封桶，密封桶在出料前進(jìn)行用氮?dú)獗Ｗo(hù)。從抽風(fēng)機(jī)內(nèi)排出的尾氣進(jìn)入水冷卻池 內(nèi)冷卻，再經(jīng)增壓泵增壓至0. 2 lMpa，并進(jìn)入貯氣罐中循環(huán)使用。這樣不但可以將冷凝 器內(nèi)的大部分亞微米鋅粉顆粒抽入一、二次旋風(fēng)分離器及過濾器中，降低冷凝器中氣體的 相對含塵量，從而降低冷凝器中的蒸氣壓，而且由于流程的加長，整個(gè)冷凝器內(nèi)氣體對外散 失的熱量在一定程度上增加了，因而，導(dǎo)致冷凝器中氣體溫度下降幅度增加，這樣更容易獲 得亞微米級鋅粉，而且由于系統(tǒng)的過飽和度愈大，核的臨界半徑愈小；同時(shí)由于抽風(fēng)機(jī)的應(yīng) 用，氣體中在冷凝器中未沉積的細(xì)粒鋅粉被收集，降低了氣體中夾帶的鋅粉量，從而降低了已經(jīng)生成的凝結(jié)核的分布密度。這樣，氣態(tài)鋅在已生成的凝結(jié)核上凝結(jié)繼續(xù)長大的幾率減 少了 ，絕大部分鋅蒸氣只有依靠自己的過飽和度重新形成新凝結(jié)核，并于凝結(jié)核上長大。本 實(shí)用新型鋅錠的添加速度連續(xù)而均勻，分為多次進(jìn)行添加，這樣可以有效地提高金屬鋅的 含量。本實(shí)用新型蒸發(fā)池的溫度超過907t:的溫度，這樣可以使鋅呈蒸氣狀態(tài)揮發(fā)出來，既 可以將極少量雜質(zhì)控制在液態(tài)狀態(tài)，同時(shí)為后續(xù)驟冷成亞微米極顆粒提供了穩(wěn)定的過飽和 度。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本實(shí)用新型蒸發(fā)池結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型公開了一種亞微米鋅粉的制備方法，它包括以下步驟步驟一，首先將 1號鋅錠放入熔化熔析爐11在熔化熔析爐11中在42(TC的條件下加熱熔化，鋅錠根據(jù)需要 分若干次進(jìn)行添加，每次的加入量400 600Kg/8h，然后在保持該加熱溫度，在恒定的溫度 下熔析出含鋅量高的鋅液；步驟二，然后將鋅液連續(xù)、均勻的流入密閉的蒸發(fā)池9內(nèi)進(jìn)行蒸 發(fā)，蒸發(fā)的溫度^ 907t:，形成鋅蒸汽；步驟三，將鋅蒸氣通過導(dǎo)氣管引入冷凝器5中，冷凝 器內(nèi)的溫度為220-30(TC，然后通過設(shè)置在冷凝器5入口處的拉瓦爾噴管6向冷凝器5內(nèi) 噴出的超音速惰性氣流撞向鋅蒸汽，拉瓦爾噴管6出口的溫度為20-4(TC，惰性氣體流出的 溫度為150-22(TC，流速為5001/h-8001/h，惰性氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氡 氣，拉瓦爾噴管為2-6個(gè)，它均勻分布在分布在鋅蒸氣管與冷凝器連接處，并且超音速惰性 氣流之間也產(chǎn)生劇烈的碰撞，這樣使鋅蒸氣進(jìn)行強(qiáng)烈的分散與急劇的驟冷，并在亞微米級 或納米級水平驟冷凝結(jié)成核形成亞微米級或納米級鋅粉顆粒，在亞微米級或納米級鋅粉顆 粒的表面立即被惰性氣體包覆、分散；步驟四，然后在惰性氣體保護(hù)下通過抽風(fēng)機(jī)將冷凝器 5中的冷凝的亞微米級或納米級鋅粉顆粒以及惰性氣體形成的氣溶膠吸引到冷凝旋風(fēng)分 離器4及過濾器中，通過兩次的冷凝旋風(fēng)分離器4分離后亞微米級鋅粉沉入旋風(fēng)分離器底 部的密封桶內(nèi)，抽風(fēng)機(jī)內(nèi)排出的惰性氣體進(jìn)入水冷卻池內(nèi)冷卻，再經(jīng)增壓泵增壓至0.2 lMpa，并進(jìn)入儲氣罐中循環(huán)使用，再經(jīng)過過濾器后過濾后制得分散性良好的亞微米球形鋅 粉，最后進(jìn)行成品包裝。在圖1和圖2中，本實(shí)用新型公開了一種亞微米鋅粉的制備裝置， 它包括供氣站14、熔化熔析爐11、蒸發(fā)池9、冷凝器5、冷凝器旋風(fēng)分離器4、冷卻池3、增壓 泵2和儲氣罐l，供氣站14依次與熔化熔析爐11、蒸發(fā)池9、冷凝器5、冷凝器旋風(fēng)分離器4 和冷卻池3相連通，熔化熔析池外層11為鋼板，內(nèi)層為硬質(zhì)耐火磚和保溫磚，在熔化熔析池 側(cè)面設(shè)有加料口和通道10，熔化熔析池11通過通道與蒸發(fā)池9相連通，蒸發(fā)池9包括池體， 在池體的周圍由里向外依次包覆有爐體15和保溫層16，保溫層16為雙層SiC磚體，在池體 的兩側(cè)分別設(shè)有加料口 12和導(dǎo)氣管18，在熔化熔析池11內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，在供氣站14 與熔化熔析爐11之間設(shè)有開關(guān)閥門I 13，蒸發(fā)池9通過鋅蒸氣管8與冷凝器5連通，在鋅 蒸氣管8與冷凝器5連接處分布有惰性氣體噴管，惰性氣體噴管設(shè)置為拉瓦爾噴管6，拉瓦 爾噴管6均勻分布在鋅蒸氣管8與冷凝器5連接處，拉瓦爾噴管6的出氣口與鋅蒸氣管8 的出氣口相對，在冷卻池3通過增壓泵2與儲氣罐1進(jìn)氣口連接，儲氣罐1出氣口與惰性氣體噴管連接，在儲氣罐l出氣口與惰性氣體噴管之間設(shè)有開關(guān)閥門II 7連接c
權(quán)利要求一種亞微米鋅粉的制備裝置，其特征是它包括供氣站(14)、熔化熔析爐(11)、蒸發(fā)池(9)、冷凝器(5)、冷凝器旋風(fēng)分離器(4)、冷卻池(3)、增壓泵(2)和儲氣罐(1)，供氣站(14)依次與熔化熔析爐(11)、蒸發(fā)池(9)、冷凝器(5)、冷凝器旋風(fēng)分離器(4)和冷卻池(3)相連通，在供氣站(14)與熔化熔析爐(11)之間設(shè)有開關(guān)閥門I(13)，蒸發(fā)池(9)通過鋅蒸氣管(8)與冷凝器(5)連通，在鋅蒸氣管(8)與冷凝器(5)連接處分布有惰性氣體噴管，在冷卻池(3)通過增壓泵(2)與儲氣罐(1)進(jìn)氣口連接，儲氣罐(1)出氣口與惰性氣體噴管連接，在儲氣罐(1)出氣口與惰性氣體噴管之間設(shè)有開關(guān)閥門II(7)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米鋅粉的制備裝置，其特征是所述的熔化熔析池外層 (11)為鋼板，內(nèi)層為硬質(zhì)耐火磚和保溫磚，在熔化熔析池側(cè)面設(shè)有加料口和通道(io)，熔 化熔析池(11)通過通道與蒸發(fā)池(9)相連通，在熔化熔析池(11)內(nèi)設(shè)有溫度傳感器。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米鋅粉的制備裝置，其特征是所述的惰性氣體噴管設(shè)置 為拉瓦爾噴管(6)，拉瓦爾噴管(6)為2-6個(gè)，拉瓦爾噴管(6)均勻分布在鋅蒸氣管(8)與 冷凝器(5)連接處，拉瓦爾噴管(6)的出氣口與鋅蒸氣管(8)的出氣口相對。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的亞微米鋅粉的制備裝置，其特征是所述的蒸發(fā)池(9)包括池 體，在池體的周圍由里向外依次包覆有爐體(15)和保溫層(16)，在池體的兩側(cè)分別設(shè)有加 料口 (12)和導(dǎo)氣管(18)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于制備亞微米鋅粉的裝置，其特征是所述的保溫層(16)為 雙層SiC磚體。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種亞微米鋅粉的制備裝置，它包括供氣站(14)、熔化熔析爐(11)、蒸發(fā)池(9)、冷凝器(5)、冷凝器旋風(fēng)分離器(4)、冷卻池(3)、增壓泵(2)和儲氣罐(1)，供氣站(14)依次與熔化熔析爐(11)、蒸發(fā)池(9)、冷凝器(5)、冷凝器旋風(fēng)分離器(4)和冷卻池(3)相連通，在供氣站(14)與熔化熔析爐(11)之間設(shè)有開關(guān)閥門I(13)，蒸發(fā)池(9)通過鋅蒸氣管(8)與冷凝器(5)連通，在鋅蒸氣管(8)與冷凝器(5)連接處分布有惰性氣體噴管，在冷卻池(3)通過增壓泵(2)與儲氣罐(1)進(jìn)氣口連接，儲氣罐(1)出氣口與惰性氣體噴管連接，在儲氣罐(1)出氣口與惰性氣體噴管之間設(shè)有開關(guān)閥門II(7)連接。
文檔編號B22F9/12GK201470881SQ200920232970
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者嚴(yán)海錦, 翟國華 申請人:江蘇科創(chuàng)金屬新材料有限公司