專利名稱：溶液霧化氧化制備單一或復(fù)合金屬氧化物的方法及專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溶液霧化氧化制備單一或復(fù)合金屬氧化物的方法及專用裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有單一或復(fù)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(fù)合金屬無機(jī)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(fù)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(tuán)聚少，但產(chǎn)量較低，且對(duì)設(shè)備要求較高，不易大規(guī)模生產(chǎn)；固相法所用設(shè)備簡單，容易操作，但產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)、介質(zhì)吸附產(chǎn)物后再進(jìn)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(shí)間短，其反應(yīng)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(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體進(jìn)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(diǎn)，提供一種溶液霧化氧化制備單一或復(fù)合金屬氧化物的方法及專用裝置。以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)充分，產(chǎn)物晶化程度高；產(chǎn)品不要經(jīng)后處理，可對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行綜合回收利用，對(duì)環(huán)境無污染、且工藝簡單、可縮短工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，并有利于自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)。
溶液霧化氧化制備單一或復(fù)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(fù)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(yù)熱至60-8CTC;
(2) 預(yù)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(jìn)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(jìn)入溶液霧化氧化專用裝置的兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器分離，氧化物粉末通過旋風(fēng)分離器上的連續(xù)排料裝置收集后排出，氣相中的酸氣進(jìn)入淋洗吸收塔回收利用。
所述單一或復(fù)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(fù)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(fù)合金屬氧化物的專用裝置是設(shè)有一個(gè)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(yīng)管中設(shè)有擾流裝置，在反應(yīng)管頂部設(shè)有密封蓋，密封蓋上設(shè)有與進(jìn)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(fēng)分離器連接，旋風(fēng)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(shù)相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是(1)溶液經(jīng)氣流式霧化器，霧化成為極細(xì)的液體小霧滴，使其具有較高的比表面積，使反應(yīng)更加完全；(2)通過溶液霧化氧化專用裝
置中的擾流裝置進(jìn)入豎式管狀電爐中，改變了流體運(yùn)動(dòng)軌跡，增加了反應(yīng)時(shí)間，使產(chǎn)物晶型
更加完整；(3)除吸附介質(zhì)外無其它化學(xué)物質(zhì)的介入，保證的產(chǎn)品的純度；(4)整個(gè)反應(yīng)
一步完成，可大幅縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)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(tuán)聚；(5)反應(yīng)產(chǎn)物中的酸氣體可回收循環(huán)利用，無廢物產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境無污染，(6)、通過調(diào)節(jié)進(jìn)液量、霧化空氣流量、尾氣風(fēng)機(jī)流量，可實(shí)現(xiàn)過程的控制及產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)、形貌、粒度及其分布。所制備的單一或復(fù)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(shí)施例方式
實(shí)施例1-
溶液霧化氧化專用裝置是設(shè)有一個(gè)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(shè)有反應(yīng)管2，在反應(yīng)管2外部填充有保溫材料6。在反應(yīng)管2中設(shè)有一根沿軸向延伸的螺旋擋片7用為擾流裝置，在反應(yīng)管頂部設(shè)有密封蓋3，密封蓋上設(shè)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(jì)8控
制流量的大小，壓縮空氣通過壓縮空氣機(jī)io輸入。
豎式管狀電爐下部的出料口 5與兩級(jí)旋風(fēng)分離器12-1和12-2連接，粉末通過旋風(fēng)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(jìn)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(jí)吸收塔14-2充分吸收。符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的 廢氣經(jīng)管道由帶有變頻功能的尾氣風(fēng)機(jī)20排空。
實(shí)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(yù)熱至70。C;
(2) 導(dǎo)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(jìn)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(jìn)入溶液霧化氧化專用裝置的兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器分離，分離后的氧 化物粉末通過旋風(fēng)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(jí)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(shí)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(yù)熱至7(TC后，導(dǎo) 入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105pa，反應(yīng)溫度控制為500°C，通過 兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級(jí)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(shí)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(yù) 熱至7(TC后，導(dǎo)入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5Xl05Pa,反應(yīng)溫度控制為80(TC，通過兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的HC1通過兩級(jí)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(shí)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(yù) 熱至80'C后，導(dǎo)入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105pa，反應(yīng)溫度控制 為90(TC，通過兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的S02通過兩級(jí)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(shí)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(yù)熱至7(TC后，導(dǎo)入溶液霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105Pa，反應(yīng)溫度 控制為95(TC，通過兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級(jí)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(shí)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(yù)熱至7(TC后，導(dǎo)入溶液 霧化氧化專用裝置中，將霧化壓力控制為1.5X105Pa，反應(yīng)溫度控制為90(TC，通過兩級(jí)高 效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的HC1通過兩級(jí)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(shí)施例8:
配置0.5mol/L的AgN0.,溶液，加入PAA分散劑0. lg，將其預(yù)熱至8(TC后，導(dǎo)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(yīng)溫度控制為900°C，通過兩級(jí)高效 旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級(jí)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(shí)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(yù)熱 至70'C后，導(dǎo)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(yīng)溫度控制為 600°C，通過兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器收集粉末產(chǎn)物，產(chǎn)物氣相中的N02通過兩級(jí)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(quán)利要求
1. 一種溶液霧化氧化制備單一或復(fù)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(fù)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(yù)熱至60-80℃；(2)預(yù)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(jìn)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(jìn)入溶液霧化氧化專用裝置的兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器分離，氧化物粉末通過旋風(fēng)分離器上的連續(xù)排料裝置收集后排出，氣相中的酸氣進(jìn)入淋洗吸收塔回收利用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶液霧化氧化制備單一或復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在 于，所述單一或復(fù)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(fù)合金屬的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶液霧化氧化制備單一或復(fù)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(fù)合金屬氧化物的專用裝置，其特征在于，設(shè)有一個(gè) 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(yīng)管中設(shè)有擾流裝置，在 反應(yīng)管頂部設(shè)有密封蓋，密封蓋上設(shè)有與進(jìn)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(fēng)分離器連接，旋風(fēng)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(fù)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(fù)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(yù)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(jìn)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(jìn)入高效旋風(fēng)分離器分離，氣相中的酸氣進(jìn)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(fù)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(duì)環(huán)境沒有污染，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B13/14GK101497432SQ20091004285
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者馮慶明, 田慶華, 郭學(xué)益, 郭秋松 申請(qǐng)人:中南大學(xué)