專利名稱：一種制備納米三氧化鉬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以純?nèi)趸€為原料制備納米三氧化鑰的方法。
背景技術(shù)：
三氧化鑰是鑰冶金中最重要的中間體，大多數(shù)鑰的化合物都是直接或間接以它為原料制得的，三氧化鑰在催化劑、顯示裝置、傳感器、電機(jī)電池等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。工業(yè)上一般用鍛燒鑰酸銨的方法制取三氧化鑰，隨著材料科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，該方法制得的三氧化鑰由于顆粒粗、呈團(tuán)聚狀態(tài)而不能滿足特殊使用要求，如郭光華等在CN102198958中公開(kāi)了一種石油加氫精制催化劑用高純?nèi)趸€的制備方法，將四鑰酸銨干燥、過(guò)篩后送入回轉(zhuǎn)管電爐進(jìn)行焙燒，一次成品率達(dá)98. 5%。由于三氧化鑰在較低的溫度下即具有顯著的蒸汽壓，所以可以用升華法對(duì)三氧化鑰進(jìn)行凈化，在升華的操作條件下，通常與之共生的雜質(zhì)或不具有揮發(fā)性(如硅酸鹽等)或不能冷凝而被除去。目前，工業(yè)上升華法生產(chǎn)純?nèi)趸€的主要原料為工業(yè)氧化鑰即鑰焙砂，根據(jù)鑰焙砂中氧化鑰熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低，在溫度低于其熔點(diǎn)795°C時(shí)開(kāi)始升華，以三聚合氧化鑰的形態(tài)進(jìn)入氣相，三氧化鑰蒸氣連同空氣一同進(jìn)入收塵風(fēng)罩中并在抽力作用下進(jìn)入布袋收集，而大多數(shù)雜質(zhì)化合物因熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高很多留在固相中，升華在旋轉(zhuǎn)電爐中進(jìn)行，升華溫度一般控制在900 1100°C，制取的三氧化鑰一般純度可達(dá)到MoO3 99.8% (張啟修，趙秦生主編， 《鎢鑰冶金》，2005年9月);南韓研究人員發(fā)明一種新型升華爐，該爐比帶旋轉(zhuǎn)爐底的升華爐生產(chǎn)能力大，能耗低(張文鉦，氧化鑰研發(fā)進(jìn)展，《中國(guó)鑰業(yè)》，2006年第I期)；US4551313公開(kāi)了一種含成渣成分(硅、鋁及重金屬)的三氧化鑰的快速升華方法，第一步通過(guò)氣動(dòng)懸浮流輸送的氧化鑰顆粒、通過(guò)噴嘴輸送的燃料和含氧氣體混合流進(jìn)入一個(gè)封閉爐腔內(nèi)，燃料氣體混合物點(diǎn)燃產(chǎn)生溫度在1600 士 200°C 1800°C的足以使三氧化鑰升華、融化成渣成分的火焰，收集爐腔內(nèi)的液態(tài)渣，第二步將產(chǎn)生的包括升華的三氧化鑰在內(nèi)的氣體和懸浮固體通過(guò)上述爐腔進(jìn)入一冷凝室，冷凝室的溫度(850 950°C)高于升華的三氧化鑰的冷凝溫度、低于揮發(fā)性金屬雜質(zhì)的揮發(fā)溫度，然后冷凝(150 500°C)、收集固態(tài)三氧化鑰，分離廢氣，從而實(shí)現(xiàn)三氧化鑰和雜質(zhì)的分離，結(jié)果顯示，混入渣中的鑰低于1%，得到產(chǎn)品三氧化鑰純度達(dá)MoO3 99.95%。盡管采用上述這些方法可以獲得較高純度的三氧化鑰，但仍然存在下述幾個(gè)問(wèn)題1、鑰回收率明顯低于75%，抵消了產(chǎn)品純度提高帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)；2、由于往爐內(nèi)通入大量空氣流，大部分熱量不是用來(lái)升華產(chǎn)品，而是被用來(lái)提高引入空氣的溫度；3、制得的產(chǎn)品三氧化鑰平均粒度在微米級(jí)，不能滿足材料科學(xué)等領(lǐng)域的特定要求。已有研究發(fā)現(xiàn)，具有各向異性的納米三氧化鑰，更顯示出其特殊的催化性能，可廣泛用作催化劑，常規(guī)升華法采用收塵風(fēng)罩及布袋收集三氧化鑰，因粒子聚凝僅得到微米級(jí)產(chǎn)品，為了制取納米三氧化鑰，必須將升華的三氧化鑰氣體急驟冷卻，防止三氧化鑰粒子聚凝或團(tuán)聚，從而得到納米級(jí)產(chǎn)品。US6468497公開(kāi)了一種納米三氧化鑰的生產(chǎn)方法，將工業(yè)氧化鑰采用升華-驟冷法生產(chǎn)出納米三氧化鑰，生產(chǎn)工藝如下將粒度大約24 260 μ m的工業(yè)氧化鑰粉體(通常由三氧化鑰和二氧化鑰組成)經(jīng)可控螺旋運(yùn)輸機(jī)送入升華爐中，經(jīng)入口鼓入空氣使二氧化鑰氧化為三氧化鑰，升華爐用電力加熱，用熱電偶檢測(cè)爐內(nèi)溫度，當(dāng)爐溫達(dá)到1100°C時(shí)， 三氧化鑰開(kāi)始升華并沉積在似膜狀進(jìn)料管中；已升華的納米三氧化鑰用液氮流驟冷，進(jìn)入料斗，然后流入過(guò)濾器，經(jīng)風(fēng)機(jī)吸出冷氣，納米三氧化鑰產(chǎn)品經(jīng)漏斗排出，反應(yīng)升華溫度為 1093 1260°C，升華爐的作業(yè)時(shí)間為120min，可產(chǎn)出約長(zhǎng)100 nm、寬25 nm、高20 nm的呈條狀納米級(jí)三氧化鑰。上述方法雖然可以制得納米級(jí)產(chǎn)品，但存在的問(wèn)題在于升華時(shí)間長(zhǎng)，一般在 120min以上，不能進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn)。趙秦生等提出一種氧化鑰等離子物理氣相沉積法制取高純?nèi)趸€的方法，以空氣等離子處理工業(yè)純的氧化鑰(即鑰焙砂)，利用三氧化鑰沸點(diǎn)比大多數(shù)雜質(zhì)低的特點(diǎn)，令其在空氣等離子焰中迅速揮發(fā)，然后在等離子焰外引入大量冷空氣使氣態(tài)三氧化鑰驟冷， 獲得超細(xì)高純?nèi)趸€粉末。因?yàn)椴捎玫入x子方法，預(yù)計(jì)生產(chǎn)時(shí)間可大大縮短，但該方法:
I、為保證在等離子體條件下三氧化鑰的迅速揮發(fā)，等離子焰必須保持較高溫度(2000°C以上)，致使原料鑰焙砂中的大多數(shù)雜質(zhì)也揮發(fā)進(jìn)入氣相，最終冷凝并伴隨三氧化鑰進(jìn)入產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品純度；2、該方法僅僅只是一個(gè)設(shè)想，無(wú)工業(yè)應(yīng)用，甚至無(wú)實(shí)驗(yàn)裝置(張啟修，趙秦生主編，《鎢鑰冶金》，2005年9月)。

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的在于提供一種以純?nèi)趸€為原料采用等離子體升華制備納米三氧化鑰的方法，超短時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)。一種制備納米三氧化鑰的方法，以純?nèi)趸€為原料，通過(guò)等離子體升華制備納米三氧化鑰，其特征在于
將純?nèi)趸€粉末通過(guò)加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進(jìn)行升華， 操作時(shí)間10 100ms，獲得的氣態(tài)三氧化鑰采用驟冷介質(zhì)驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鑰，MoO3 > 99. 80%ο升華條件為溫度2000 10000°C、真空度為IO3 IO5 Pa的微負(fù)壓。進(jìn)一步地，所述驟冷介質(zhì)為水、空氣或者液氮。進(jìn)一步地,所述納米三氧化鑰粒度< 80nm。進(jìn)一步地，產(chǎn)生所述等離子體流的等離子氣體為氬氣、氮?dú)狻⒖諝?、氧氣或其他合適氣體。本發(fā)明所稱純?nèi)趸€，指采用鑰酸銨熱解或其他方法制得的純?nèi)趸€，其化學(xué)組成符合相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有如下有益效果
I、超高溫帶來(lái)超短時(shí)間
本發(fā)明中，由于等離子體的超高溫加熱，當(dāng)三氧化鑰粉料進(jìn)入等離子體升華爐時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)即完成熱量的傳遞及對(duì)粉料的充分加熱，升華操作可瞬間完成(< 100ms)，超高溫帶來(lái)超短時(shí)間，明顯優(yōu)于現(xiàn)有的升華或升華-驟冷技術(shù)；
2、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)
由于本發(fā)明用等離子體升華爐取代現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電爐或新型升華爐，能夠一次、快速完成三氧化鑰的揮發(fā)升華，形成不斷加料、不斷收集成品的連續(xù)化生產(chǎn)過(guò)程，與現(xiàn)有各種升華方法制取三氧化鑰操作時(shí)間長(zhǎng)、不能連續(xù)化生產(chǎn)相比，本方法真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)，年產(chǎn)納米三氧化鑰400噸以上；
3、產(chǎn)品粒度細(xì)
本發(fā)明采用驟冷收集制備三氧化鑰，避免了三氧化鑰粒子的聚凝或團(tuán)聚，從而獲得納米級(jí)產(chǎn)品，產(chǎn)品粒度可控制在80nm以內(nèi)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以滿足材料科學(xué)領(lǐng)域的特定要求。


圖I :本發(fā)明的制備納米三氧化鑰的工藝設(shè)備示意圖。圖中主要編號(hào)說(shuō)明1等離子體升華爐；2收雜裝置；3水冷收集裝置；4真空系統(tǒng)； 5等離子氣體；6冷卻系統(tǒng)；7電源接口 ；8加料裝置；9收料裝置；10反吹氣體。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖I及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但是不限于此
本發(fā)明的制備納米三氧化鑰的工藝設(shè)備布置如圖I所示，升華在等離子體升華爐I中進(jìn)行，生產(chǎn)設(shè)備還包括加料裝置8、收料裝置9、收雜裝置2、真空系統(tǒng)4、冷卻系統(tǒng)6及水冷收集裝置3等；將純?nèi)趸€原料粉末通過(guò)加料裝置8送入等離子體升華爐I中，在等離子氣體5噴焰產(chǎn)生的2000 10000°C等離子體流中進(jìn)行升華，操作時(shí)間10 IOOms ;將升華產(chǎn)生的三氧化鑰引入水冷收集裝置3，用水作驟冷劑驟冷，收料裝置9收集，得到納米三氧化鑰；真空系統(tǒng)4控制系統(tǒng)真空度在IO3 IO5Pa,冷卻系統(tǒng)6設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；水冷收集裝置3采用水冷脈沖反吹過(guò)濾器，工作狀態(tài)下不斷通入反吹氣體10實(shí)現(xiàn)氣固分離。本發(fā)明中，真空度控制在IO3 IO5 Pa的微負(fù)壓，能夠取得非常好的升華效果；在升華三氧化鑰的過(guò)程中，由于等離子體產(chǎn)生的超高溫度，升華速度很快，在超短時(shí)間即毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成。具體操作實(shí)施過(guò)程如下
1、打開(kāi)供水系統(tǒng)6的冷卻水；
2、關(guān)閉進(jìn)料閥，將原料三氧化鑰加入加料裝置8；
3、真空系統(tǒng)4抽真空到設(shè)定真空度；
4、通入等離子氣體5，由電源接口7接入等離子電源產(chǎn)生設(shè)定溫度的等離子體流；
5、向水冷收集裝置3通入脈沖氣體10；
6、打開(kāi)進(jìn)料閥，持續(xù)將加料裝置8中的料粉加入等離子體升華爐I中進(jìn)行升華操作；
7、從收料裝置9收取產(chǎn)品三氧化鑰，從收雜裝置2收取雜質(zhì)。實(shí)踐中還可以用空氣或液氮作驟冷介質(zhì)。實(shí)施例I :原料純?nèi)趸€粉末，其化學(xué)組成見(jiàn)表I。實(shí)施過(guò)程將純?nèi)趸€原料送入等離子體升華爐中，控制等離子體流的溫度為 2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa,用水作驟冷劑，驟冷收集，得到三氧化鑰，取樣檢測(cè)。實(shí)施參數(shù)與結(jié)果列于表2。從表2可以看出
1、以MoO399. 82%的純?nèi)趸€為原料，采用等離子體升華法可以在IOOms以內(nèi)的超短時(shí)間制得純度在99. 80%以上、粒度在80nm以下的高純納米三氧化鑰；
2、隨著等離子體升華溫度的升高，升華速度加快，真空度降低，產(chǎn)能提高。最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上說(shuō)明僅用以說(shuō)明本發(fā)明而非限制，盡管參照較佳實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)中。表I原料化學(xué)組成
表2實(shí)施例I參數(shù)與結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種制備納米三氧化鑰的方法，以純?nèi)趸€為原料，通過(guò)等離子體升華制備納米三氧化鑰，其特征在于將純?nèi)趸€粉末通過(guò)加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進(jìn)行升華， 操作時(shí)間10 100ms，獲得的氣態(tài)三氧化鑰采用驟冷介質(zhì)驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鑰，MoO3 > 99. 80%ο
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于所述等離子體升華條件為溫度2000 10000°C、真空度為IO3 IO5 Pa的微負(fù)壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于所述驟冷介質(zhì)為水、 空氣或者液氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于進(jìn)一步地，產(chǎn)生所述等離子體流的等離子氣體為氬氣、氮?dú)?、空氣、氧氣或其他合適氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于進(jìn)一步地，所述納米三氧化鑰粒度< 80nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及有色金屬冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種以純?nèi)趸f為原料制備納米三氧化鉬的方法。以純?nèi)趸f為原料，通過(guò)等離子體升華制備納米三氧化鉬，將純?nèi)趸f粉末通過(guò)加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進(jìn)行升華，操作時(shí)間10～100ms，獲得的氣態(tài)三氧化鉬采用驟冷介質(zhì)驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鉬，MoO3＞99.80%。本發(fā)明采用等離子體升華法制備三氧化鉬，可以在超短時(shí)間內(nèi)得到粒度在80nm以內(nèi)的高純納米三氧化鉬，并且真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C01G39/02GK102603005SQ201210057610
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者趙維保, 趙維根, 趙龍飛 申請(qǐng)人:洛陽(yáng)開(kāi)拓者投資管理有限公司