[发明专利]超微金属氧化物制取的工艺与装置

说明书

本发明属于新材料、冶金与化工等行业的技术领域。

“超微”是超细微粒(Ultrafine Particles)的简称(下称“UFP”)。本发明超微金属氧化物(下称“UFP—∑MO”)是指金属∑M包含至少一元或多元的金属，如Li等碱金属，Be.Mg.Ca.Sr，Ba等碱土金属，Al.Ga.In等IIA族金属，Zn，Cd等IIB族金属，Sc、Y、La等稀土金属，Ti、Zr等IVB族金属，V、Nb、Ta等VB族金属，Cr、Mo、W等VIB族金属，Fe、Co、Ni等过滤金属以及元素期表上的其他金属，∑MO为单元或多元的金属氧化物(下同)。包括UFP—∑MO在内的超微材料，当代科学一般认为可分四档：a)微米级(粒度-10～0.1um)，b)纳米级(粒度：-100～10nm)，c)分子级(粒度-100～20A)，原子级(粒度-20A～原子大小)。本发明UFP—∑O产品，主要是指微米级与纳米级尺寸大小的粉体材料，即10～1000nm的研究范围。

众所周知，在物料粉碎作业中，采用传统的破碎机、球磨机、雷蒙机等机械破磨设备，对诸如矿物等物料的加工，产品粒度达到-200～325目(即；-74～45um)是可以得到的。但是，随着要求对加工产品粒度的细化，产出合格粉料的成品率就越来越低，而其动力与材料的消耗则会急剧增加，成本不合算；资料[1]提及的喷射磨，是以亚音速或音速的气流载粉进行加工细磨的，粒度最小可达1um，但其产品纯度不高、比表面积小(最大为1m²/g)、颗粒大小不均、形状不规整而带棱角等诸多问题，难于达到现代科技飞速发展对粉体材料提出的高纯、超微、高活性与均一性等严格要求；资料[2]和[3]指出了人工获得的一类UFP材料的制取方法，但没有公开制取工艺与设备的详情，这些方法的共同问题是：1>生产规模小，由几克至公斤级的规模，只适于科学研究；2>技术设备复朵，能耗大，难于走向工业化；3>使用昂贵的原材料，生产成本高，难于广泛应用，产品缺乏市场竞争力。总之，生产UFP材料的这些技术的经济的问题，长期以来没有得到很好的解决。

本发明的任务，使用至少一种可溶金属盐∑MX(X＝SO₄、(No₃)₂、Cl₂，即可溶的硫酸盐、硝酸盐。氯化物。下同)或其混合盐的溶液，与至少一种碳酸盐MZ(M＝Na₂、NaH、K₂、KH等碱金属和/或(NH₄)₂、NH₄H等含NH₄⁺。下同)或其混合盐及草酸等的溶液作用，生成金属碳酸盐沉淀、金属草酸盐沉淀和MX盐(MX＝硫酸盐、硝酸盐、氯化物和弱酸性液。下同)的母液，过滤分离获得超微金属碳酸盐(下称”UFP—∑MCO₃”)、超微金属草酸盐(下称“UFP—∑MA”)的粉料(UFP—∑MCO₃/∑MA下称“UFP—∑MZ粉料”)做原料，用公知热解方法制取A∑MO和UFP—∑MO，优选经热解收尘等主要工序制取它们，从而较好地解决上述长期未能解决的技术与经济的难题，回收副产MX盐又可显著降低生产成本，尤其可以吨计量的大规模生产。公知热解方法可用反射炉、回转窑、马沸炉等冶金炉，优选采用间接加热的真空冶金炉，有利碳酸盐或草酸盐的热分解。

本发明工艺流程，包括沉淀过滤、热解收尘等主要工序。沉淀过滤工序其工艺与装置的特点，如图1所示，用至少两条由加热(如蒸汽、电、煤气等能源加热)调温的高位槽A、调节阀门B、流量计C以及联接管道(无图)等主要设备和公知仪表组成的输液线路，分别输送∑MX净液和MZ溶液到原子反应器D，经混合反应后随即注入搅拌槽E，用过滤机F(如框压滤机、离心过滤机等)过滤，获得UFP—∑MZ的粉料，供热解工序使用。该工序的主要工艺条件是：a)原料浓度：[金属盐]0.50～2.50mol∑MX，[沉淀剂]0.50～1.50.mol MZ，其用量为理论用量的1.01～1.05倍；b)溶液温度：∑MX净液温度t₁＝室温～90℃，MZ溶液温度t₂＝室温～70℃；c)母液MX(即：硫酸盐、硝酸盐、氯化物、弱酸性液等。下同)的PH＝6.8～7.2，搅拌速度越快越好。