專利名稱：球形氧化鋯粉體的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉體合成領(lǐng)域，特別涉及一種采用分子薄層氨化法制備超細(xì)球形ZrO2粉體的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
ZrO2具有優(yōu)良的力學(xué)性能、低的熱導(dǎo)性和良好的抗熱震性以及室溫下的高硬度，很好的耐磨性等性質(zhì)而在高溫結(jié)構(gòu)材料、高溫光學(xué)元件、氧敏元件和燃料電池等方面有著廣泛的應(yīng)用。又由于ZrO2表面具有弱酸弱堿雙功能特性，因此在催化領(lǐng)域中占有重要地位。隨著光子晶體的研究發(fā)展，ZrO2超細(xì)粉體因其具有高折射率及良好的穩(wěn)定性，在三維帶隙材料領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)于ZrO2及其制備方法，有很多文獻(xiàn)進(jìn)行了報道，例如叢昱，梁東白在“液相沉淀法在有機溶劑中制備ZrO2超細(xì)粒子的研究”中利用ZrOCl2·8H2O中的結(jié)晶水將其溶解到無水乙醇中，在343K下通入氨水，產(chǎn)生沉淀，對沉淀處理后得到粒徑為25nm的ZrO2顆粒。王零森等人在“一種制備納米ZrO2粉末的新方法”以乙二胺四乙酸(EDTA)為絡(luò)合劑，在80℃蒸發(fā)除去水分，得到溶膠，在120℃將溶膠干燥形成凝膠，煅燒凝膠得到平均粒徑為10nm的ZrO2·8％Y2O3粉末。張淵明等“ZrO2超細(xì)粒子的制備與表征”，在ZrOCl2溶液中加入氨水產(chǎn)生沉淀，然后以乙醇或水為分散劑，利用噴霧熱解法得到ZrO2納米顆粒，平均粒徑10nm左右，而且分布較窄。楊傳芳等人在“從溶劑萃取反向膠團合成優(yōu)質(zhì)ZrO2超細(xì)粉”中選擇磷酸三丁酯(TBP)—煤油—鹽酸的工業(yè)化萃取鋯體系，確定了反向膠團溶液形成的條件，并以氨水為沉淀劑，使之與反向膠團溶液反應(yīng)，將沉淀物洗滌、干燥、焙燒，得到粒徑10nm左右的單分散ZrO2粉末。
上述文獻(xiàn)主要披露了制備氧化鋯以及對氧化鋯粒度或分散性等性能的控制，但是由于方法本身存在的缺點和不足，并不能更好的解決問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的生產(chǎn)設(shè)備。
本發(fā)明的再一目的是提供一種工藝流程簡單，無污染排放的超細(xì)球形氧化鋯(ZrO2)粉體的分子薄層氨化法的連續(xù)生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的生產(chǎn)設(shè)備包括氨氣罐，大圓輥，小圓輥，加熱器，氣體收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精餾塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，產(chǎn)品收集器，原料槽；一安裝在支架上的大圓輥的一側(cè)有一個以上的安裝在支架上的小圓輥，并且大圓輥與小圓輥相切；在大圓輥的另一側(cè)圓輥邊上有通過管路與乙醇罐相連通的乙醇噴射頭；在大圓輥的上部，且在小圓輥與乙醇噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器，在加熱器的上方安裝有氣體收集器；在大圓輥的下方有一原料槽，且大圓輥的底部與原料槽中的原料液相接觸，在原料槽的上部安裝有真空泵；一產(chǎn)品收集器安裝在乙醇罐一側(cè)的大圓輥的下方，且產(chǎn)品收集器的側(cè)壁伸入到大圓輥的下方；在產(chǎn)品收集器的上部安裝有真空泵；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥之間的空隙與大圓輥接近；一氣體收集器通過管路與吸收塔相連通，吸收塔通過管路與精餾塔相連通，精餾塔通過管路分別與乙醇回收罐和氨液回收罐相連通。
所述的乙醇噴射頭與乙醇罐相連通的管路上安裝有閥門。
所述產(chǎn)品收集器由一般儲槽改制而成，儲槽上部呈倒梯形。
所述的氨氣噴射頭與氨氣罐相連通的管路上安裝有閥門。
所述的氣體收集器與吸收塔相連通的管路上安裝有閥門及真空泵。
本發(fā)明采用連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的生產(chǎn)設(shè)備，連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的方法包括以下步驟(1).將質(zhì)量濃度為0.5～5％的氧氯化鋯乙醇溶液置于原料槽中；
所述原料槽頂部連有真空泵，防止氧氯化鋯乙醇溶液中的乙醇揮發(fā)。
(2).開啟氣體收集器，開啟大圓輥和小圓輥，開啟氨氣罐供氨氣，開啟加熱器加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐沖洗煅燒后的物料，開啟產(chǎn)品收集器，儲存產(chǎn)物，開啟真空泵；所述大圓輥以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度順時針旋轉(zhuǎn)的同時與以相同速度逆時針旋轉(zhuǎn)的小圓輥相切；氨氣罐以0.5～1L/min總流量噴出氨氣，氨氣經(jīng)各分支氨氣噴射頭噴向大小圓輥切點處的大圓輥上的氧氯化鋯乙醇溶液，使氨氣與氧氯化鋯乙醇溶液反應(yīng)；加熱器升溫至400～800℃，干燥大圓輥上的反應(yīng)產(chǎn)物。
所述的大小圓輥相切形成的溶液薄層厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
所述的小圓輥、加熱器、氨氣噴射頭均可部分開啟。
所述的大小圓輥由普通鋼制成，外層裹有鋁箔，其直徑可分別為Φ＝1.5m，Φ＝0.3m；氣體收集器用來收集揮發(fā)出來的多余的氨氣和乙醇，氣體收集器通過吸收塔與精餾塔相接，用來分離氨氣和乙醇，分離出來的氨氣進(jìn)入氨液回收罐，乙醇進(jìn)入乙醇回收罐。
所述產(chǎn)品收集器由一般儲槽改制而成，儲槽上部呈倒梯形，儲槽上部連有真空泵，使儲槽內(nèi)形成負(fù)壓；由氣體收集器收集的乙醇經(jīng)管路去吸收塔。
本發(fā)明的方法是以氧氯化鋯醇溶液為原料，與氨氣直接反應(yīng)得到氫氧化鋯，在不同溫度下，煅燒制備球形氧化鋯超細(xì)粉體，其粒徑在幾個納米到三十個納米范圍內(nèi)調(diào)控，優(yōu)選粒徑范圍為5～20nm，且具有良好的分散性。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.本發(fā)明的設(shè)備屬于分子薄層氨化法制備超細(xì)球形氧化鋯粉體的相關(guān)設(shè)備，可獲得超細(xì)球形單分散氧化鋯顆粒。
2.本發(fā)明的方法可連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體，所使用的原料低廉，工藝流程簡單，操作容易，生產(chǎn)成本低，省時，效率高，通過對物質(zhì)內(nèi)循環(huán)實現(xiàn)污染零排放。


圖1.本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的生產(chǎn)設(shè)備示意圖。
圖2.本發(fā)明實施例1中氧化鋯顆粒的TEM圖。
圖3.本發(fā)明實施例2中氧化鋯顆粒的TEM圖。
附圖標(biāo)記1.氨氣罐2.大圓輥3.小圓輥4.加熱器5.氣體收集器6.乙醇回收罐7.氨液回收罐8.精餾塔9.吸收塔10.真空泵 11.乙醇罐 12.產(chǎn)品收集器13.原料槽具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不受這些實例的限制。
實施例1請參見圖1。一安裝在金屬支架上的由普通鋼制成，外層裹有鋁箔，其直徑分別為Φ＝1.5m的大圓輥2和Φ＝0.3m的小圓輥3，且大圓輥2與小圓輥3相切；在大圓輥2的另一側(cè)圓輥邊上有通過管路與乙醇罐11相連通的乙醇噴射頭，乙醇噴射頭與乙醇罐11相連通的管路上安裝有閥門；在大圓輥2的上部，且在小圓輥3與噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器4，在加熱器4的上方安裝有氣體收集器5；在大圓輥3的下方有一原料槽13，且大圓輥2的底部與原料槽13中的原料液相接觸，在原料槽13的上部安裝有真空泵10；一上部呈倒梯形的產(chǎn)品收集器12安裝在乙醇罐11一側(cè)的大圓輥2的下方，且產(chǎn)品收集器12的側(cè)壁伸入到大圓輥2的下方；在產(chǎn)品收集器12的上部安裝有真空泵10；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐7相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥3之間的空隙與大圓輥2接近；氨氣噴射頭與氨氣罐1相連通的管路上安裝有閥門；一氣體收集器5通過管路與真空泵10相連接，在其管路上安裝有閥門，真空泵10通過管路與吸收塔9的底部相連通，吸收塔9的中上部通過管路與精餾塔8的中上部相連通，精餾塔8的頂部通過管路與氨液回收罐7的頂部相連通，精餾塔8的上部通過管路與乙醇回收罐6的頂部相連通。
采用上述設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體(1).將質(zhì)量濃度為1％的氧氯化鋯乙醇溶液盛于原料槽13中；(2).開啟氣體收集器5，開啟大圓輥2和小圓輥3，開啟氨氣罐1供氨氣，開啟加熱器4加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐11沖洗煅燒后的物料，開啟產(chǎn)品收集器12，儲存產(chǎn)物，開啟真空泵10；大圓輥以4×10-3m/s的速度順時針旋轉(zhuǎn)的同時與以相同速度逆時針旋轉(zhuǎn)的小圓輥相切；氨氣罐以0.6L/min總流量噴出氨氣，將氨氣通過導(dǎo)流管輸送到大小圓輥的相切處，氧氯化鋯乙醇溶液薄層與氨氣在相切處相遇發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鋯微顆粒。
大圓輥上的氫氧化鋯微顆粒隨大圓輥轉(zhuǎn)到加熱器4處被煅燒，煅燒溫度是500℃。
圓輥上的經(jīng)煅燒后的產(chǎn)物隨大圓輥轉(zhuǎn)到乙醇噴射頭處被乙醇沖洗，經(jīng)沖洗后的氧化鋯產(chǎn)品被產(chǎn)品收集器12收集。
經(jīng)分析，氧化鋯顆粒呈球形，基本無硬團聚，其粒度分布在5～15nm。
實施例2采用實施例1的設(shè)備。
(1).將質(zhì)量濃度為1.5％的氧氯化鋯乙醇溶液盛于原料槽13中；(2).開啟氣體收集器5，開啟大圓輥2和小圓輥3，開啟氨氣罐1供氨氣，開啟加熱器4加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐11沖洗煅燒后的物料，開啟產(chǎn)品收集器12，儲存產(chǎn)物，開啟真空泵10；大圓輥以3.80×10-3m/s的速度順時針旋轉(zhuǎn)的同時與以相同速度逆時針旋轉(zhuǎn)的小圓輥相切；氨氣罐以0.8L/min總流量噴出氨氣，將氨氣通過導(dǎo)流管輸送到大小圓輥的相切處，氧氯化鋯乙醇溶液薄層與氨氣在相切處相遇發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鋯微顆粒。
大圓輥上的氫氧化鋯微顆粒隨大圓輥轉(zhuǎn)到加熱器4處被煅燒，煅燒溫度是600℃。
圓輥上的經(jīng)煅燒后的產(chǎn)物隨大圓輥轉(zhuǎn)到乙醇噴射頭處被乙醇沖洗，經(jīng)沖洗后的氧化鋯產(chǎn)品被產(chǎn)品收集器12收集。
經(jīng)分析，氧化鋯顆粒呈球形，基本無硬團聚，其粒度分布在15～25nm。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的生產(chǎn)設(shè)備，包括氨氣罐，大圓輥，小圓輥，加熱器，氣體收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精餾塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，產(chǎn)品收集器，原料槽；其特征是一安裝在支架上的大圓輥的一側(cè)有一個以上的安裝在支架上的小圓輥，并且大圓輥與小圓輥相切；在大圓輥的另一側(cè)圓輥邊上有通過管路與乙醇罐相連通的乙醇噴射頭；在大圓輥的上部，且在小圓輥與乙醇噴射頭之間有安裝在支架上的一個以上的加熱器，在加熱器的上方安裝有氣體收集器；在大圓輥的下方有一原料槽，且大圓輥的底部與原料槽中的原料液相接觸，在原料槽的上部安裝有真空泵；一產(chǎn)品收集器安裝在乙醇罐一側(cè)的大圓輥的下方，且產(chǎn)品收集器的側(cè)壁伸入到大圓輥的下方；在產(chǎn)品收集器的上部安裝有真空泵；一個以上的氨氣噴射頭通過管路分別與氨液回收罐相連通，且氨氣噴射頭穿過兩個小圓輥之間的空隙與大圓輥接近；一氣體收集器通過管路與吸收塔相連通，吸收塔通過管路與精餾塔相連通，精餾塔通過管路分別與乙醇回收罐和氨液回收罐相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述的乙醇噴射頭與乙醇罐相連通的管路上安裝有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述的產(chǎn)品收集器的上部呈倒梯形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述的氨氣噴射頭與氨氣罐相連通的管路上安裝有閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述的氣體收集器與吸收塔相連通的管路上安裝有閥門及真空泵。
6.一種采用權(quán)利要求1～5任一項所述的設(shè)備進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)超細(xì)球形氧化鋯粉體的方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1).將質(zhì)量濃度為0.5～5％的氧氯化鋯乙醇溶液置于原料槽中；(2).開啟氣體收集器，開啟大圓輥和小圓輥，開啟氨氣罐供氨氣，開啟加熱器加熱，開啟接有乙醇噴射頭的乙醇罐沖洗煅燒后的物料，開啟產(chǎn)品收集器，儲存產(chǎn)物，開啟真空泵；所述大圓輥以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度順時針旋轉(zhuǎn)的同時與以相同速度逆時針旋轉(zhuǎn)的小圓輥相切，氨氣罐以0.5～1L/min總流量噴出氨氣，氨氣經(jīng)各分支氨氣噴射頭噴向大小圓輥切點處的大圓輥上的氧氯化鋯乙醇溶液，使氨氣與氧氯化鋯乙醇溶液反應(yīng)；加熱器升溫至400～800℃，干燥大圓輥上的反應(yīng)產(chǎn)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的大小圓輥相切形成的溶液薄層厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的小圓輥可部分開啟。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的加熱器可部分開啟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述的氨氣噴射頭可部分開啟。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用分子薄層氨化法制備超細(xì)球形ZrO
文檔編號C01G25/02GK101074114SQ20061008142
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者唐清, 季清榮, 楊瑋嬌, 李釩, 安震濤 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所