含金属的化合物快速转化形成金属或金属氧化物的制作方法

专利名称：含金属的化合物快速转化形成金属或金属氧化物的制作方法
本申请要求2000年2月22日申请的USSN 60/184029和2000年5月5日申请的USSN 60/202305的权益。
背景技术：
本发明涉及制备金属和金属氧化物粉末的经济、快速而且有效的方法。
金属和金属氧化物粉末有许多应用。例如，金属和金属氧化物适用于粉末冶金、催化剂、硬金属、电化学装置(包括电池、电容器、光电池、传感器和燃料电池)、金属基质复合材料、化学品(如电镀和作为金属有机组合物的原料)、磁性组合物、聚合物填料、颜料、光吸收体、金属注塑、电磁屏蔽、显示材料、薄厚膜用前体、热喷涂、电子组件(包括导体和电介质)、陶瓷、集成电路、和硬焊合金等应用。
金属和金属氧化物粉末常通过使金属碳酸盐、氢氧化物或氧化物或其它含金属的化合物分解、氧化或还原制造。这些反应的基本机理和动力学一般是公知的。含金属的化合物至金属和金属氧化物的常规转化典型地在推送式、条带式、旋转、或流化床反应器中进行。为实现完全转化，所述反应物典型地需要约几小时的停留时间。
例如，在条带式或推进式反应器中在500至800℃的温度下通过分解和氢气还原使氢氧化钴转化成钴一般需要1至2小时的停留时间。在150至800℃的温度下通过在条带式或推送式反应器中分解和氧化使氢氧化铜转化成氧化铜需要1至3小时的停留时间。
已提出许多种由含金属的化合物形成金属和金属氧化物的方法。例如，US5 788 738和5 851 507中公开通过无机化合物的等离子汽化形成金属粉末。
虽然等离子汽化和类似方法在科学上引起关注，但这些方法所需设备昂贵而且生产率低使之不适用于大规模工业应用。
已教导含金属的化合物形成金属碳化物和氮化物的碳热还原可在很快的加热速率下进行。例如，US5 194 234描述了使氧化硼或水合物与碳源的混合物在高于约1400℃的温度下反应然后使反应产物冷却形成细粉状碳化硼的碳热还原法。该方法中优选以等于或超过1000℃/sec的速率加热所述反应混合物。
US5 190 737和5 340 417公开了通过碳热还原制备碳化硅的方法，涉及以至少约100℃/sec的加热速率加热硅源和碳源的混合物。US5 380688和5 746 803公开了采用快速碳热还原的方法，涉及以100至100000000℃/sec的速率加热反应物形成金属碳化物。US5 756 410公开一种形成金属碳氮化物的方法，该方法包括以100至100000000℃/sec的速率加热反应物。
然而，快加热速率和短停留时间在含金属的化合物至金属和金属氧化物的转化中尚未有效利用。
发明概述本发明涉及一种使含金属的化合物转化成所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物的方法，包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属的化合物的转化的高温，使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属的化合物基本上转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的氧化物的至少一种产物的停留时间。
本发明基于以下发现使含金属的化合物转化成金属和金属氧化物的传统方法如分解、氧化和还原的动力学比以前已知的快得多。已发现通过快速加热含金属的化合物，可以几秒或几分之一秒内使所述化合物转化成金属或金属氧化物。本发明已克服了常规的长达几小时的过长的反应器停留时间。
因此，本发明提供一种以较低的成本以高生产率有效地生产金属和金属氧化物的方法。
实施本发明中适用于使含金属的化合物转化成所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物的典型反应包括分解、氧化、还原、基本上同时分解和还原、及基本上同时分解和氧化。因此，本发明实施方案包括以下方法(1)使含金属的化合物分解生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物，(2)使含金属的化合物还原生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物，(3)使含金属的化合物氧化生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物，(4)使含金属的化合物基本上同时分解和还原生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物，和(5)使含金属的化合物基本上同时分解和氧化生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物；所有这些方法都包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属的化合物的转化的高温，使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属的化合物基本上转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的氧化物的至少一种产物的停留时间。
实施本发明中，某些金属和金属氧化物可通过两步法生产。第一步中，使所述含金属的化合物转化成“前体”含金属化合物，其中转化未充分地完成。第二步(完成步骤)中，将来自步骤1的产物在一定温度下加热第二时间足以形成最终的金属或金属氧化物产品。并非所有情况下都需要此两步法，但可在需要时采用。所述第二热处理可用本发明技术进行，也可用传统方法进行。
此外，本发明可这样实施首先使含金属的化合物转化成所述含金属的化合物的所述金属(“前体”)，然后在第二步中使所述金属转化成所述金属的氧化物。本发明也可这样实施首先使含金属的化合物转化成所述含金属的化合物的所述金属的第一(前体)氧化物，然后在第二步中使所述前体金属氧化物转化成所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的第二种不同氧化物。
附图简述

图1为特别适用于进行本发明的垂直移动式反应器的示意图；图2为与通过碳热还原合成碳化钨(WC)、碳化硅(SiC)和碳化钛(TiC)的反应速率和通过碳热氮化合成氮化硅(Si3N4)的反应速率相比按本发明用热重分析仪(TGA)使草酸镍解离成镍金属的反应速率的图标；和图3为按本发明用热重分析仪由各金属草酸盐生产镍(Ni)、钴(Co)、铅(Pb)和锡(Sn)的反应速率的图标。
发明详述本发明方法可适用于使含金属的化合物转化生产所述含金属的化合物的所述金属或所述金属的氧化物。所述转化机理优选为热分解、氧化或还原。热分解可基本上与氧化或还原同时发生，因此这两种(组合)反应也是根据本发明使含金属的化合物转化成所述金属氧化物的所述金属或金属氧化物的优选机理。
所述方法可用于利用实际上可商购的任何含金属的化合物形成任何有商业价值的金属或金属氧化物。考虑到含金属的化合物的可得性和所述金属的市场，优选用本发明制造金属铜、铁、镍、钴(和其它第VIIIB族金属)；钨或钛(和其它过渡金属钽、钼、锆、铪、钒、铌和铬)、锂、镁、锌、铝、镓、锗、铟、锡、铅、钇、钪、铈、钕和镧。特别优选用本发明生产钴、镍、铜和钨的金属粉末。
本发明方法还可用于生产金属氧化物。考虑到其工业价值，优选用本发明生产铜、钨和钼的氧化物。特别优选生产氧化钴和氧化镍。
本发明也适用于生产两或多种金属的混合物、两或多种金属氧化物的混合物、一种金属与一或多种其氧化物的混合物、一种金属与另一种金属的氧化物的混合物。优选二氧化锂钴和钴-氧化镍。
所述方法还适用于形成两或多种金属的合金、合金的氧化物、或合金的混合物。优选钴-铬、钴-钒和钴-铁-镍、铁-镍、青铜和黄铜。
所述含金属的化合物可以是至少包含所要金属或金属氧化物产品的所述金属的任何化合物。包括但不限于金属氧化物、碳酸盐、氢氧化物、草酸盐、乙酸盐和盐。其中优选氢氧化物、碳酸盐和氧化物。
一般不优选用金属卤化物作为本发明所述含金属的化合物。金属卤化物如CoCl2可产生酸性和引起环境问题的气态副产物。
适用的含金属的化合物还包括含两或多种金属的化合物，包括例如镍-钴氧化物和钴-铬氢氧化物，它们是优选的。
所要产品为金属混合物、金属合金、金属氧化物的混合物或混合金属氧化物时，所述含金属的化合物还可包括有不同金属的化合物的混合物。
因此，优选用于本发明的含金属的化合物(和它们经历的优选转化)包括碳酸盐
氢氧化物
草酸盐
盐
金属
氧化物
使所述含金属的化合物的粒子快速地、优选单独地快速加热至热力学上有利于所述含金属的化合物至所述金属和金属氧化物的转化(例如分解、还原或氧化)的高温。
所述高温必须足够高以致在热力学上有利于所述分解、氧化或还原反应。所述温度还优选低于任何想要反应产物的熔点。
使给定的含金属化合物分解、氧化和还原成金属或金属氧化物的热力学最低反应温度很容易计算。所述快速转化过程的最低温度是与形成所述反应中所用最稳定的含金属化合物的所述反应的吉布斯自由能变成负值时的温度相对应的温度。
对于本发明而言，如果确定在特定的分解、氧化或还原中利于在不等的温度设定点运行所述反应器，则可在所述反应器的热区采用热梯度。
使所述含金属的化合物升至所述高温而促使其转化的加热速率优选为至少约100至10000℃/sec，最好为约10000至1000000000℃/sec。最优选所述加热速率为约100000至1000000℃/sec。
所述快速热转化过程中所述含金属的化合物在所述高温下的停留时间部分地取决于所述加热速率和高温。不管温度和加热速率如何，所述停留时间必须足够长至少使所述含金属化合物的大部分(即大于约50wt％)转化。所述停留时间优选在约0.1至约60秒的范围内，更优选约0.2至约10秒，最优选约0.2至约5秒；取决于加热方法、加热速率、反应温度和所要最终粒度。在较高温度下，明显大于10秒的停留时间可能产生不想要的烧结聚集体而非粒状产品。但无论选择何种反应温度、停留时间和加热速率的组合，应足以使所述特定的含金属化合物转化成主要由金属或金属氧化物组成的产品。
升高温度、停留时间和加热速率这三个因素还控制所得粒子的大小。它们通过影响形成金属或金属氧化物的成核速率和形成后这些粒子的生长速率控制所得粒子的大小。例如，假定所述粒子近似地为球形而且原料至产品的转化以相对恒定的体积速率发生，则所述粒子的生长速率将与停留时间的立方根成正比。为使所得金属或金属氧化物粉末的粒度最小，必须选择所述升高温度、加热速率和停留时间使粒子成核速率高于(优选明显高于)所述粒子生长速率。
实施本发明中可采用的加热方法和设备可以是本领域已知用于以本发明加热速率将粒子加热至所述反应温度的任何类型的加热器和方法。有两种优选的快速加热所述含金属化合物粒子的方法。一种方法(本文中称为“滴落”法)中，将粒状的含金属化合物滴入已加热的坩埚中，以约100至约10000℃/sec的速率加热所述粒子。第二种更优选的方法(本文中称为“夹带法”)中，在供入保持在反应温度下的立式反应管(VTR)式炉的惰性、氧化或还原气体中夹带所述含金属化合物的粒子，如US5 110 565中所述，引入本文供参考。所述夹带法中加热速率为约10000至约100000000℃/sec。A.W.Weimer等在“Kinetics of Carbothermal ReductionSynthesis of Beta Silicon Carbide”，AIChE Journal，Vol.39，No.3(March 1993)，p493-503中描述了加热速率的测定。其教导引入本文供参考。
所述滴落法中，使感应电炉达到要求的反应温度并使之平衡约30分钟。将数等分的所述含金属化合物粒子滴入所述炉的热区内的坩埚中。通过例如测量坩埚中反应副产物气体含量随时间的变化监视反应程度。
所述部分转化成所述产物或前体之后，尽可能快地使之冷却至足以使粒子附聚和晶粒生长最小的温度。所述滴落法可作为所述夹带法结果的预测。此外，可用热重分析(TGA)预测所述夹带和滴落法的结果。在TGA中，观察含金属化合物的重量损失随时间和温度的变化，可将所述反应速率与已知以所述夹带或滴落方式快速反应的其它材料的反应速率对比。
所述优选的夹带法中，所述含金属的化合物在立式反应管式炉中的平均停留时间为约0.1至约60秒，优选约0.2至10秒，最优选约0.2至5秒。由于所述滴落法中加热速率较慢，所述滴落法中典型的停留时间为约0.5至10分钟、优选0.5至5分钟、更优选0.5至3分钟，而非象所述夹带法那样为几秒。
所述夹带法涉及使用立管式反应炉(VTR)如前面已引入本文的US5 110565中所公开的。将所述含金属化合物的粒子放在加料斗中，使流动气体如空气、惰性气体、或在所述气体要在所述含金属化合物的氧化或还原中作为氧化或还原剂时的氧化或还原气夹带所述含金属的化合物，将其以尘雾形式输送至所述炉的反应室中。在所述反应室内立即以约10000至100000000℃/sec的速率加热所述含金属的化合物或化合物混合物，而粉末在炉内的平均停留时间为约几秒。所述流动气体携带所述粉末产品离开反应室热区，进入冷却区，使所述反应粉末迅速冷却至低于其反应温度。所述夹带法比所述滴落法更优选，因为所述夹带法是更实用的大规模生产方法。
US5 110 565中公开的反应器包括四个有意义的主要部件冷却反应物运输部件；由所述运输部件供料的反应器室；用于加热所述反应器室的加热装置；和由所述反应器室供料的冷却室。
所述运输部件可视为置于优选环形气体流动空间内用于向反应室输送所述粒子的导管。所述运输部件适合保持在低于所述含金属化合物的熔融温度的温度下以防止所述粒子在所述运输部件内或接近出口处聚结。因此，所述运输部件的温度应足以使基本上所有粒子都以离散粒子形式进入反应室。
适合通过粉末供料机构将所述含金属的化合物供入所述运输部件。所述粉末供料机构无严格要求，只要给所述运输部件提供计量的或控制流量的所述粒子。例如，所述供料机构可以是单螺杆加料器、双螺杆加料器、振动式加料器、回转阀加料器、气动(气体输送)加料器、或常规构造的一些其它加料器。
所述反应器的设计和反应器容量将决定可接受的最大颗粒进料速度。例如(仅用于说明)，对于反应区体积为2.16ft3(0.06m3)的反应器而言，可接受的进料速度为约0.02至约0.5kg/min(kgm)。可接受的进料速度将随具体的反应、反应器和反应器条件改变，但可在不用过度试验的情况下很容易地确定。
对于本发明而言，重要的是所述进料粉末(或粉末进料混合物)以尘雾形式进入反应器。因此，所述粉末离开粉末加料器后，必须经过分散器。几种分散方法是本发明可接受的。这些方法包括但不限于气体分散喷嘴(类似于US5 380 688中所述)、机械分散器、和超声分散。多数情况下，需要使所述粉末进料分散成直径小于100μm的附聚物或单个粒子。但详情与进行的反应和所用反应器条件有关。如果所述附聚物或单个粒子的尺寸太大而在所述温度下的停留时间太短，则反应将不完全。
在气体中夹带所述进料粒子，所述气体可以是惰性气体(例如氩气或其它惰性气体)或与要进行的转化兼容的气体，即为反应物的气体或为所述转化的副产物的气体。
所述夹带气体以一定压力和一定流速供入所述运输部件足以夹带所述粒状混合物并将所述粒状混合物携带至反应室中。因此，所述流速决定在反应室内的停留时间。为说明，对于反应区体积为2.16ft3(0.06m3)的反应器而言，所述运输部件内和绕所述运输部件周围的气体流量分别优选为至少85和28标准立升/分钟(slm)。所用流速还取决于反应器温度和反应物进料速度。
本发明可以并流和逆流操作方式进行。逆流流动可用于延长停留时间。此外，对于特殊反应而言，可能利于在反应器的不同位置引入气流。而且，对于特殊反应而言，可能利于这样引入气流以致它们在反应器内并流和逆流而产生湍流。最后，某些情况下可能利于设计所述气流的引入使它们在反应器内产生某些特定的气体流型(例如螺旋形)。
所述反应物粒子以近似充分分散的尘雾形式进入反应区。通过气体对流和传导传热以及通过来自限定所述加热反应区的壁的热辐射，所述混合物粒子几乎同时被加热。但对于直径小于1000μm的粒子而言，相信所述粒子加热主要通过气体/粒子传导/对流过程，而非辐射。与表面加热相比，内部粒子传导极快以致可假定所述粒子是等温的，可通过表面加热特性描述所述总体的加热速率。在此基础上计算约10000℃/sec或更高的优选加热速率。反应区内的实际温度可通过光学测高温法和其它适合的方法测定。
所述反应器的反应区的内壁由不与进行所述转化过程的含金属化合物或其它反应物反应而且在所用温度下不熔化或明显变质的材料构造或衬里。取决于所述反应，所述材料可以是石墨(或其它碳质材料)、金属(如镍合金)、或陶瓷(如氧化铝)。
夹带所述含金属的化合物并将其送入反应区的气流也携带产物粉末离开反应区。一般地，可能未必采用设计用于从夹带气中分离所述产物的气-固分离器。但某些情况下所述反应器中可能利于包括能有效地从所述气流中分离所述固体产物的区域。这可用几种常规方法实现，包括但不限于脱水器、旋风分离器、多孔金属或陶瓷过滤器、袋滤器、重力沉降、惯性碰撞、静电沉淀、和涤气器。以并流和逆流方式气-固分离很重要。以并流方式气-固分离很重要，因为所述气流可能带走所述产物。这将限制所述过程的产率，对总经济性有不利影响。
产生可冷凝气态副产物(例如水蒸汽)的反应中，可能利于以这样的方式设计所述反应器以在高于发生冷凝的点(即对于水蒸汽而言高于100℃)进行所述气-固分离。
有利地，所述夹带尘雾离开所述反应区，几乎立即进入冷却区。所述冷却区使所述金属或金属氧化物产物骤冷或迅速冷却至低于其反应温度。所述冷却区内的冷却速率利于接近所述反应区内的加热速率。所述冷却区的壁使所述夹带气体冷却，迅速除去所述快速转化的产物保留的热量。没有此快速冷却的情况下，与所述粒子的反应将延时发生，从而在所述产物中形成不想要的附聚物或较大的晶粒。此外，使所述产物迅速冷却的意义可能在于(a)停止所述反应，(b)以特定相、微结构或粒度骤冷，(c)使所述产物降至室温以准备用于进一步加工，或(d)因安全原因。实际经历的冷却时间将随诸如粒度、冷却区的物理构型和排出气体流速等因素改变。
所述产物的冷却可在所述反应器管的未加热(即空气冷却)区发生。但也可采用在反应器的水夹套区强制冷却。此区域利于有明显比所述反应器管更大的横截面积以使所述产物减慢速度。
适合通过传统技术收集和加工所述冷却粒子。所述产物可收集在箱(搬运箱)或其它接收容器中。某些情况下，重要的是不使所述产物直接暴露于空气中，因为它容易被氧化和/或自燃。在此情况下，通过控制地引入氧气(例如空气/氮气混合物)与冷却结合(或不结合)使所述产物缓慢钝化可能是重要的。这在生产金属细粉中特别重要，但所述产物不是最稳定的氧化物(例如CoO而非更稳定的Co3O4)时也很重要。
在垂直移动式反应器中通过所述反应生产的产物可以是用于出售的终产品，或者可能需要进一步处理。例如，如果所述反应不在所述VTR中进行至基本完全，则需在VTR或其它炉中二次热处理以完成所述反应。(本文中“基本完全”意指完成所述转化的至少约50％、更优选至少约75％、最优选至少约90％)。其它可能的精制过程包括但不限于钝化、还原、氧化、烧掉碳或有机物、研磨、射流研磨(jet milling)、选分、筛分或包覆。
所述转化未基本完成时，基本上重复所述转化。所述第一转化的产物(在第二转化中称为“前体”)在第二转化中进一步转化达到要求的完全。可以与第一转化中基本相同的方式利用附加反应物如氧化或还原剂实现基本上完全转化。所述第二转化可在VTR或任何其它常规设备中进行。
此外，第一转化后，可使所述前体经第二转化形成不同的金属或金属氧化物。例如，先使草酸钴转化成氧化钴后，可再使所述氧化钴转化成钴。
虽然所述滴落法和夹带法可用于含金属化合物的快速转化，但任何快速加热法均可用于生产适用的粉末金属和金属氧化物，只要保持所述加热的快速度。
一实施方案中，本发明涉及一种低成本的合成金属细粒或粉末的方法，用于直接生产要求粒度范围的亚微至微型金属细粒。主要是使含金属的化合物如金属草酸盐以短停留时间在非氧化气氛中受到极高加热速率的作用导致所述金属草酸盐分解只留下所述金属。在加热速率为约10000℃/sec和最小反应时间少于10秒的情况下，形成超细金属粒子。
极高的加热速率可在运输管式反应器中实现，使所述过程按需要进行。通过成核机理进行所述反应，因此所述极高的加热速率是形成所述细和超细金属粒子所必需的。更特别地，不需(或需要最小)研磨所述金属细粒减小粒度或分选除去较大粒子。此外，由于所述产品粉末有在要求范围内的粒度(非纳米尺寸)，剩余氧含量低，所述粒子表面被钝化。这些粒子可用高温、短停留时间迁移(或气溶胶)流动反应器生产以致快加热速度促使前体快速解离，有限的停留时间防止粒子生长。
由于所述形成金属细粒的方法，可明确地定制所述粒径以满足极苛刻的要求。更传统地用气态前体(例如氯化镍)加工的粉末产生不适合于某些电磁辐射吸收应用的纳米尺寸的细金属。利用较慢加热速率机构(例如推送炉、条带式炉、电弧炉)的其它传统方法不能限制停留时间和粒子生长，即使使用起始的金属草酸盐前体。按照本发明，通过此方法生产的金属细粉适用于多种用途，包括但不限于电磁屏蔽、半导体应用。
如前面所述，所述待解离的前体包括各种金属草酸盐、碳酸盐、乙酸盐或氢氧化物。例如，用本发明方法可使草酸镍快速分解产生氧含量低于2wt％的高纯度的亚微型镍粉。按本发明进行所述解离中，唯一的副产物是CO2气体。类似的解离反应还可用于生产钴、锡和铅细粉。由这些前体生产的粉末纯度比由更传统地加工的气态匀化前体(例如氯化镍)生产的粉末更高。这些粉末产物含有残留的卤化物(例如氯)使之不适合于高纯度应用。
所述金属草酸盐解离的反应速率类似于运输管式气溶胶流动反应器中显示的各种碳热反应的反应速率。例如，如图2中所示，用热重分析仪的0.5℃/sec的加热速率表明在375℃下草酸镍的解离有类似于在1350℃下通过碳热还原合成碳化钨(WC)的反应速率，比在1515℃下通过碳热还原合成碳化硅(SiC)更快。这些碳热反应都在运输管式反应器中进行。图3示出用热重分析仪和0.5℃/sec的加热速率由各金属草酸盐生产镍(Ni)、钴(Co)、铅(Pb)和锡(Sn)的反应速率。
可用于进行本发明方法的设备类型类似于Weimer等(US5 110 565)或Matovich(US3 933 434、4 042 334、或4 044 117)所描述的，引入本文供参考。
本发明一实施方案的方法中，将粉状前体(例如草酸镍粉末)加载至加料装置中，用惰性气体(例如氩或氮)携带通过加热的运输管。来自所述运输管壁的热量提供使所述前体(例如草酸镍)热解离成金属细粉和二氧化碳气体所需能量。在袋滤器或其它类型的细粉收集方法中收集所述产物细粉。所述管壁直接通过电阻加热(即如果它是石墨或碳化硅)或由管周围的加热电极间接加热。所述反应管可由石墨、耐火氧化物材料、或可经受所述操作条件的其它高温材料制造。所述吹扫惰性气体的流速和固体进料速度预计与上述专利中所报告的类似。预计反应器停留时间在约0.1和10秒之间，取决于所述气体和固体加料速度。
此外，本文所公开的本发明可在没有本文所公开的具体组件的情况下实施。
通过实施本发明形成的金属和金属氧化物粉末适用于采用通过传统方法生产的金属和金属氧化物粉末的所有领域。由本发明生产的金属和金属氧化物粉末尤其适用于粉末冶金、催化剂、硬金属、电化学装置(包括电池、电容器、光电池、传感器和燃料电池)、聚合物填料、颜料、光吸收体、显示材料、薄厚膜用前体、磁性组合物、金属注塑、热喷涂、电子组件(包括导体和电介质)、陶瓷、化学品(如电镀和作为金属有机组合物的原料)、集成电路、金属基质复合材料、电磁屏蔽、和硬焊合金等应用。
以下实施例仅用于举例说明，不应解释为限制本发明的范围。
实施例以下实施例1-37均在立式移动反应器(VTR)中进行。图1为所用反应器的示意图。反应器(1)的中心有炉(2)，有直径6in、长5ft的加热区。反应管(3)由耐高温镍基合金构造，在提供热量的炉的上下延伸约3ft。所述炉有三个独立控制的加热区(4A、4B和4C)，能产生1200℃的最高温度。进料通过螺杆加料器(5)供入所述立式移动反应器顶部。离开螺杆加料器后，通过分散器(6)使所述粉状进料机械分散。然后通过75μm的筛(7)筛分所述分散粉末除去大的附聚物。所述粉末混合物下落通过所述炉的热区和冷却区(8)，收集在反应器底部的产品收集罐(9)中。
所述反应器以并流(粉末和气体向下流动)和逆流(粉末向下流动而气体向上流动)方式运行。基于相关化学和所需停留时间选择操作方式。任一操作方式中，尾气(副产物)均鼓泡通过脱水器(10)，用丙烷燃烧器燃烧。以下实施例1-37中，三个加热区均在相同温度下运行。
实施例1-37中所用反应器可根据已知工程原理和实施本发明的公开内容改变。
分析实施例1-37的产品测定其含量、微晶大小、表面积、和密度。氧化钴或钴中钴的体积含量(Co[％])基于ISO 93891989(E)-标准(钴含量的测定-电位滴定法，使用六氰铁(III)酸钾(K3[Fe(CN)6])溶液，223.35g/10L)通过滴定法测量。该方法涉及用铂电极电位滴定。用柠檬酸铵作缓冲剂在碱性基体中用已知的Co标准溶液反滴定过量的已知铁氰化钾溶液。
氧化钴中一氧化钴的体积含量(CoO[％])通过X-射线衍射测量。所述X-射线衍射装置用已知试样通过迭加法校正。所述校正和测量均基于氧化钴和一氧化钴的峰面积比。
钴金属的体积含量(金属Co[％])也通过X-射线衍射测量。所述X-射线衍射装置用已知试样通过迭加法校正。所述校正和测量均基于一氧化钴和钴金属的峰面积比。
氧化铜中铜含量用铜电极基于配位滴定通过滴定法测量。用氯化铵作缓冲剂在碱性基体中用已知的标准Cu溶液滴定过量的已知EDTA溶液。
微晶大小通过在220(微晶大小[220])和311(微晶大小[311])处峰的X-射线谱线增宽测量。测量所述峰的极大值半高处的全宽度，基于Sherrit等式计算微晶大小。
表面积按ASTM D4567标准基于所述表面上的N2吸附通过BET测量。所述分析以m2/g给出表面积。
表观密度(AD)通过ASTM B213标准测量。所述测量以g/cc给出所述产品的松密度。
堆积密度(TD)通过ASTM B527标准测量，其中轻敲所述产品试样以g/cc给出填充密度。
氢氧化钴的分解/氧化实施例1
用上述反应器进行以下所示反应。
(反应1)所述Co(OH)2原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)。此粒状材料(Lot Number C04-9207)的平均附聚物大小为1μm。所述Co(OH)2原料是粉或浅红色的。将所述原料以1.7kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。此试验中所用气体介质是以20scfh(标准立方英尺/小时)并流方式流动的空气。所述VTR的三个区的温度都控制在500℃。在这些条件下估计所述停留时间为4-6秒。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。所述产品收集罐包含粉末和从尾气中冷凝出的水。得到约0.67kg干产品。目视所述产品是黑色细粉(即Co3O4)。这些结果表明发生要求的反应(反应1)。
实施例2重复实施例1，但所述VTR的三个区的温度都升至600℃。在这些条件下，估计所述停留时间为4-6秒。收集到的干产品为约0.65kg，也是黑色细粉(Co3O4)。
实施例3重复实施例1，但所述VTR的三个区的温度都升至700℃。在这些条件下，估计所述停留时间为4-6秒。收集到的干产品为约0.65kg，与实施例1和2的情况一样，也是黑色细粉。
实施例4重复实施例1，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃而且运行时间降至18分钟。在这些条件下，估计所述停留时间为4-6秒。收集到的干产品为约0.40kg黑色细粉。
实施例5重复实施例1，但所述VTR的三个区的温度都升至700℃而且所述气流改成逆流方式。在这些条件下，估计所述停留时间为6-8秒。收集到的产品是完全干燥的(即所述副产物水蒸汽已在反应器顶部的尾气中带出)。收集到约0.66kg产品。所述产品是黑色细粉(即Co3O4)。
实施例6
重复实施例5，但所述VTR的三个区的温度都升至600℃。在这些条件下，估计所述停留时间为6-8秒。收集到约0.64kg干燥的黑色细粉。
实施例7重复实施例5，但所述VTR的三个区的温度都升至500℃。在这些条件下，估计所述停留时间为6-8秒。收集到约0.63kg干燥的黑色细粉。
所述氢氧化钴的分解/氧化实施例1-7的试验条件示于下表1中。
表1实施例 原料进料速度气相 气体流量 方式 温度(kg/hr) (scfh)(℃)1 Co(OH)21.7空气 20 并流 5002 Co(OH)21.7空气 20 并流 6003 Co(OH)21.7空气 20 并流 7004 Co(OH)21.7空气 20 并流 8005 Co(OH)21.7空气 20 逆流 7006 Co(OH)21.7空气 20 逆流 6007 Co(OH)21.7空气 20 逆流 500所述氢氧化钴的分解/氧化实施例1-7的试验结果示于下表2中表2实施例 运行时间(min) 收集的产品 产品颜色 产品组成(kg)1 300.67黑Co3O42 300.65黑Co3O43 300.65黑Co3O44 180.40黑Co3O45 300.66黑Co3O46 300.64黑Co3O47 300.60黑Co3O4所述氢氧化钴的分解/氧化实施例1-7收集的Co3O4产品的分析结果示于下表3中表3实施例Co[％] CoO[％] 金属 表面积AD TD 微晶大小 微晶大小Co[％](m2/g) (g/cc) (g/cc) [220](nm) [311](nm)1 71.0 - - 30.5 0.711.03 - -2 71.2 - - 28.1 0.751.10 - -3 70.2 - - 25.7 0.791.15 - -4 71.6 - - 22.6 1.001.48 - -5 73.5 2 ＜18.2 0.991.42 50 476 72.5 1 ＜112.4 0.851.21 35 32.57 72.5 ＜1 ＜118.6 0.801.13 23 21氢氧化钴的分解/还原实施例8用上述反应器进行以下所示反应。
(反应2)所述Co(OH)2原料与实施例1中相同。将所述原料以1.7kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。此试验中所用气体介质是以50scfh并流方式流动的氢气。所述VTR的三个区的温度都控制在800℃。15分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。所述产品收集罐包含粉末和从尾气中冷凝出的水。得到约0.25kg干产品。目视所述产品是灰色细粉(即Co)。这些结果表明发生要求的反应(反应2)。
实施例9重复实施例8，但所述VTR的三个区的温度都降至700℃。收集到的干产品为约0.23kg，也是灰色细粉。
实施例10重复实施例8，但所述VTR的三个区的温度都降至400℃。收集到的干产品为约0.30kg，也是黑灰色细粉。此实施例的结果表明所述反应不完全。对于这些特定条件而言，可能是因为温度太低、在所述温度下的停留时间太短、或分散度不足。
实施例11
重复实施例8，但所述VTR的三个区的温度都降至500℃而且所述氢气流以逆流方式运行。收集到的产品是完全干燥的(即所述副产物水蒸汽已在反应器顶部的尾气中带出)。收集到约0.24kg产品。所述产品是黑灰色细粉。这些结果表明所述反应不完全。
实施例12重复实施例11，但所述VTR的三个区的温度都升至600℃。收集到约0.25kg干产品。所述产品是灰色细粉(即Co)。
实施例13重复实施例11，但所述VTR的三个区的温度都升至700℃。收集到约0.25kg干产品。所述产品是灰色细粉(即Co)。实施例11至13的结果表明可经反应2通过金属氢氧化物的快速分解制备钴粉。
所述氢氧化钴的分解/还原实施例8-13的试验条件示于下表4中。
表4实施例 原料 进料速度 气相 气体流量方式 温度(kg/hr) (scfh)(℃)8 Co(OH)21.7 氢气 50 并流 8009 Co(OH)21.7 氢气 50 并流 70010 Co(OH)21.7 氢气 50 并流 40011 Co(OH)21.7 氢气 50 逆流 50012 Co(OH)21.7 氢气 50 逆流 60013 Co(OH)21.7 氢气 50 逆流 700所述氢氧化钴的分解/还原实施例8-13的试验结果示于下表5中表5实施例运行时间(min) 收集的产品(kg)产品颜色产品组成8 30 0.67 灰 Co9 30 0.65 灰 Co1030 0.65 黑灰Co/Co3O41118 0.40 黑灰Co/Co3O41230 0.66 灰 Co1330 0.64 灰 Co
实施例8-13收集的Co产品的分析结果示于下表6中表6实施例 Co[％] 转化率[％]表面积(m2/g)氧[％]碳[ppm]硫[ppm]8 76.2 392.7 - - -9 - - -- - -10 77.1 42-- - -11 - - 3.4 - - -12 - - 1.9 - - -13 - - 1.1 - - -氢氧化铜的分解/氧化实施例14用上述反应器进行以下所示反应。
(反应3)所述Cu(OH)2原料来自Aldrich Chemical Company，Milwaukee，Wisconsim，近似附聚物大小为20μm。所述Cu(OH)2是蓝色的。将所述原料以1.16kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所述气体介质是以20scfh逆流方式流动的空气。所述VTR的三个区的温度都控制在300℃。在这些条件下估计所述停留时间为2-4秒。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。收集的干产品主要是黑色细粉(即CuO)，有少量较大(～75μm)块的未反应蓝色氢氧化物。得到约0.42kg产品。这些结果表明发生要求的反应(反应3)。较大块的未反应氢氧化物表明在这些条件下可能需要分散以改善此反应。
实施例15重复实施例14，但所述VTR的三个区的温度都升至500℃。收集到约0.40kg的干产品。所收集的产品几乎与实施例14中生产的产品相同，但未反应氢氧化物的浓度降低。
实施例16重复实施例15，但所述逆流气流增至40scfh。这导致停留时间比实施例14或15中稍长。收集到约0.43kg的干产品。所收集的产品几乎与实施例15中生产的产品相同。
实施例17重复实施例16，但所述VTR的三个区的温度都升至700℃。收集到约0.41kg的干产品。所收集的产品几乎与实施例16中生产的产品相同，但未反应氢氧化物的浓度降低。
实施例18重复实施例16，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃而且所述反应仅运行15分钟。收集到约0.19kg的干产品。所收集的产品几乎与实施例17中生产的产品相同，但未反应氢氧化物的浓度降低。
实施例14至18的结果表明所述Cu(OH)2需要充分分散，未反应的大附聚物有随温度升高而减少的趋势。
所述氢氧化铜的分解/氧化实施例14-18的试验条件示于下表7中。
表7实施例 原料 进料速度 气相 气体流量方式温度(kg/hr) (scfh) (℃)14 Cu(OH)21.16 空气20 逆流30015 Cu(OH)21.16 空气20 逆流50016 Cu(OH)21.16 空气40 逆流50017 Cu(OH)21.16 空气40 逆流70018 Cu(OH)21.16 空气40 逆流800所述氢氧化铜的分解/氧化实施例14-18的试验结果示于下表8中表8实施例 收集的产品(kg) 产品颜色 产品组成14 0.42黑 CuO15 0.40黑 CuO16 0.43黑 CuO17 0.41黑 CuO18 0.19黑 CuO所述氢氧化铜的分解/氧化实施例14-18收集的CuO产品的分析结果示于下表9中表9实施例Cu[％] 表面积(m2/g)AD(g/cc)1474.260.91.01575.032.71.11676.532.81.11777.215.11.21878.08.2 1.2氢氧化铜的分解/还原实施例19重复实施例17，但所述气体换成氢气。收集到约0.29kg干产品。所述产品从产品收集罐中取出时是亮铜色的(即Cu粉)，但暴露于空气后易变成略带紫色(即Cu2O)。这些结果表明本发明可用于通过以下反应制备铜粉。
(反应4)钴粉的氧化实施例20用上述反应器进行以下所示反应。
(反应5)所述Co粉原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)，近似附聚物大小为6μm，极好微晶大小为0.8μm。所述钴粉是灰色的，批号为P32-9027。将所述原料以1.1kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所述气体介质是以1000scfh逆流方式流动的空气。所述VTR的三个区的温度都控制在900℃。在这些条件下估计所述停留时间为2-4秒。30分钟后，切断所述加料器，打开产品收集罐。空气一接触所述产品，它就开始进一步氧化和燃烧。这些结果表明停留时间太短或所述温度太低而未完成此氧化反应。更高的温度和/或更长的停留时间将使此反应能完成。
氧化钴的还原实施例21
用上述反应器进行以下所示反应。
(反应6)所述Co3O4粉末原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)。此原料的表面积为0.9m2/g，近似附聚物大小为4μm。所述粉末是黑色的，批号为C12-9354-2。将所述原料以1.43kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。此试验中所用气体介质是以50scfh逆流方式流动的氢气。所述VTR的三个区的温度都控制在400℃。在这些条件下估计停留时间为2-4秒。20分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.43kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例22重复实施例21，但所述VTR的三个区的温度都升至600℃。回收约0.40kg黑灰色细粉(即Co3O4和Co)。
实施例23重复实施例22，但所述逆流氢气流增至100scfh。回收约0.38kg灰色细粉(即Co)。
实施例24重复实施例22，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃。回收约0.36kg灰色细粉(即Co)。
实施例25重复实施例22，但所述原料是Co3O4。此新原料的表面积为1.5m2/g，平均附聚物大小为4μm。所述原料来自OMG Kokkola ChemicalsOy(Kokkola，Finland)，批号为C12-9313-1。此原料也是黑色的。进料速度设定在1.07kg/hr。30分钟内收集约0.36kg干产品。所述产品是灰色细粉(即Co粉)。
实施例26重复实施例25，但所述逆流氢气的流量增至100scfh。收集到约0.38kg干燥的灰色细粉(即Co粉)。
实施例27重复实施例25，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃。收集到约0.40kg干燥的灰色细粉(即Co粉)。
实施例21至27的结果表明本发明可有效地Co3O4还原成钴粉。此外，用本发明可在最终的钴粉中保持所述原料的表面积差。用较高表面积氧化物生产的材料比用较低表面积氧化物制备的产品更易自然(暗示表面积较高)。
所述氧化钴还原实施例21-27的试验条件示于下表10中。
表10实施例 原料 进料速度 气相 气体流量 方式温度(kg/hr) (scfh) (℃)21Co3O4(0.9SA) 1.43氢气50 逆流40022Co3O4(0.9SA) 1.43氢气50 逆流60023Co3O4(0.9SA) 1.43氢气100 逆流60024Co3O4(0.9SA) 1.43氢气50 逆流80025Co3O4(1.5SA) 1.07氢气50 逆流60026Co3O4(1.5SA) 1.07氢气100 逆流60027Co3O4(1.5SA) 1.07氢气50 逆流800所述氧化钴还原实施例21-27的试验结果示于下表11中表11实施例运行时间(min) 收集的产品(kg) 产品颜色 产品组成2120 0.43 黑 Co3O42220 0.40 黑灰 Co/Co3O42320 0.38 灰 Co2420 0.36 灰 Co2530 0.36 灰 Co2630 0.38 灰 Co2730 0.40 灰 Co实施例21-27收集的钴产品的分析结果示于下表12中表12实施例 Co[％]转化率[％] 表面积(m2/g) 氧[％] 碳[ppm] 硫[ppm]21 73.5 11.2 - --22 - -5.1 - --23 - -5.2 - --24 - -3.1 - --25 - -5.6 2.9 723 ＜1026 - -5.8 - --27 - -2.2 2.2 459 23一氧化钴的氧化实施例28用上述反应器进行以下所示反应。
(反应7)所述CoO粉末原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)。此原料的平均附聚物大小为1-2μm。所述粉末是棕色的，批号为D13-0023。将所述原料以2.98kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所用气体介质是以35scfh逆流方式流动的空气。所述VTR的三个区的温度都控制在600℃。在这些条件下估计停留时间为2-4秒。45分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约2.4kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例29重复实施例28，但所述VTR的三个区的温度都升至700℃。30分钟后，回收约1.56kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例30重复实施例28，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃。30分钟后，回收约1.6kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例28-30收集的Co3O4产品的分析结果示于下表13中表13实施例 Co[％] CoO[％] 金属表面积 AD TD 微晶大小 微晶大小Co[％] (m2/g) (g/cc) (g/cc) [220](nm) [311](nm)28 - - ＜1 3.6 0.751.2020 1529 - - ＜1 3.4 0.811.1230 2530 - - ＜1 3.3 0.801.1040 39草酸钴的分解/还原实施例31用上述反应器使草酸钴(CoC2O4*2H2O)同时分解和还原成钴粉。所用草酸钴原料是来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)的试验材料。所述草酸盐粉末的平均附聚物大小为约40μm，是粉橙色的。将所述原料以0.30kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所用气体介质是以50scfh逆流方式流动的氢气。所述VTR的三个区的温度都控制在500℃。在这些条件下估计停留时间为2-4秒。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.1kg灰黑色细粉(即Co&Co3O4)。
实施例32重复实施例31，但所述VTR的三个区的温度都升至600℃。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.1kg灰色细粉(即Co)。
实施例33重复实施例31，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.1kg灰色细粉(即Co)。
实施例31-33收集的钴产品的分析结果示于下表14中表14实施例 Co[％] 转化率[％]表面积(m2/g) 氧[％] 碳[ppm] 硫[ppm]31 - - 17.0 - - -32 - - 3.21.0 670 ＜1033 - - 1.11.1 313 ＜10
草酸钴的分解/氧化实施例34用上述反应器使草酸钴(CoC2O4*2H2O)同时分解和氧化成氧化钴粉。所用草酸钴原料是来自OMG Kokkola Chemicals Oy(Kokkola，Finland)的试验材料。所述草酸盐粉末的平均附聚物大小为约40μm ，是粉橙色的。将所述原料以0.30kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所用气体介质是以50scfh逆流方式流动的空气。所述VTR的三个区的温度都控制在600℃。在这些条件下估计停留时间为2-4秒。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.15kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例35重复实施例34，但所述VTR的三个区的温度都升至800℃。30分钟后，切断所述加料器，从产品收集罐中取出产品。回收约0.15kg黑色细粉(即Co3O4)。
实施例34和35收集的Co3O4产品的分析结果示于下表15中表15实施例 Co[％] CoO[％] 金属表面积 AD TD 微晶大小 微晶大小Co[％] (m2/g) (g/cc) (g/cc) [220](nm) [311](nm)34 -- ＜1 2.4 0.370.81- -35 -- ＜1 1.4 0.290.59- -LiCoO2原料的焙烧/分解实施例36用上述反应器生产LiCoO2。使用由LiCO3和Co3O4的混合物组成的试验LiCoO2原料。以50scfh的空气流量逆流方式使用所述反应器。所述原料是灰色的，以0.4kg/hr的速度供入。所述VTR的三个区的温度都控制在800℃。20分钟后，收集约0.10kg黑色细粉。反应期间所述物料明显地变色。
实施例37重复实施例36，但所述VTR的三个区的温度都升至1000℃。20分钟后，收集约0.10kg黑色细粉。
以下实施例38-82均在类似于用于实施例1-37的图1所示VTR的立式移动反应器中进行，但代替机械分散器，用气体分散喷嘴分散所述粉末原料。所述反应器的中心有加热炉，有直径6in、长5ft的加热区。反应管由耐高温镍基合金构造，在提供热量的炉的上下延伸约3ft。所述炉有三个独立控制的加热区，能产生1200℃的最高温度。进料通过螺杆加料器供入所述立式移动反应器顶部的分散喷嘴。所述分散喷嘴有3mm和5mm的可变内径。所述分散气体(空气)携带所述粉末进料通过所述炉的热区和冷却区。反应产品收集在反应器底部的产品收集罐中。
除与粉末进料并流供入的所述分散气之外，第二工艺气体(也是空气)逆流供入所述粉末进料。以下给出的实施例38-82中，所有三个反应区都处于相同温度。
分析实施例38-82的产品测定其含量、微晶大小、表面积、和密度。氧化钴或钴中钴的含量(Co[％])、氧化钴中一氧化钴的含量(CoO[％])、钴金属含量(金属Co[％])、微晶大小(微晶大小[220]和微晶大小[311])、表面积、表观密度(AD)、和堆积密度(TD)均以与实施例1-37中相同的方式测量。
氧、碳和硫含量(重量)通过ASTM E1019标准用LECO Corporation(St.Josephs，Michigan)制造的氧分析仪测量。
某些产品还用Fischer Sub-Sieve Size(FSSS)基于ASTM B330或C721标准分析粒度。所述分析以微米提供所述产品的粒度。还通过干激光散射法测量粒度，其中使粉末产品分散在空气流中，使激光束通过。取决于所述产品试样的粒度分布，所述激光束以不同角度散射。测量衍射角，确定粒度分布。所述粒子的10％有小于d10的粒度，所述粒子的50％有小于d50的粒度，所述粒子的90％有小于d90的粒度。
氢氧化钴的分解/氧化实施例38用上述反应器进行与实施例1-7中相同的反应(反应1)所述Co(OH)2原料与实施例1-7中所用的相同。所述Co(OH)2以1.2kg/hr供入。所述分散气体和工艺气体都是空气，所述分散气体以3m3/hr流动，所述工艺气体以0.5m3/hr流动。所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。所述分散喷嘴的内径为3mm。
实施例39重复实施例38，但所述分散气流量增至5m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例40重复实施例38，但所述分散气流量增至4m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例41重复实施例38，但所述分散气流量为3.9m3/hr，所述工艺气体流量为1m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例42重复实施例40，但所述工艺气体流量增至1.7m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例43重复实施例42，但所述工艺气体流量降至1m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例44重复实施例43，但所述Co(OH)2进料速度增至3kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例45重复实施例43，但所述Co(OH)2进料速度增至5kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例46重复实施例43，但所述Co(OH)2进料速度增至10kg/hr，所述分散气流量降至3m3/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例47重复实施例46，但所述分散气流量增至5m3/hr，所述分散器喷嘴的内径增至5mm，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例48重复实施例47，但所述Co(OH)2进料速度增至12.5kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例49重复实施例47，但所述Co(OH)2进料速度增至15kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例50重复实施例47，但所述Co(OH)2进料速度增至17.5kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例51重复实施例47，但所述Co(OH)2进料速度增至20kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例52重复实施例47，但所述Co(OH)2进料速度增至21.05kg/hr，所述VTR的所有三个区的平均温度、加料器压力和分散压力示于下表16中。
实施例38-52的试验条件示于下表16中。
表16实施例进 料速度 分散气 工艺气 温度 温度 温度 产品温 加料器压力 分散压力 喷嘴(mm)(kg/hr) (m3/h) (m3/h) 1[℃] 2[℃] 3[℃] 度(℃) (mmH2O)(mmH2O)38 1.2 3 0.5 71471171412 651 616339 1.2 5 0.5 70470370713 701 1776 340 1.2 4 0.5 69669769813 701 1302 341 1.2 3.91 70370169913 701 1251 342 1.2 4 1.7 70370270113 701 1307 343 1.2 4 1 90090289917 - 1342 344 3 4 1 90390190325 15061418 345 5 4 1 90088590331 15961485 346 103 1 90088588825 31783044 347 105 1 87989390254 620 510548 12.5 5 1 89989989767 679 522549 155 1 90590090070 735 560550 17.5 5 1 90490090277 780 603551 205 1 85186289280 879 677552 21.05 5 1 87587889580 894 6485实施例38-52的试验结果示于下表17中。
表17实施例 钴％ S.A.m2/g38 72.4 11.239 72.5 12.240 72.8 12.641 72.6 11.942 72.3 12.543 72.6 3.944 72.9 4.145 73.1 3.946 73.2 4.747 735.348 73.1 649 72.9 4.750 73.1 5.851 72.7 6.852 72.8 6.2实施例40、43、47和51产品的分析结果示于下表18中。
表18实施例Co表面积微晶大小微晶大小CoOd10 d50d90[％] (m2/g) [220](nm) [311](nm) [％] (μ) (μ) (μ)4072.8 12.6 21 19 0 1 8.242.94372.6 3.9 63 69 0.40.9 16.8 49.147735.3 70 65 0.61 14.5 46.65172.7 6.8 49 48 0.40.9 8.845.2实施例38-52证明通过本发明可生产高质量的氧化钴粉末，纳米粒度的微晶和在8至20μm范围内的附聚物。
由氢氧化镍生产镍实施例53
用实施例38-52中所用反应器进行以下反应。
(反应8)所述Ni(OH)2原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy.(Kokkola，Finland)，NO1级，批号1034。此原料的d50粒度为约12.5μm。所述原料以3kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所述分散气体是以50l/min的速度供入的氮气，所述工艺气体是以1.0m3/hr的速度供入的氢气。所述分散喷嘴的内径为4mm。所述VTR的所有三个区的温度都控制在500℃。
实施例54重复实施例53，但所述VTR的所有三个区的温度都升至600℃。
实施例55重复实施例53，但所述VTR的所有三个区的温度都升至700℃。
实施例56重复实施例53，但所述VTR的所有三个区的温度都升至800℃。
实施例57重复实施例53，但所述VTR的所有三个区的温度都升至900℃。
实施例58重复实施例53，但所述VTR的所有三个区的温度都升至1000℃。
实施例59重复实施例55，但所述工艺气体的进料速度升至1.5m3/hr。
实施例60重复实施例54，但所述工艺气体的进料速度升至1.5m3/hr。
实施例61重复实施例53，但所述工艺气体的进料速度升至1.5m3/hr。
实施例62重复实施例53，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr。
实施例63重复实施例54，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr。
实施例64
重复实施例55，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr。
实施例65重复实施例63，但所述原料以10kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。
实施例66重复实施例63，但所述原料以15kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。
实施例67重复实施例63，但所述原料以20kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。
实施例68重复实施例65，但所述工艺气体的进料速度升至2.5m3/hr，所述分散气体是以1000l/min供入的氢气。实施例68证明使用高浓度的氢气并用氢气作为所述分散气产生氧浓度低的镍。
实施例53-68的试验条件示于下表19中。
表19实施例 原料 温度 进料速度 工艺气体 分散气体N2喷嘴尺寸(℃) (kg/hr) H2(m3/hr) (l/min) (mm)53 Ni(OH)25003 1.0 50 454 Ni(OH)26003 1.0 50 455 Ni(OH)27003 1.0 50 456 Ni(OH)28003 1.0 50 457 Ni(OH)29003 1.0 50 458 Ni(OH)21000 3 1.0 50 459 Ni(OH)27003 1.5 50 460 Ni(OH)26003 1.5 50 461 Ni(OH)25003 1.5 50 462 Ni(OH)25003 2.0 50 463 Ni(OH)26003 2.0 50 464 Ni(OH)27003 2.0 50 465 Ni(OH)260010 2.0 50 466 Ni(OH)260015 2.0 50 467 Ni(OH)260020 2.0 50 468 Ni(OH)260010 2.5 1000用H24实施例53-68的试验结果示于下表20中。
表20实施例 表面积FSSSd50 AD 碳 氧 N S(m2/g) (μ)(μ)(g/cc) (％)(％)(％)(ppm)53 71.40 2.20- 0.850.0 0.90- -54 - - - - 0.0 0.80- -55 - - - - 0.0 2.80- 50056 1.00 6.0037.7- 0.0 0.360.44170057 4.50 - - - 0.0 0.500.46140058 - - - - 0.0 0.630.50110059 - 4.4031.91.6 0.0 0.350.45250060 1.40 2.9035.41.2 0.0 0.790.58230061 - 2.8040.31.0 0.0 1.000.53200062 - - - - 0.0 1.10- -63 0.40 2.4034.71.1 0.0 40.84 0.55220064 - 4.6033.71.7 0.0 0.390.44160065 - - - - 0.1 ＞5 - -66 - - - - 0.2 ＞5 - -67 - - - - 0.1 ＞5 - -68 - 2.2035.21.5 0.0 0.95＜0.1 450实施例53-68证明本发明适用于氢氧化镍的分解和还原生产金属镍粉，更普遍地适用于金属氢氧化物的分解和还原生产金属细粉。
由碳酸镍生产镍实施例69用实施例38-68中所用反应器进行以下反应。
(反应9)所述NiCO3原料来自OMG Kokkola Chemicals Oy.(Kokkola，Finland)，N50(N53)级，批号1024。此原料的d50粒度为约14.0μm。所述原料以3kg/hr的速度供入所述立式移动反应器。所述分散气体是以30l/min的速度供入的氮气，所述工艺气体是以1.5m3/hr的速度供入的氢气。所述分散喷嘴的内径为4mm。所述VTR的所有三个区的温度都控制在500℃。
实施例70重复实施例69，但所述VTR的所有三个区的温度都升至600℃。
实施例71重复实施例69，但所述VTR的所有三个区的温度都升至700℃。
实施例72重复实施例69，但所述VTR的所有三个区的温度都升至800℃，所述工艺气体的进料速度降至1.0m3/hr。
实施例73重复实施例72，但所述VTR的所有三个区的温度都升至900℃。
实施例74重复实施例72，但所述VTR的所有三个区的温度都升至1000℃，所述分散气体的进料速度升至30l/min。
实施例75重复实施例69，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr，所述分散气体的进料速度升至50l/min。
实施例76重复实施例75，但所述工艺气体的进料速度升至2.5m3/hr。
实施例77重复实施例75，但所述VTR的所有三个区的温度都升至550℃，所述工艺气体的进料速度降至1.5m3/hr。
实施例78重复实施例77，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr。
实施例79重复实施例77，但所述工艺气体的进料速度升至2.5m3/hr，所述分散喷嘴的内径降至3mm。
实施例80重复实施例69，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr，所述分散喷嘴的内径降至3mm。
实施例81重复实施例80，但所述工艺气体的进料速度升至2.5m3/hr。
实施例82重复实施例81，但所述VTR的所有三个区的温度都升至550℃，所述工艺气体的进料速度降至1.5m3/hr。
实施例83重复实施例82，但所述工艺气体的进料速度升至2.0m3/hr。
实施例84重复实施例82，但所述工艺气体的进料速度升至2.5m3/hr。
实施例69-84的试验条件示于下表21中。
表21实施例原料 温度 进料速度 工艺气体分散气体N2喷嘴尺寸(℃) (kg/hr) H2(m3/hr) (l/min) (mm)69NiCO35003 1.5 30 470NiCO36003 1.5 30 471NiCO37003 1.5 30 472NiCO38003 1.0 30 473NiCO39003 1.0 30 474NiCO31000 3 1.0 30 475NiCO35003 2.0 50 476NiCO35003 2.5 50 477NiCO35503 1.5 50 478NiCO35503 2.0 50 479NiCO35503 2.5 50 380NiCO35003 2.0 30 381NiCO35003 2.5 30 382NiCO35503 1.5 30 383NiCO35503 2.0 30 384NiCO35503 2.5 30 3实施例69-84的试验结果示于下表22中。
表22实施例表面积 FSSS d50 AD 碳 氧N S(m2/g) (μ) (μ) (g/cc) (％) (％) (％) (ppm)697.502.20 20.6 0.8 0.1 1.20 0.35340701.703.50 17.3 1.2 0.0 0.32 0.30370711.402.40 18.9 1.2 0.0 0.26 0.39270721.004.20 26.3 1.1 0.0 0.40 0.32380730.804.80 41.6 0.9 0.0 0.66 0.29360740.50-- - 0.0 1.40 0.2726075- -- 0.95 0.1 0.77 1.4038076- -- - -3.90 1.90-77- -- - -2.20 2.50-786.503.00 - 0.95 0.1 0.36 0.56320794.303.10 - 0.95 0.1 0.61 1.00440801.50-- - 0.1 1.60 0.6813081- -- - -3.60 --823.8 318.5 0.81 0.0 0.59 - 120831.6 318.5 0.83 0.0 0.81 - 8084- 3.3 18.6 0.78 0.1 1.80 - -实施例69-84证明本发明适用于碳酸镍的分解和还原生产金属镍粉，更普遍地适用于金属碳酸盐的分解和还原生产金属细粉。
实施例69-84还证明可通过控制反应温度控制表面积。例如，实施例69的产品的扫描电子显微镜(SEM)的显微照片显示全部附聚物的直径为约15至20μm。所述附聚物由直径小于100nm的微晶组成。实施例74的产品的SEM显微照片显示全部附聚物的直径为约30μm。组成所述附聚物的微晶直径约1至1.5μm。
以下实施例85-87用购自Thermal Technology，Inc.(Santa Rosa，California)的Thermal Technology Model 1000-45180-FP60 AstroTM立式石墨管反应器进行。所述炉管长91.44cm，中心有45.72cm的热区。内径为8.89cm。颗粒加料器的出口与内径0.3175cm的不锈钢管相连，所述不锈钢管又与反应器顶部的水冷却的铜喷枪相连，末端在所述反应器的热区的顶部。为防止任何死空间，用一块石墨塞住所述水冷喷枪和内石墨管的间隙。所述石墨塞的端部在所述热区顶部喷枪端。稀氮气吹扫气流在所述喷枪和所述石墨塞之间进入所述管式反应器。
粒状原料在所述颗粒加料器的出口处被夹带在氩气中，所述分散体流入所述反应器炉管的热区。离开所述反应器的热区后，所述气体分散体流入由长29.85cm、内径16.51cm的水冷铝管组成的冷却区。此扩张区使颗粒的速度减慢并使之冷却。颗粒收集在冷却区出口处的不锈钢容器中。用3.00l/min的N2吹扫所述不锈钢容器继续冷却并防止进一步反应。所述容器的流出气流经过滤器以收集保留在所述气体中的任何残余粉末。
此快速加热反应器的操作与US5 110 565(前面已引入本文供参考)中所述的类似。
分析实施例85-87的产品确定其组成和表面积。通过X-射线衍射测量镍金属含量。氧含量通过ASTM E1019标准用LECO Corporation(St.Josephs，Michigan)制造的氧分析仪测量。表面积按ASTM D4567标准基于所述表面上的氮吸附通过BET测量。
由草酸镍生产镍金属粉末实施例85通过在管式炉中在流动的N2下加热至200℃±10℃并保持6小时，使20.24g二水合草酸镍(NiC2O4·2H2O)(来自AllChemie，Mt.Peasant，South Carolina)脱水。此热处理除去3.36g水，从而使后来进入所述热石墨反应器的水量减少。此部分脱水的粉末储存在标准真空干燥器中直至使用。
在所述立式石墨管反应炉的颗粒加料器中填充6.9g所述部分脱水的二水合草酸镍。在所述加料器的出口处使所述粉末被夹带在以3.76l/min流动的氩气流中。稀氮气吹扫气流在喷枪和石墨塞之间进入所述管式反应器。所述夹带颗粒以0.75g/min的速度流入已加热至1000℃温度的所述反应炉的热区。所述颗粒的停留时间为3.6秒。
通过X-射线衍射和LECO氧分析仪分析所收集粉末的组成。所述X-射线衍射证明存在的唯一结晶物质是镍金属，所述产品是镍金属细粉。所述BET测量表明所述镍粉的表面积为14m2/g。
该实施例表明通过本发明可使二水合草酸镍(NiC2O4·2H2O)在几秒钟内分解产生超细的镍金属粉末。
实施例86重复实施例85，但使8.9g与实施例85相同的部分脱水的二水合草酸镍反应成镍金属，所述夹带氩气流量为4.35l/min，所述稀氮气吹扫气流量为3.00l/min，炉温为500℃，颗粒停留时间为5.5秒。分析所收集的产品。X-射线衍射表明唯一的结晶产品是镍金属。所述BET测量表明所述镍粉的表面积为8.6m2/g。
实施例87重复实施例85，但使8.9g与实施例85相同的部分脱水的二水合草酸镍反应成镍金属，所述夹带氩气流量为4.35l/min，所述稀氮气吹扫气流量为1.50l/min，炉温为750℃，颗粒停留时间为5.5秒。
收集产品，通过X-射线衍射和BET分析。X-射线衍射表明唯一的结晶产品是镍金属。所述BET测量表明所述镍粉的表面积为2.1m2/g。
以下实施例88-103均用来自Theta Corporation(Port Washington，New York)的Theta Gravitronic VII热重分析仪(TGA)进行。所述TGA由长10.5cm、内径4.06cm的高温石墨炉、Cahn D-1000微量天平、及气体流量和温度控制装置组成。用铂丝将内径1.6cm、高2.54cm的圆筒形氧化铝坩埚自所述天平悬挂在所述炉的热区中。
分析实施例88-103的产品确定其组成和表面积。通过与实施例85-87相同的方法测量镍金属含量、氧含量、碳含量、和表面积。通过透射式电子显微镜(TEM)拍摄图像分析某些产品的粒度。
由草酸镍生产镍金属实施例88将1.54g二水合草酸镍(与实施例85相同，但未部分脱水)放在所述TGA的氧化铝坩埚中。使所述炉与环境气体隔绝，吹出空气。整个试验过程中保持0.5l/min的氩气流量以除去反应中产生的CO2。将所述炉以5℃/min加热至400℃，然后以30℃/min冷却至15℃。使试样在室温氩气下保持至少2小时以充分冷却。所述TGA显示质量损失为68％。此质量损失理论上相应于二水合草酸镍完全转化成镍金属。取出试样，通过X-射线衍射和BET分析。X-射线衍射显示唯一的结晶物质是镍金属。所述BET表面积为13m2/g。
该实施例表明通过本发明可在400℃下由二水合草酸镍分解合成镍金属。
实施例89重复实施例88，但使2.194g二水合草酸镍反应成镍金属。整个试验过程中保持0.5l/min的氩气流量。将所述炉以10℃/min加热至500℃，然后以30℃/min冷却至15℃。所述TGA显示质量损失为68％。这相应于完全转化成镍金属。取出试样并分析。X-射线衍射显示唯一的结晶物质是镍金属。LECO测量结果显示碳含量为0.19wt％，氧含量为1.73wt％。TEM图像表明粒径平均为200nm，由10nm的初级粒子组成。
该实施例证明通过本发明可由二水合草酸镍分解合成纳米粒度的镍初级粒子，这些粒子的剩余氧含量小于1.8wt％。
由草酸钴生产钴金属实施例90重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使2.2657g草酸钴反应形成钴金属。将所述炉以30℃/min加热至750℃。TGA显示质量损失为68％。这相应于完全转化成钴金属。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是钴金属。
由草酸锡生产锡金属实施例91重复实施例88，但在含10％H2的氩气流中使0.796g草酸锡反应形成锡金属。将所述炉以30℃/min加热至375℃。TGA显示质量损失为42％。这相应于所述草酸盐完全转化成所述金属。BET显示表面积为10m2/g(10nm)。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是锡金属。由草酸铅生产铅金属实施例92重复实施例88，但在0.5l/min的氩气中使1.6131g草酸铅反应形成铅金属。将所述炉以30℃/min加热至375℃。TGA显示质量损失为27％。这相应于所述草酸盐完全转化成所述金属。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是铅金属。
由碳酸镍生产镍金属实施例93重复实施例88，但在1.3l/min含10％H2的氩气流中使1.3054g碳酸镍反应形成镍金属。将所述炉以30℃/min加热至275℃。TGA天平显示质量损失为51％。这相应于所述碳酸盐完全转化成所述金属。BET显示表面积为2.4m2/g。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是镍金属。
由碳酸钴生产钴金属实施例94重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使1.6427g碳酸钴反应形成钴金属。将所述炉以30℃/min加热至900℃。TGA天平显示质量损失为50％。这相应于所述碳酸盐完全转化成所述金属。BET显示表面积为1.2m2/g。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是钴金属。
由氢氧化镍生产镍金属实施例95重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使1.5414g氢氧化镍反应形成镍金属。将所述炉以30℃/min加热至900℃。TGA天平显示质量损失为40％。这相应于所述氢氧化物完全转化成所述金属。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是镍金属。
由氢氧化钴生产钴金属实施例96重复实施例88，但在1.3l/min含5％H2的氩气流中使1.2908g氢氧化钴反应形成钴金属。将所述炉以30℃/min加热至575℃。TGA天平显示质量损失为39％。这相应于所述氢氧化物完全转化成所述金属。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是钴金属。
由四水合乙酸钴生产钴金属实施例97重复实施例88，但在2.3l/min含2％H2的氩气流中使1.973g四水合乙酸钴反应形成钴金属。将所述炉以30℃/min加热至400℃。TGA天平显示质量损失为74％。这相应于所述乙酸盐完全转化成钴金属。BET显示表面积为14m2/g。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是钴金属。
由草酸铈生产氧化铈(Ce7O12)实施例98重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使2.2847g九水合草酸铈反应形成氧化铈。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为51％。这相应于所述九水合草酸盐完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化铈。BET显示表面积为7.6m2/g。
由碳酸铈生产氧化铈(CeO2)实施例99重复实施例88，但在0.8l/min氩气流中使2.1834g五水合碳酸铈反应形成氧化铈。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为38％。这相应于所述五水合碳酸盐完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化铈。
由氢氧化铈生产氧化铈(CeO2)实施例100重复实施例88，但在0.8l/min氩气流中使2.4407g氢氧化铈反应形成氧化铈。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为6％。这相应于所述氢氧化物的33％完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化铈。
由草酸镧生产氧化镧(La2O3)实施例101重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使1.8693g水合草酸镧反应形成氧化镧。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为50％。这相应于所述六水合草酸盐完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化镧。BET显示表面积为2.2m2/g。
由草酸钕(Nd2(C2O4)3·16H2O)生产氧化钕(Nd2O3)实施例102重复实施例88，但在0.8l/min氩气流中使1.4360g水合草酸钕反应形成氧化钕。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为60％。这相应于所述草酸盐完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化钕。BET显示表面积为2.5m2/g。
由碳酸钕(Nd2(CO3)3·9H2O)生产氧化钕(Nd2O3)实施例103重复实施例88，但在0.8l/min含10％H2的氩气流中使2.1834g水合碳酸钕反应形成氧化钕。将所述炉以30℃/min加热至800℃。TGA天平显示质量损失为46％。此质量损失相应于所述草酸盐完全转化成所述氧化物。X-射线衍射显示存在的唯一结晶物质是氧化钕。
权利要求
1.一种使含金属的化合物转化成所述含金属化合物的所述金属或所述金属的氧化物的方法，包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属化合物的转化的高温，和使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属的化合物转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的氧化物的至少一种产物的停留时间。
2.权利要求1的方法，其中所述停留时间为约0.1至约60秒。
3.权利要求1的方法，其中所述转化是通过分解。
4.权利要求1的方法，其中所述转化是通过氧化。
5.权利要求1的方法，其中所述转化是通过还原。
6.权利要求1的方法，其中所述转化是通过基本上同时分解和还原。
7.权利要求1的方法，其中所述转化是通过基本上同时分解和氧化。
8.权利要求1的方法，其中所述停留时间为约0.1至约30秒。
9.权利要求1的方法，其中所述停留时间为约0.1至约10秒。
10.权利要求1的方法，其中所述加热速率为约100至约100000000℃/sec。
11.权利要求1的方法，其中所述加热速率为约1000至约1000000℃/sec。
12.权利要求1的方法，其中所述加热速率为约10000至约100000℃/sec。
13.一种使含金属的化合物转化成所述含金属化合物的所述金属或所述金属的氧化物的方法，包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属化合物的转化的高温；使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属化合物的一部分转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的氧化物的至少一种前体的停留时间；将所述前体加热至在热力学上有利于所述前体的转化的第二高温；和使所述前体保持在所述第二高温以使所述前体基本上全部转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的氧化物的至少一种产物。
14.一种使含金属的化合物转化成所述含金属化合物的所述金属或所述金属的氧化物的方法，包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属化合物的转化的高温；使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属的化合物转化成选自(i)所述金属和(ii)所述金属的前体氧化物的至少一种前体的停留时间；将所述金属或前体氧化物加热至在热力学上有利于所述金属或前体氧化物的转化的第二高温；和使所述金属或前体氧化物保持在所述第二高温以使所述金属或前体氧化物基本上全部转化成所述金属的氧化物。
15.一种使含金属的化合物转化成所述含金属化合物的所述金属的方法，包括以约100至约100000000℃/sec的速率将所述含金属的化合物加热至在热力学上有利于所述含金属化合物的转化的高温；使所述含金属的化合物在所述高温保持足以使所述含金属的化合物转化成至少一种前体含金属化合物的停留时间；将所述前体含金属化合物加热至在热力学上有利于所述前体含金属化合物的转化的第二高温；和使所述前体含金属化合物保持在所述第二高温以使所述前体含金属化合物转化成所述金属。
16.权利要求1的方法，其中所述含金属的化合物是选自第VIII族(Ni、Co、Fe)、第IVA族(Sn、Pb)、第IVB族(Hf)、第VB族(Ta)、第VIB族(Cr、W)及其组合的金属草酸盐，所述含金属化合物的加热在基本上非氧化气氛中进行。
17.权利要求16的方法，其中所述至少一种产物是选自镍、钴、铅和锡的金属。
18.权利要求17的方法，其中所述高温在约600和1300℃之间。
19.权利要求17的方法，其中所述停留时间为约0.1秒至约30分钟。
20.权利要求17的方法，其中所述停留时间为约0.1秒至约30秒。
21.权利要求17的方法，其中所述停留时间为约0.1秒至约10秒。
全文摘要
通过将含金属的化合物快速加热至促进转化的高温并使所述含金属的化合物在所述高温保持足以形成所述金属或金属氧化物的时间使含金属的化合物转化的方法是生产金属和金属氧化物的经济有效的方法。
文档编号B22F9/22GK1419482SQ01807110
公开日2003年5月21日 申请日期2001年2月22日 优先权日2000年2月22日
发明者S·邓麦德, A·W·韦纳, K·J·布克勒, J·A·约翰逊, K·J·卡佩尔 申请人:Omg美国公司, 大学技术公司