专利名称：一种高纯纳米金属超微粉的生产设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于纳米金属粉体材料制备技术领域，尤其是涉及一种高纯纳米金属
超微粉的生产设备。
背景技术：
近几年来，随着新材料领域的飞速发展，纳米金属超微粉需求急剧增长，相应对纳米金属超微粉的质量和性能要求也日趋提高。以钼为例，其金属及合金材料具有熔点高、硬度高、强度大、耐磨性和导热导电性好、膨胀系数小、耐蚀性能好等特点，被广泛地应用于电子、化工、冶金、国防及航空航天工业等技术领域，具有代表性的如液晶显示透明导电层、太阳能电池、玻璃绝热涂层、金属和非金属装饰涂层、表面超硬耐磨涂层、耐腐蚀涂层等。[0003] 上述超微钼粉的制备方法主要有以下三种第一、用仲钼酸铵活化还原法，该方法以添加某些氯化铵的仲钼酸铵为原料，在低温下经一次纯氢还原制成超细钼粉。与传统方法相比，其工艺较简单，还原温度低，比传统工艺降低约200 300°C。获得的钼粉，其平均粒度为O. liim，且粉末具有良好的烧结性能。由于氯化物利用氢进行还原反应，炉内会产生有毒的氯气、氯化氢，所以还存在生产装置的腐蚀、泄漏等高昂设备的问题。第二、采用纳米三氧化钼纤维为原料，在氢气气氛下还原，获得超细金属钼粉。第三、采用纳米级八钼酸按为原料，在封闭环境下进行两次氢气逆向还原反应，通过控制第一次还原、第二次还原的炉温和氢气流量，制备出的纳米级钼粉呈紫色，其粒径在55 92nm，纯度均在99. 80%以上。[0004] 由于使用纳米材料为原材料，氢作为还原气体，因而现有的上述三种生产方法均是高成本的生产方法。 综上所述，现有生产纳米金属超微粉的方法，都必须使用纳米材料为原料，使用氢作为还原气体，因而不仅原料受到限制，而且生产成本高。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其结构设计合理、适用原料广泛且生产流程短、生产效率高，可实现连续工业化生产。 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于包括对被处理原料进行输送和预处理的原料输送及预处理装置、设置在原料输送及预处理装置内部且将原料经预处理后得到的金属氧化物雾化成金属氧化物液雾的超音速喷嘴、进料口与原料输送及预处理装置的出料口相接且能将所述金属氧化物液雾高温还原反应成球形纳米金属超微粉的高温液雾燃烧快速还原器、对所述球形纳米金属超微粉进行快速冷凝并能有效防止所生成球形纳米金属超微粉进一步发生氧化的惰性气体快速冷凝装置、与惰性气体快速冷凝装置出料口相接的多级金属超微粉分级装置和多个分别布设在所述多级金属超微粉分级装置下方且与所述多级金属超微粉分级装置下方出料口相接的粉体收集装置，所述惰性气体快速冷凝装置为进料口与高温液雾燃烧快速还原器的出料口相接且内部装有惰性气体的反应容器；所述原料输送及预处理装置、高温液雾燃烧快速还原器、惰性气体快速冷凝装置和所述多级金属超微粉分级装置内部依次连通组成对被处理原料进行处理的生产流通通道，且所述生产流通通道尾部连接有与其内部相通的引风机，原料输送及预处理装置的进料口与氧气瓶相接，超音速喷嘴与空气压縮机相接；所述高温液雾燃烧快速还原器为通过管道与还原气氛气源相接的反应容器，且高温液雾燃烧快速还原器上对应开有还原气氛进口； 所述被处理原料为金属丝和/或金属粉体，所述原料输送及预处理装置相应为对
单独输入的金属丝进行输送及预处理的原料输送及预处理装置一、对单独输入的金属粉体
进行输送及预处理的原料输送及预处理装置二以及对同时输入的金属丝和金属粉体进行
输送及预处理的原料输送及预处理装置三；所述原料输送及预处理装置一为带有金属丝输
入装置且能对所输入金属丝进行电弧熔化的电弧设备，高温液雾燃烧快速还原器的进料口
与所述电弧设备的出料口相接；所述原料输送及预处理装置二包括送粉装置，高温液雾燃
烧快速还原器的进料口与所述送粉装置的出料口相接；所述原料输送及预处理装置三包括
带有金属丝输入装置且能对同时输入金属丝和金属粉末进行电弧熔化的电弧设备，所述电
弧设备的进料口处设置有送粉装置；所述电弧设备与直流电弧电源相接。 所述高温液雾燃烧快速还原器包括带有前堵头且后端部为敞口的外部壳体，所述
前堵头上开有供所述金属氧化物液雾通入的进料开口 、多个还原气氛进口和多个二次供氧
进口 ；所述氧气瓶所提供的氧气通过进料开口进入高温液雾燃烧快速还原器；所述外部壳
体内部设置有水冷却管道且其侧壁上对应开有与所述水冷却管道相接的冷却水进口和冷
却水出口 ；进料开口与原料输送及预处理装置的出料口相接，外部壳体的后端部敞口与惰
性气体快速冷凝装置内部相通。 所述外部壳体为圆柱状壳体，前堵头为圆形，进料开口设置在前堵头中心处，多个还原气氛进口沿圆周方向均匀布设在进料开口外侧，多个二次供氧进口沿圆周方向均匀布设在所述多个还原气氛进口外侧；所述多个还原气氛进口上均装有还原气氛喷射嘴，多个二次供氧进口上均装有二次氧喷射嘴。 所述原料输送及预处理装置、高温液雾燃烧快速还原器和惰性气体快速冷凝装置组装为一体且三者同轴设置。 所述原料输送及预处理装置和高温液雾燃烧快速还原器均为圆柱形结构且二者
的外径相同；所述原料输送及预处理装置和高温液雾燃烧快速还原器安装为一体后从惰性
气体快速冷凝装置的进料口穿入惰性气体快速冷凝装置内部，且惰性气体快速冷凝装置的
进料口与原料输送及预处理装置或高温液雾燃烧快速还原器的侧壁间密封连接。 所述多级金属超微粉分级装置包括依次与惰性气体快速冷凝装置出料口相接的
三级高压静电分级装置。 所述外部壳体和前堵头间通过密封环进行密封连接，外部壳体为圆柱状壳体且其
由外套和套装在外套内部的内套组成。 本实用新型与现有技术相比具有以下优点 1、结构设计合理、使用原料广泛、生产效率高、成本低，所生成金属超微粉粒径可控，具体为10纳米 1微米粒径的金属超微粉。 2、粉体纯度等同于高纯原料自身纯度，制备过程中不会引入杂质，粉体保持了原来的金属相。 3、生产流程短且生产效率高，可实现连续工业化生产。 4、使用原料广泛、适用范围广且可产业化生产，能适用于多种类金属及合金、氧化物纳米超微粉的生产制备。 综上所述，本发明设计合理、使用原料广泛、生产效率高、成本低，能有效解决现有
生产纳米金属超微粉的设备及方法所存在的多种缺陷和不足。 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型高温液雾燃烧快速还原器的结构示意图。[0024]图3为图2的右视图。图4为采用本实用新型生产高纯纳米金属超微粉的生产工艺流程[0026]图5为本实用新型对所输入金属丝进行电弧熔化时的工作原理图[0027]图6为本实用新型进行电弧熔化时的燃烧温度分布图。[0028]附图标记说明1-原料输送及预处理装1-1-导电嘴；l-2-导电块；置；2-送丝滚轮； 3-超音速喷嘴；4_高温液雾燃烧快速还原器；4-l-外部壳体； 4-ll-外套；4-12-内套；4-2-前堵头； 4-3-进料开口 ；4-4-还原气氛进口 ；4-5- 二次供氧进口 ； 4-6-冷却水进口;4-7-冷却水出口 ；4-8-密封环；4-9-送粉通道；5_高温反应炉；6-引风机； 8-氧气瓶；9_空气压縮机；10-高压静电分级装置；ll-粉体收集装置；13-直流电弧电源。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括对被处理原料进行输送和预处理的原料输送及预处理装置1、设置在原料输送及预处理装置1内部且将原料经预处理后得到的金属氧化物雾化成金属氧化物液雾的超音速喷嘴3、进料口与原料输送及预处理装置1的出料口相接且能将所述金属氧化物液雾高温还原反应成球形纳米金属超微粉的高温液雾燃烧快速还原器4、对所述球形纳米金属超微粉进行快速冷凝并能有效防止所生成球形纳米金属超微粉进一步发生氧化的惰性气体快速冷凝装置5、与惰性气体快速冷凝装置5出料口相接的多级金属超微粉分级装置和多个分别布设在所述多级金属超微粉分级装置下方且与所述多级金属超微粉分级装置下方出料口相接的粉体收集装置ll，所述惰性气体快速冷凝装置5为进料口与高温液雾燃烧快速还原器4的出料口相接且内部装有惰性气体的反应容器。所述原料输送及预处理装置1、高温液雾燃烧快速还原器4、惰性气体快速冷凝装置5和所述多级金属超微粉分级装置内部依次连通组成对被处理原料进行处理的生产流通通道，且所述生产流通通道尾部连接有与其内部相通的引风机6，原料输送及预处理装置1的进料口 与氧气瓶8相接，超音速喷嘴3与空气压縮机9相接。所述高温液雾燃烧快速还原器4为 通过管道与还原气氛气源相接的反应容器，且高温液雾燃烧快速还原器4上对应开有还原 气氛进口 4-4。 所述被处理原料为金属丝和/或金属粉体，所述原料输送及预处理装置1相应为 对单独输入的金属丝进行输送及预处理的原料输送及预处理装置一、对单独输入的金属粉 体进行输送及预处理的原料输送及预处理装置二以及对同时输入的金属丝和金属粉体进 行输送及预处理的原料输送及预处理装置三。所述原料输送及预处理装置一为带有金属丝 输入装置且能对所输入金属丝进行电弧熔化的电弧设备，高温液雾燃烧快速还原器4的进 料口与所述电弧设备的出料口相接。所述原料输送及预处理装置二包括送粉装置，高温液 雾燃烧快速还原器4的进料口与所述送粉装置的出料口相接。所述原料输送及预处理装置 三包括带有金属丝输入装置且能对同时输入金属丝和金属粉末进行电弧熔化的电弧设备， 所述电弧设备的进料口处设置有送粉装置；所述电弧设备与直流电弧电源13相接。 结合图2、图3，所述高温液雾燃烧快速还原器4包括带有前堵头4-2且后端部为 敞口的外部壳体4-l，所述前堵头4-2上开有供所述金属氧化物液雾通入的进料开口 4-3、 多个还原气氛进口 4-4和多个二次供氧进口 4-5。所述氧气瓶8所提供的氧气通过进料开 口 4-3进入高温液雾燃烧快速还原器4。所述外部壳体4-l内部设置有水冷却管道且其侧 壁上对应开有与所述水冷却管道相接的冷却水进口 4-6和冷却水出口 4-7。所述进料开口 4-3与原料输送及预处理装置1的出料口相接，外部壳体4-l的后端部敞口与惰性气体快速 冷凝装置5内部相通。所述外部壳体4-1为圆柱状壳体，前堵头4-2为圆形，进料开口 4-3 设置在前堵头4-2中心处，多个还原气氛进口 4-4沿圆周方向均匀布设在进料开口 4-3外 侧，多个二次供氧进口 4-5沿圆周方向均匀布设在所述多个还原气氛进口 4-4外侧。所述 多个还原气氛进口 4-4上均装有还原气氛喷射嘴，多个二次供氧进口 4-5上均装有二次氧 喷射嘴。所述外部壳体4-1和前堵头4-2间通过密封环4-8进行密封连接，外部壳体4-1 为圆柱状壳体且其由外套4-11和套装在外套4-11内部的内套4-12组成。 结合图5、图6，本实施例中，所述电弧设备为电弧枪，所述送丝装置为与电弧枪配 合使用的送丝滚轮2。所述电弧枪内部设置有导电嘴l和设置在导电嘴l-l外部且与直流 电弧电源13相接的导电块1-2。 如图4所示，利用本实用新型生产高纯纳米金属超微粉时，包括以下步骤 步骤一、原料输送及预处理当所输入被处理原料为金属丝时，采用所述电弧设备 对通过送丝装置送入的被处理金属丝进行电弧熔化；当所输入被处理原料为金属丝和金属 粉末时，采用所述电弧设备对通过送丝装置和送粉装置送入的被处理金属丝和金属粉末同 时进行电弧熔化；进行电弧熔化时，所述直流电弧电源13的输出电压为26-36V且其输出电 流为20-400A ;在对所送入金属丝或金属丝和金属粉末进行电弧熔化的同时，在氧气瓶8所 提供氧气的作用下，电弧熔化后所生成的金属熔融物在原料输送及预处理装置1内部发生 高温氧化反应，并对应生成金属氧化物。所述26-36V的输出电压分别为26V、28V、30V、32V、 34V和36V六档。 当所输入被处理原料为金属粉末时，采用所述送粉装置且以烃类燃料为气源进行 送粉，且送粉之前应将对所述烃类燃料点燃；在氧气瓶8所提供氧气的作用下，点燃后的金属粉体在原料输送及预处理装置1内部发生高温氧化反应，并对应生成金属氧化物。[0046] 步骤二、金属氧化物雾化及输送步骤一中在生成金属氧化物的同时，通过超音速喷嘴3所产生的超音速气流将所生成的金属氧化物雾化成金属氧化物液雾，并且所生成的金属氧化物液雾在超音速喷嘴3所送入超音速气流的作用下被送入高温液雾燃烧快速还原器4。 步骤三、高温快速还原反应及所生成球形纳米金属超微粉的输送所述金属氧化物液雾连同超音速气流和氧气瓶8所提供的高压氧气被送入高温液雾燃烧快速还原器4内部后，相应在内部为还原气氛下的高温液雾燃烧快速还原器4内进行高温还原反应，并生成粒径可控的球形纳米金属超微粉；所生成的球形纳米金属超微粉，在超音速喷嘴3所产生超音速气流的作用下被送入惰性气体快速冷凝装置5。并且，所述高温液雾燃烧快速还原器4上对应开有与二次供氧气源相接的二次供氧进口 4-5。 步骤四、快速冷凝所述球形纳米金属超微粉被送入惰性气体快速冷凝装置5后，
通过惰性气体快速冷凝装置5内部充斥的惰性气体进行所述球形纳米金属超微粉进行快
速冷凝，同时所述惰性气体能有效防止所述球形纳米金属超微粉发生二次氧化。 步骤五、粉体分级与收集通过所述多级金属超微粉分级装置依次对经快速冷凝
后的纳米金属超微粉进行多次分级，且相应通过多个粉体收集装置11相应分别收集多个
粒径级别的球形纳米金属超微粉；进行粉体分级与收集过程中，在所述生产流通通道头部
超音速喷嘴3所产生的超音速气流和尾部所设置引风机6的共同作用下完成整个粉体分级
与收集过程。 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于包括对被处理原料进行输送和预处理的原料输送及预处理装置(1)、设置在原料输送及预处理装置(1)内部且将原料经预处理后得到的金属氧化物雾化成金属氧化物液雾的超音速喷嘴(3)、进料口与原料输送及预处理装置(1)的出料口相接且能将所述金属氧化物液雾高温还原反应成球形纳米金属超微粉的高温液雾燃烧快速还原器(4)、对所述球形纳米金属超微粉进行快速冷凝并能有效防止所生成球形纳米金属超微粉进一步发生氧化的惰性气体快速冷凝装置(5)、与惰性气体快速冷凝装置(5)出料口相接的多级金属超微粉分级装置和多个分别布设在所述多级金属超微粉分级装置下方且与所述多级金属超微粉分级装置下方出料口相接的粉体收集装置(11)，所述惰性气体快速冷凝装置(5)为进料口与高温液雾燃烧快速还原器(4)的出料口相接且内部装有惰性气体的反应容器；所述原料输送及预处理装置(1)、高温液雾燃烧快速还原器(4)、惰性气体快速冷凝装置(5)和所述多级金属超微粉分级装置内部依次连通组成对被处理原料进行处理的生产流通通道，且所述生产流通通道尾部连接有与其内部相通的引风机(6)，原料输送及预处理装置(1)的进料口与氧气瓶(8)相接，超音速喷嘴(3)与空气压缩机(9)相接；所述高温液雾燃烧快速还原器(4)为通过管道与还原气氛气源相接的反应容器，且高温液雾燃烧快速还原器(4)上对应开有还原气氛进口(4-4)；所述被处理原料为金属丝和/或金属粉体，所述原料输送及预处理装置(1)相应为对单独输入的金属丝进行输送及预处理的原料输送及预处理装置一、对单独输入的金属粉体进行输送及预处理的原料输送及预处理装置二以及对同时输入的金属丝和金属粉体进行输送及预处理的原料输送及预处理装置三；所述原料输送及预处理装置一为带有金属丝输入装置且能对所输入金属丝进行电弧熔化的电弧设备，高温液雾燃烧快速还原器(4)的进料口与所述电弧设备的出料口相接；所述原料输送及预处理装置二包括送粉装置，高温液雾燃烧快速还原器(4)的进料口与所述送粉装置的出料口相接；所述原料输送及预处理装置三包括带有金属丝输入装置且能对同时输入金属丝和金属粉末进行电弧熔化的电弧设备，所述电弧设备的进料口处设置有送粉装置；所述电弧设备与直流电弧电源(13)相接。
2. 按照权利要求1所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所述高 温液雾燃烧快速还原器(4)包括带有前堵头(4-2)且后端部为敞口的外部壳体(4-1)，所 述前堵头(4-2)上开有供所述金属氧化物液雾通入的进料开口 (4-3)、多个还原气氛进口 (4-4)和多个二次供氧进口 (4-5);所述氧气瓶(8)所提供的氧气通过进料开口 (4-3)进入 高温液雾燃烧快速还原器(4);所述外部壳体(4-1)内部设置有水冷却管道且其侧壁上对 应开有与所述水冷却管道相接的冷却水进口 (4-6)和冷却水出口 (4-7);进料开口 (4-3) 与原料输送及预处理装置(1)的出料口相接，外部壳体(4-1)的后端部敞口与惰性气体快 速冷凝装置(5)内部相通。
3. 按照权利要求2所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所述外 部壳体(4-1)为圆柱状壳体，前堵头(4-2)为圆形，进料开口 (4-3)设置在前堵头(4-2)中 心处，多个还原气氛进口 (4-4)沿圆周方向均匀布设在进料开口 (4-3)外侧，多个二次供氧 进口 (4-5)沿圆周方向均匀布设在所述多个还原气氛进口 (4-4)外侧；所述多个还原气氛 进口 (4-4)上均装有还原气氛喷射嘴，多个二次供氧进口 (4-5)上均装有二次氧喷射嘴。
4. 按照权利要求2或3所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所 述原料输送及预处理装置(1)、高温液雾燃烧快速还原器(4)和惰性气体快速冷凝装置(5)组装为一体且三者同轴设置。
5. 按照权利要求4所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所述原料输送及预处理装置(1)和高温液雾燃烧快速还原器(4)均为圆柱形结构且二者的外径相同；所述原料输送及预处理装置(1)和高温液雾燃烧快速还原器(4)安装为一体后从惰性气体快速冷凝装置(5)的进料口穿入惰性气体快速冷凝装置(5)内部，且惰性气体快速冷凝装置(5)的进料口与原料输送及预处理装置(1)或高温液雾燃烧快速还原器(4)的侧壁间密封连接。
6. 按照权利要求1、2或3所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所述多级金属超微粉分级装置包括依次与惰性气体快速冷凝装置(5)出料口相接的三级高压静电分级装置(10)。
7. 按照权利要求2所述的一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，其特征在于所述外部壳体(4-1)和前堵头(4-2)间通过密封(4-8)进行密封连接，外部壳体(4-1)为圆柱状壳体且其由外套(4-11)和套装在外套(4-11)内部的内套(4-12)组成。
专利摘要本实用新型公开了一种高纯纳米金属超微粉的生产设备，包括原料输送及预处理装置、超音速喷嘴、高温液雾燃烧快速还原器、惰性气体快速冷凝装置、多级金属超微粉分级装置和粉体收集装置，原料输送及预处理装置、高温液雾燃烧快速还原器、惰性气体快速冷凝装置和多级金属超微粉分级装置内部依次连通组成对被处理原料进行处理的生产流通通道，且生产流通通道尾部连接有与其内部相通的引风机。本实用新型设计合理，适用原料广泛，其结合高压富氧直接氧化燃烧并生成金属液雾，再由烃类燃料形成高温还原气氛，最终生成球形纳米金属超微粉，生产流程短且生产效率高，可实现连续工业化生产。
文档编号B22F9/26GK201529772SQ20092024549
公开日2010年7月21日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者杨俊武, 杨继东, 武婷, 贾兰惠 申请人:西安慧维纳米金属材料有限公司