专利名称：球形氧化锆粉体的连续生产设备及其生产方法
技术领域：
本发明属于粉体合成领域，特别涉及一种采用分子薄层氨化法制备超细球形ZrO2粉体的连续生产设备及其生产方法。
背景技术：
ZrO2具有优良的力学性能、低的热导性和良好的抗热震性以及室温下的高硬度，很好的耐磨性等性质而在高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件和燃料电池等方面有着广泛的应用。又由于ZrO2表面具有弱酸弱碱双功能特性，因此在催化领域中占有重要地位。随着光子晶体的研究发展，ZrO2超细粉体因其具有高折射率及良好的稳定性，在三维带隙材料领域中有着广泛的应用前景。
关于ZrO2及其制备方法，有很多文献进行了报道，例如丛昱，梁东白在“液相沉淀法在有机溶剂中制备ZrO2超细粒子的研究”中利用ZrOCl2·8H2O中的结晶水将其溶解到无水乙醇中，在343K下通入氨水，产生沉淀，对沉淀处理后得到粒径为25nm的ZrO2颗粒。王零森等人在“一种制备纳米ZrO2粉末的新方法”以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂，在80℃蒸发除去水分，得到溶胶，在120℃将溶胶干燥形成凝胶，煅烧凝胶得到平均粒径为10nm的ZrO2·8％Y2O3粉末。张渊明等“ZrO2超细粒子的制备与表征”，在ZrOCl2溶液中加入氨水产生沉淀，然后以乙醇或水为分散剂，利用喷雾热解法得到ZrO2纳米颗粒，平均粒径10nm左右，而且分布较窄。杨传芳等人在“从溶剂萃取反向胶团合成优质ZrO2超细粉”中选择磷酸三丁酯(TBP)—煤油—盐酸的工业化萃取锆体系，确定了反向胶团溶液形成的条件，并以氨水为沉淀剂，使之与反向胶团溶液反应，将沉淀物洗涤、干燥、焙烧，得到粒径10nm左右的单分散ZrO2粉末。
上述文献主要披露了制备氧化锆以及对氧化锆粒度或分散性等性能的控制，但是由于方法本身存在的缺点和不足，并不能更好的解决问题。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种连续生产超细球形氧化锆粉体的生产设备。
本发明的再一目的是提供一种工艺流程简单，无污染排放的超细球形氧化锆(ZrO2)粉体的分子薄层氨化法的连续生产方法。
本发明的连续生产超细球形氧化锆粉体的生产设备包括氨气罐，大圆辊，小圆辊，加热器，气体收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精馏塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，产品收集器，原料槽；一安装在支架上的大圆辊的一侧有一个以上的安装在支架上的小圆辊，并且大圆辊与小圆辊相切；在大圆辊的另一侧圆辊边上有通过管路与乙醇罐相连通的乙醇喷射头；在大圆辊的上部，且在小圆辊与乙醇喷射头之间有安装在支架上的一个以上的加热器，在加热器的上方安装有气体收集器；在大圆辊的下方有一原料槽，且大圆辊的底部与原料槽中的原料液相接触，在原料槽的上部安装有真空泵；一产品收集器安装在乙醇罐一侧的大圆辊的下方，且产品收集器的侧壁伸入到大圆辊的下方；在产品收集器的上部安装有真空泵；一个以上的氨气喷射头通过管路分别与氨液回收罐相连通，且氨气喷射头穿过两个小圆辊之间的空隙与大圆辊接近；一气体收集器通过管路与吸收塔相连通，吸收塔通过管路与精馏塔相连通，精馏塔通过管路分别与乙醇回收罐和氨液回收罐相连通。
所述的乙醇喷射头与乙醇罐相连通的管路上安装有阀门。
所述产品收集器由一般储槽改制而成，储槽上部呈倒梯形。
所述的氨气喷射头与氨气罐相连通的管路上安装有阀门。
所述的气体收集器与吸收塔相连通的管路上安装有阀门及真空泵。
本发明采用连续生产超细球形氧化锆粉体的生产设备，连续生产超细球形氧化锆粉体的方法包括以下步骤(1).将质量浓度为0.5～5％的氧氯化锆乙醇溶液置于原料槽中；
所述原料槽顶部连有真空泵，防止氧氯化锆乙醇溶液中的乙醇挥发。
(2).开启气体收集器，开启大圆辊和小圆辊，开启氨气罐供氨气，开启加热器加热，开启接有乙醇喷射头的乙醇罐冲洗煅烧后的物料，开启产品收集器，储存产物，开启真空泵；所述大圆辊以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度顺时针旋转的同时与以相同速度逆时针旋转的小圆辊相切；氨气罐以0.5～1L/min总流量喷出氨气，氨气经各分支氨气喷射头喷向大小圆辊切点处的大圆辊上的氧氯化锆乙醇溶液，使氨气与氧氯化锆乙醇溶液反应；加热器升温至400～800℃，干燥大圆辊上的反应产物。
所述的大小圆辊相切形成的溶液薄层厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
所述的小圆辊、加热器、氨气喷射头均可部分开启。
所述的大小圆辊由普通钢制成，外层裹有铝箔，其直径可分别为Φ＝1.5m，Φ＝0.3m；气体收集器用来收集挥发出来的多余的氨气和乙醇，气体收集器通过吸收塔与精馏塔相接，用来分离氨气和乙醇，分离出来的氨气进入氨液回收罐，乙醇进入乙醇回收罐。
所述产品收集器由一般储槽改制而成，储槽上部呈倒梯形，储槽上部连有真空泵，使储槽内形成负压；由气体收集器收集的乙醇经管路去吸收塔。
本发明的方法是以氧氯化锆醇溶液为原料，与氨气直接反应得到氢氧化锆，在不同温度下，煅烧制备球形氧化锆超细粉体，其粒径在几个纳米到三十个纳米范围内调控，优选粒径范围为5～20nm，且具有良好的分散性。
本发明的优点在于1.本发明的设备属于分子薄层氨化法制备超细球形氧化锆粉体的相关设备，可获得超细球形单分散氧化锆颗粒。
2.本发明的方法可连续生产超细球形氧化锆粉体，所使用的原料低廉，工艺流程简单，操作容易，生产成本低，省时，效率高，通过对物质内循环实现污染零排放。
图1.本发明的连续生产超细球形氧化锆粉体的生产设备示意图。
图2.本发明实施例1中氧化锆颗粒的TEM图。
图3.本发明实施例2中氧化锆颗粒的TEM图。
附图标记1.氨气罐2.大圆辊3.小圆辊4.加热器5.气体收集器6.乙醇回收罐7.氨液回收罐8.精馏塔9.吸收塔10.真空泵 11.乙醇罐 12.产品收集器13.原料槽具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不受这些实例的限制。
实施例1请参见图1。一安装在金属支架上的由普通钢制成，外层裹有铝箔，其直径分别为Φ＝1.5m的大圆辊2和Φ＝0.3m的小圆辊3，且大圆辊2与小圆辊3相切；在大圆辊2的另一侧圆辊边上有通过管路与乙醇罐11相连通的乙醇喷射头，乙醇喷射头与乙醇罐11相连通的管路上安装有阀门；在大圆辊2的上部，且在小圆辊3与喷射头之间有安装在支架上的一个以上的加热器4，在加热器4的上方安装有气体收集器5；在大圆辊3的下方有一原料槽13，且大圆辊2的底部与原料槽13中的原料液相接触，在原料槽13的上部安装有真空泵10；一上部呈倒梯形的产品收集器12安装在乙醇罐11一侧的大圆辊2的下方，且产品收集器12的侧壁伸入到大圆辊2的下方；在产品收集器12的上部安装有真空泵10；一个以上的氨气喷射头通过管路分别与氨液回收罐7相连通，且氨气喷射头穿过两个小圆辊3之间的空隙与大圆辊2接近；氨气喷射头与氨气罐1相连通的管路上安装有阀门；一气体收集器5通过管路与真空泵10相连接，在其管路上安装有阀门，真空泵10通过管路与吸收塔9的底部相连通，吸收塔9的中上部通过管路与精馏塔8的中上部相连通，精馏塔8的顶部通过管路与氨液回收罐7的顶部相连通，精馏塔8的上部通过管路与乙醇回收罐6的顶部相连通。
采用上述设备连续生产超细球形氧化锆粉体(1).将质量浓度为1％的氧氯化锆乙醇溶液盛于原料槽13中；(2).开启气体收集器5，开启大圆辊2和小圆辊3，开启氨气罐1供氨气，开启加热器4加热，开启接有乙醇喷射头的乙醇罐11冲洗煅烧后的物料，开启产品收集器12，储存产物，开启真空泵10；大圆辊以4×10-3m/s的速度顺时针旋转的同时与以相同速度逆时针旋转的小圆辊相切；氨气罐以0.6L/min总流量喷出氨气，将氨气通过导流管输送到大小圆辊的相切处，氧氯化锆乙醇溶液薄层与氨气在相切处相遇发生反应，生成氢氧化锆微颗粒。
大圆辊上的氢氧化锆微颗粒随大圆辊转到加热器4处被煅烧，煅烧温度是500℃。
圆辊上的经煅烧后的产物随大圆辊转到乙醇喷射头处被乙醇冲洗，经冲洗后的氧化锆产品被产品收集器12收集。
经分析，氧化锆颗粒呈球形，基本无硬团聚，其粒度分布在5～15nm。
实施例2采用实施例1的设备。
(1).将质量浓度为1.5％的氧氯化锆乙醇溶液盛于原料槽13中；(2).开启气体收集器5，开启大圆辊2和小圆辊3，开启氨气罐1供氨气，开启加热器4加热，开启接有乙醇喷射头的乙醇罐11冲洗煅烧后的物料，开启产品收集器12，储存产物，开启真空泵10；大圆辊以3.80×10-3m/s的速度顺时针旋转的同时与以相同速度逆时针旋转的小圆辊相切；氨气罐以0.8L/min总流量喷出氨气，将氨气通过导流管输送到大小圆辊的相切处，氧氯化锆乙醇溶液薄层与氨气在相切处相遇发生反应，生成氢氧化锆微颗粒。
大圆辊上的氢氧化锆微颗粒随大圆辊转到加热器4处被煅烧，煅烧温度是600℃。
圆辊上的经煅烧后的产物随大圆辊转到乙醇喷射头处被乙醇冲洗，经冲洗后的氧化锆产品被产品收集器12收集。
经分析，氧化锆颗粒呈球形，基本无硬团聚，其粒度分布在15～25nm。
权利要求
1.一种连续生产超细球形氧化锆粉体的生产设备，包括氨气罐，大圆辊，小圆辊，加热器，气体收集器，乙醇回收罐，氨液回收罐，精馏塔，吸收塔，真空泵，乙醇罐，产品收集器，原料槽；其特征是一安装在支架上的大圆辊的一侧有一个以上的安装在支架上的小圆辊，并且大圆辊与小圆辊相切；在大圆辊的另一侧圆辊边上有通过管路与乙醇罐相连通的乙醇喷射头；在大圆辊的上部，且在小圆辊与乙醇喷射头之间有安装在支架上的一个以上的加热器，在加热器的上方安装有气体收集器；在大圆辊的下方有一原料槽，且大圆辊的底部与原料槽中的原料液相接触，在原料槽的上部安装有真空泵；一产品收集器安装在乙醇罐一侧的大圆辊的下方，且产品收集器的侧壁伸入到大圆辊的下方；在产品收集器的上部安装有真空泵；一个以上的氨气喷射头通过管路分别与氨液回收罐相连通，且氨气喷射头穿过两个小圆辊之间的空隙与大圆辊接近；一气体收集器通过管路与吸收塔相连通，吸收塔通过管路与精馏塔相连通，精馏塔通过管路分别与乙醇回收罐和氨液回收罐相连通。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是所述的乙醇喷射头与乙醇罐相连通的管路上安装有阀门。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是所述的产品收集器的上部呈倒梯形。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是所述的氨气喷射头与氨气罐相连通的管路上安装有阀门。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征是所述的气体收集器与吸收塔相连通的管路上安装有阀门及真空泵。
6.一种采用权利要求1～5任一项所述的设备进行连续生产超细球形氧化锆粉体的方法，其特征是，该方法包括以下步骤(1).将质量浓度为0.5～5％的氧氯化锆乙醇溶液置于原料槽中；(2).开启气体收集器，开启大圆辊和小圆辊，开启氨气罐供氨气，开启加热器加热，开启接有乙醇喷射头的乙醇罐冲洗煅烧后的物料，开启产品收集器，储存产物，开启真空泵；所述大圆辊以2.5×10-4～5×10-3m/s的速度顺时针旋转的同时与以相同速度逆时针旋转的小圆辊相切，氨气罐以0.5～1L/min总流量喷出氨气，氨气经各分支氨气喷射头喷向大小圆辊切点处的大圆辊上的氧氯化锆乙醇溶液，使氨气与氧氯化锆乙醇溶液反应；加热器升温至400～800℃，干燥大圆辊上的反应产物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述的大小圆辊相切形成的溶液薄层厚度是1.0×10-7m～5.0×10-5m。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述的小圆辊可部分开启。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述的加热器可部分开启。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征是所述的氨气喷射头可部分开启。
全文摘要
本发明涉及采用分子薄层氨化法制备超细球形ZrO
文档编号C01G25/02GK101074114SQ20061008142
公开日2007年11月21日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者唐清, 季清荣, 杨玮娇, 李钒, 安震涛 申请人:中国科学院过程工程研究所