专利名称：喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及粉末冶金技术领域，特别涉及纳米粉体材料技术领域内一种喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置。
背景技术：
常见的纳米金属氧化物的制备方法有溶胶凝胶法(CN1290572A)、喷雾热分解法、气相反应法(CN1283591A)和醇盐分解法等多种方法。但在报道有关喷雾热分解法制备纳米金属氧化物的文献中大多为实验室装置或由喷雾干燥装置引伸而来。例如《稀土》杂志1999年第19卷第6期报道，“用喷雾反应法制备实心球形氧化铈超细粉末”和《高等学校化学学报》1998年第19卷第4期报道的“喷雾热分解制备稀土超细粉末一氧化钇”，其喷雾装置由空压机、雾化器、水蒸气发生器和内径为40mm，长500～1000mm的石英玻璃管组成，实为实验装置。还有CN1290572A专利“一种制备纳米材料的喷射共沉淀装置及方法，其装置由三角瓶、气瓶、玻璃管等组成，同为一种实验装置。还有将喷雾干燥装置改造成热分解装置的，但不论是引进的还是自制的，大多为向下喷雾，即为自由降落式，导致设备高(≥18m)大(直径≥12m)，需建特殊厂房和操作平台，很不方便。化学沉淀法虽然也是其中的一种制备纳米金属氧化物的方法，但其缺点是需要沉淀剂、高温煅烧和球磨破碎等工序，不仅对环境有污染，对粉末形状和纯度都有很大影响。因此，在此背景下开发设计了一种立式向上喷雾加热分解制备纳米金属氧化物装置。
发明内容
本实用新型发明的目的在于为喷雾干燥与热分解法制备纳米金属氧化物粉体材料提供专业化和规模化的生产设施，是一种完全不同于化学法和传统的喷雾法的装置，采取立式由底向上喷雾，实现喷雾装置小型化，仅为自由降落式喷雾装置高度的三分之一，重要的还在于控制雾化效果为云雾状而非泪滴状，以利于快速分解完全和干燥，实现过程可控的能制备高纯度、均匀性好、基本成球形的纳米粉末。
实现上述目的的技术方案是设计的这种立式向上喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置，要求结构简单，其组成特征分固定式安装和活动式安装，主要由雾化系统、加热分解与干燥系统和施风分级与收尘系统三大部分构成。操作简单，其特征主要在活动式安装部分，即雾化喷嘴、溶液桶、燃料罐和加热器等部件和设施的安装调整迅速，不需建特殊操作平台。
本实用新型装置的技术内容还包括，雾化系统是由空压机(1)，用管道连接雾化喷嘴(2)和溶液桶(3)构成；雾化系统中的核心部件是雾化喷嘴，采用环缝式分内外喷嘴结构，可快速更换内喷嘴，改变雾化交角；加热与干燥系统是由燃料罐(4)连接加热器(5)，构成热原装置；雾化桶(6)的上锥部分与管道(9)连接并部分置入加热炉(8)中，并在雾化桶的上端装有温度测试器(7)。该系统中加热器(5)和雾化桶(6)及管道(9)是其主要部件，加热器(5)的结构是喷枪式。雾化桶(6)采取上下带锥度的圆筒形，中间为圆筒形设计，上小圆锥接管道(9)，下锥为开口直径大于1m，并在其底部成轴对称的位置上设计A、B两个加热器安装点，雾化桶有足够的内径和高度，管道(9)的设计有足够的直径和长度，且将置于炉内部分以蛇形安装；旋风分级与收尘系统是由从加热炉(8)中出来的管道(9)连接分级机(10)，并用管道连接引风机(11)组成，其各分级筒底带锥并装有卸料阀门，这种立式向上喷雾装置操作安全简单。如果改变加热器的安装位置，即属于喷雾干燥装置。该装置的最大效果是，粉末是在飞行过程中完成分解与干燥和分级，不会因温度高而出现晶粒长大。
本附图为喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置的平面布置示意图，图中(1)为空压机示意图，图中(2)为雾化喷嘴示意图，结构为环缝式，由内外喷嘴组成，图中(3)为盛装溶液桶示意图，为带盖的圆桶形结构，图中(4)为钢制燃料罐示意图，图中(5)为加热器示意图，图中(6)为雾化桶的剖面示意图，采用上下圆锥形、中间圆筒形设计，上小锥开口接管道(9)，下锥开口直径≥1m，在底部设计有成轴对称的加热器(5)的安装位置A、B两点，图中(7)是温度测试器示意图，图中(8)为加热炉示意图，图中(9)为管道示意图(需特制)，图中(10)为旋风分级机示意图，图中(11)是引风机示意图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型装置的具体实施方式
加以说明本实用新型主要为制备纳米金属氧化物而设计，附图中除雾化喷嘴(2)、溶液桶(3)、燃料罐(4)和加热器(5)为活动式安装外，其余均为永久固定式安装。因此，在实施喷雾作业时，如在制备氧化钇纳米粉末时，将预先制备好的Y(NO3)3·6H2O水溶液，装入溶液桶(3)中，盖好桶盖，并安装好雾化喷嘴(2)和加热器(5)，在实施喷雾操作时，应先起动引风机(11)，开启加热器(5)和设置加热炉(8)中的温度，并调节加热器(5)的燃烧温度。温度的调节依燃烧物不同而不同，观察当雾化桶(6)内温度升至≥900℃时，开启空压机并调节雾化喷嘴(2)所需的雾化压力，同时缓慢打开通往溶液桶(3)中的空气阀门，调整压力使溶液压出，由雾化喷嘴(2)雾化，即开始了正常的喷雾干燥与热分解生产。
需要说明的是在使用本装置进行喷雾干燥作业时，需将加热器(5)安装在雾化桶(6)底部的A、B两处。
权利要求1.一种喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置，主要包括雾化系统空压机(1)、雾化喷嘴(2)和溶液桶(3)，加热分解与干燥系统是燃料罐(4)、加热器(5)，雾化桶(6)、温度测试器(7)、加热炉(8)和管道(9)，分级与收尘系统是分级机(10)和引风机(11)，其特征是空压机(1)的管道连通雾化喷嘴(2)和溶液桶(3)构成雾化系统，燃料罐(4)用管道连通加热器(5)，构成加热分解的热源装置，雾化桶(6)与管道(9)连接，并将部分管道(9)置入加热炉(8)中构成加热分解与干燥系统，从加热炉(8)中出来的管道(9)连接分级机(10)，分级机(10)用管道与引风机(11)连接，构成分级与收尘系统。
2.根据权利要求1所述的喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置，其特征是雾化系统是在雾化喷嘴(2)的连接管路上用三通将空压机(1)与溶液桶(3)连接起来，并在连接管路上装有阀门和压力表，雾化喷嘴(2)的附加技术特征是，由内外喷嘴组成，可调整雾化角度，溶液桶(3)的附加技术特征是，分桶和盖，并在盖上装雾化喷嘴(2)，桶上装有压力表。
3.根据权利要求1所述的喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置，其特征是加热分解与干燥系统是用三通和软管连接燃料罐(4)和加热器(5)，并在管路上装有流量计，构成热源装置，加热器(5)的附加技术特征是，可燃烧氧乙炔气、氢氧气、燃油和煤气等，在雾化桶(6)上装有温度测试器(7)，并与管道(9)连接，其延伸的部分管道(9)以蛇形安装于加热炉(8)中，雾化桶(6)的附加技术特征为上下带锥度的圆筒形，上小锥接管道(9)，底部大锥直径≥1m，并成轴对称的设置有A、B两个夹具点，成立式由底向上喷雾，管道(9)属特制，附加技术特征是具有足够的长度和内径。
4.根据权利要求1或3所述喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置，其特征是分级与收尘系统是从加热炉(8)中出来的管道(9)与分级机(10)连接，分级机(10)引出的管道再与引风机(11)连接，其中分级机(10)的附加技术特征是，分三级分级与收尘，每级带锥并装有卸料阀门。
专利摘要本实用新型公布了一种喷雾干燥加热分解制备纳米金属氧化物装置。设计方案为立式向上喷雾，结构分固定式安装和活动式安装两部分，由三个系统组成。其中空压机与雾化喷嘴和溶液桶连接组成雾化系统，燃料罐连接加热器为热源装置，同时雾化桶用特制管道连接并部分置于加热炉中组成热解与干燥系统，分级机与引风机连接组成分级与收尘系统。该装置解决了自由降落式装置的雾化效果不良和分解不完全的问题，按照本装置说明，可将硝酸盐、氯化盐等盐类金属水溶液进行分解、干燥和分级，是粉末冶金领域内理想的纳米氧化物规模化生产装置。
文档编号C01B13/34GK2880796SQ20042006800
公开日2007年3月21日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者张春友 申请人:张春友