专利名称：溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法及专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法及专用装置。
背景技术：
现有单一或复合金属氧化物的制备方法主要是湿法沉淀-煅烧法，即以单一或复合金属无机盐溶液为原料，以碳酸氢氨、草酸等为沉淀剂，生成碱式碳酸盐、草酸盐等沉淀，经过滤、洗涤和千燥后，同经高温煅烧，得到氧化物粉末。这种方法工艺流程长，过程复杂难控制，容易产生废气、废液，造成环境污染。还有气相法和固相法。气相法制得产品虽纯度高，团聚少，但产量较低，且对设备要求较高，不易大规模生产；固相法所用设备简单，容易操作，但产品质量不高，仅适用于要求较低的行业。喷雾热解法是近年来提出的新工艺，该工艺采通过溶液雾化、反应、介质吸附产物后再进行煅烧，其工艺流程短，操作较简单，如CN1557715A公开了 "喷雾热解制备纳米粉体的方法"，但是这类方法由于金属盐溶液在高温气氛中停留时间短，其反应不太充分，产物晶化程度不高；且产品仍需经后处理，而且没有对反应产生的气体进行综合回收利用。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法及专用装置。以实现反应充分，产物晶化程度高；产品不要经后处理，可对反应产生的气体进行综合回收利用，对环境无污染、且工艺简单、可縮短工艺流程、产品质量优良，并有利于自动化、连续化生产。
溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法，包括以下步骤
(1) 制备0. 1 3mol/L的单一或复合可溶性金属盐溶液，按溶液中金属重量的0. 1 1%加入高分子分散剂，预热至60-8CTC;
(2) 预热后的溶液输入到溶液雾化氧化专用装置中的气流式雾化器，在雾化压力为1.0 2.5Xl(TPa条件下雾化，再经专用装置中的扰流装置进入到竖式管状电炉中，在
3温度为500-950°C，与空气充分混合后，瞬间氧化为氧化物粉末；(3)氧化物粉末进入溶液雾化氧化专用装置的两级高效旋风分离器分离，氧化物粉末通过旋风分离器上的连续排料装置收集后排出，气相中的酸气进入淋洗吸收塔回收利用。
所述单一或复合可溶性金属盐溶液是钴、镍、铁、锌、铜、镁、铝、钙、铅、钛、锰、铋或钡的单一或复合金属的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐。
所述的高分子分散剂是PVP、 0P、 PVA、 PAA中的一种或一种以上的混合物。
溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的专用装置是设有一个带有l-6组电加热系统的竖式管状电炉，在竖式管状电炉内部的反应管中设有扰流装置，在反应管顶部设有密封盖，密封盖上设有与进料管连接的气流式雾化器，竖式管状电炉下部的出料口与旋风分离器连接，旋风分离器的气相与回收气体的气体吸收装置连接。
与现有技术相比，本发明的突出优点是(1)溶液经气流式雾化器，雾化成为极细的液体小雾滴，使其具有较高的比表面积，使反应更加完全；(2)通过溶液雾化氧化专用装
置中的扰流装置进入竖式管状电炉中，改变了流体运动轨迹，增加了反应时间，使产物晶型
更加完整；(3)除吸附介质外无其它化学物质的介入，保证的产品的纯度；(4)整个反应
一步完成，可大幅縮短工艺流程，降低生产成本，同时避免了后续煅烧过程中晶粒的长大，
所得粉体粒径小，分布均匀，无团聚；(5)反应产物中的酸气体可回收循环利用，无废物产生，对环境无污染，(6)、通过调节进液量、雾化空气流量、尾气风机流量，可实现过程的控制及产物的成分、结构、形貌、粒度及其分布。所制备的单一或复合金属氧化物产品纯度大于99%，晶格完整，粒度分布均匀。
附图为溶液雾化氧化专用装置及工艺流程示意图。
具体实施例方式
实施例1-
溶液雾化氧化专用装置是设有一个带有四组电加热系统ir 1、 11-2、 11-3、 11-4的竖式管状电炉l，在竖式管状电炉的内部设有反应管2，在反应管2外部填充有保温材料6。在反应管2中设有一根沿轴向延伸的螺旋挡片7用为扰流装置，在反应管顶部设有密封盖3，密封盖上设有气流式雾化器4，气流式雾化器与承有原料溶液容器9连通，通过流量计8控
制流量的大小，压缩空气通过压縮空气机io输入。
竖式管状电炉下部的出料口 5与两级旋风分离器12-1和12-2连接，粉末通过旋风分离 器上的连续排料装置13收集并排出。酸气体经管道通入淋洗吸收塔14-1，水经循环水入口 19流入进行淋洗，气体在其中获得充分的冷却，气体中的可溶组分溶于冷凝水中，回收的酸 通过管道流入酸槽21中，剩余的气相再经过第二级吸收塔14-2充分吸收。符合环保标准的 废气经管道由带有变频功能的尾气风机20排空。
实施例2:
(1) 配置1.5 mol/L的CoC12 6H20溶液，加入0P分散剂0. lg，将其预热至70。C;
(2) 导入溶液雾化氧化专用装置中的气流式雾化器，将雾化压力控制为L5X105Pa， 再经专用装置中的扰流装置进入到竖式管状电炉中，在温度为850°C，与空气充分混合后氧 化为氧化物粉，
(3) 氧化物粉末进入溶液雾化氧化专用装置的两级高效旋风分离器分离，分离后的氧 化物粉末通过旋风分离器上的连续排料装置收集后排出，气相中的HC1通过两级串联的水溶 液喷淋吸收得到工业稀盐酸。
所得粉末经XRD检测，产物为单一物相的四氧化三钴，通过扫描电镜(SEM)分析，产 物为均匀分布的球形，平均粒度为2.96lim。 实施例3:
配置1.5mol/L的Co(N0:,)2 6化0溶液，加入PVA分散剂0. lg,将其预热至7(TC后，导 入溶液雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X105pa，反应温度控制为500°C，通过 两级高效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的N02通过两级串联的水溶液喷淋吸收得到 工业稀硝酸。所得粉末经XRD检测，产物为单一物相的四氧化三钴，通过扫描电镜(SEM) 分析，产物为均匀分布的球形，平均粒度为3.59um。
实施例4:
配置1.5 mol/L的NiCL 6H刀溶液，加入PAA分散剂0. 05g， PVA分散剂0. 05g将其预 热至7(TC后，导入溶液雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5Xl05Pa,反应温度控制为80(TC，通过两级高效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的HC1通过两级串联的水溶 液喷淋吸收得到工业稀盐酸。所得粉末经XRD检测，产物为单一物相的氧化镍，通过扫描电 镜(SEM)分析，产物为均匀分布的球形，平均粒度为4.25um。 实施例5:
配置1. 5 mol/L的NiSOi 61^0溶液，加入PAA分散剂0. 05g， PVA分散剂0. 05g将其预 热至80'C后，导入溶液雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X105pa，反应温度控制 为90(TC，通过两级高效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的S02通过两级串联的水溶液 喷淋吸收得到工业稀硫酸。所得粉末经XRD检测，产物为单一物相的氧化镍，通过扫描电镜 (SEM)分析，产物为均匀分布的球形，平均粒度为4.31um。
实施例6:
配置1. 0 mol/L的Co (N0:,) 2 6H20溶液，1. 0 mol/L的NiNO:, 6H力溶液，Mn(N0:i)2 6H20 溶液，3.0 mol/LiNO,的溶液，按体积比为1: I: 1: 1充分混合，加入添加剂PVA 0. lg，将 其预热至7(TC后，导入溶液雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X105Pa，反应温度 控制为95(TC，通过两级高效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的N02通过两级串联的水 溶液喷淋吸收得到工业稀硝酸。所得粉末经XRD检测，产物为晶形完整的LiNiwCo^M :,02， 通过扫描电镜(SEM)分析，产物为均匀分布的球形，平均粒度为4.37um。
实施例7:
配置1.65mol/L的CoCL 6H刀溶液，0. 75 mol/L的NiCl2 6H20溶液，0. Imol/LFeCL 溶液，按体积比1: 1: 1充分混合，加入添加剂PAA 0. lg，将其预热至7(TC后，导入溶液 雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X105Pa，反应温度控制为90(TC，通过两级高 效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的HC1通过两级串联的水溶液喷淋吸收得到工业稀 盐酸。所得粉末经XRD检测，产物为晶形完整的F^Ni丄02，通过扫描电镜(SEM)分析，产 物为均匀分布的球形，平均粒度为4.29um。
实施例8:
配置0.5mol/L的AgN0.,溶液，加入PAA分散剂0. lg，将其预热至8(TC后，导入溶液雾
6化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X105Pa，反应温度控制为900°C，通过两级高效 旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的N02通过两级串联的水溶液喷淋吸收得到工业稀硝 酸。所得粉末经XRD检测，产物为单一物相的氧化银，通过扫描电镜(SEM)分析，产物为 均匀分布的球形，平均粒度为1.26um。
实施例9:
配置2.0 mol/L的Ti(N0,)2溶液，2.0 mol/L的Ba(N0丄溶液，1.0 mol/L的Ca(N0:,)2溶 液，2.0mol/L的Cu(N0:,)2溶液，按体积比l: 1: 1: l均匀混合，加入0P分散剂0. lg，预热 至70'C后，导入溶液雾化氧化专用装置中，将雾化压力控制为1.5X10卞a，反应温度控制为 600°C，通过两级高效旋风分离器收集粉末产物，产物气相中的N02通过两级串联的水溶液喷 淋吸收得到工业稀硝酸。所得粉末经XRD检测，产物为晶形完整的TLB&CaCu^,通过扫描 电镜(SEM)分析，产物为均匀分布的球形，平均粒度为4.51utn。
权利要求
1. 一种溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)制备0. 1～3mol/L的单一或复合可溶性金属盐溶液，按溶液中金属重量的0.1～1％加入高分子分散剂，预热至60-80℃；(2)预热后的溶液输入到溶液雾化氧化专用装置中的气流式雾化器，在雾化压力为1.0～2.5×105Pa条件下雾化，再经专用装置中的扰流装置进入到竖式管状电炉中，在温度为500-950℃℃，与空气充分混合后，瞬间氧化为氧化物粉末；(3)氧化物粉末进入溶液雾化氧化专用装置的两级高效旋风分离器分离，氧化物粉末通过旋风分离器上的连续排料装置收集后排出，气相中的酸气进入淋洗吸收塔回收利用。
2. 根据权利要求1所述的溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法，其特征在 于，所述单一或复合可溶性金属盐溶液是钴、镍、铁、锌、铜、镁、铝、钙、铅、钛、锰、 铋或钡的单一或复合金属的氯化盐、硝酸盐、硫酸盐。
3. 根据权利要求1所述的溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法，其特征在 于，所述的高分子分散剂是PVP、 0P、 PVA、 PAA中的一种或一种以上的混合物。
4. 一种溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的专用装置，其特征在于，设有一个 带有l-6组电加热系统的竖式管状电炉，在竖式管状电炉内部的反应管中设有扰流装置，在 反应管顶部设有密封盖，密封盖上设有与进料管连接的气流式雾化器，竖式管状电炉下部的 出料口与旋风分离器连接，旋风分离器的气相与回收气体的气体吸收装置连接。
全文摘要
本发明公开了一种溶液雾化氧化制备单一或复合金属氧化物的方法及专用装置。制备0.1～3mol/L的单一或复合可溶性金属盐溶液，按溶液中金属重量的0.1～1％加入高分子分散剂，预热至60-80℃；输入到溶液雾化氧化专用装置中的气流式雾化器，在雾化压力为1.0～2.5×10<sup>5</sup>Pa条件下雾化，再经专用装置中的扰流装置进入到竖式管状电炉中，在温度为500-950℃，与空气充分混合后，瞬间氧化为氧化物粉末；氧化物粉末进入高效旋风分离器分离，气相中的酸气进入淋洗吸收塔回收利用。本发明采用的溶液雾化氧化制备的单一或复合金属氧化物产品纯度大于99％，晶格完整，粒度分布均匀，而且生产工艺简单，成本低廉，并对环境没有污染，具有广阔的工业应用前景。
文档编号C01B13/14GK101497432SQ20091004285
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者冯庆明, 田庆华, 郭学益, 郭秋松 申请人:中南大学