一种沸腾悬浮燃烧合成氧化铝粉的生产装置的制作方法

本实用新型属于粉体材料化学合成技术领域，具体是一种沸腾悬浮燃烧合成氧化铝粉的生产装置。

背景技术：

氧化铝粉体作为一种精细化工产品在国内外发展极为迅速，广泛应用于航空航天、兵器、电器绝缘材料、集成电路基板、高速切削刀具、高强度耐磨耐腐蚀材料、高强度气体放电灯管、荧光体用载体、单晶材料、催化剂载体、激光材料等许多高科技尖端行业，是绿色照明用三基色荧光粉、汽车传感器、磁带添加剂、催化剂载体涂层、半导体及液晶显示器、透明高压钠灯管、精密仪表及航空光学器件等的重要基础材料。

氧化铝粉要求做到超细、高纯、有较窄的粒径分布，稳定的相态，无严重的团聚现象。目前现阶段超细氧化铝粉的制备方法主要有溶胶凝胶法、硫酸铝铵热解法、碳酸铝铵热解法、异丙醇铝水解法、氯化汞活化水解法、等离子体法、喷雾热解法、火花放电法、水热法、改良拜尔法、高纯金属铝箔胆碱水解法和高纯铝直接水解法等。由于氯化汞活化水解法、等离子体法、喷雾热解法、火花放电法、水热法、提取法由于受原料、制备方法特点的影响和方法的成熟度的影响而难于大规模工业化生产。现有技术的生产方法有铝铵盐热解法、改良拜尔法、醇盐水解法和直接水解法以及这些方法的改良方法。

目前，现有技术的上述方法均属于水溶液法制备氧化铝粉，工序多、生产周期长、耗水量大，由于离不开水溶液参与，难以克服钠钾含量高的缺点，且在生产过程无法实现进一步提纯；其中有的生产流程长，涉及的生产设备多，使用人员多，因此投资成本和生产成本高的缺点；有的生产设备和工序繁多造成人员和设备工器具多次接触带来多方面的产品质量污染，难于制备高纯度氧化铝粉；有的生产能耗高，资源消耗高；生产效率低；有的三废排放多，难于实现环保清洁生产。

而制备氧化铝粉的新一代技术－燃烧合成法，通过铝粉在氧气中直接燃烧一步合成氧化铝粉，能够有效的克服上述缺陷。

因此，产业上需要开发一种实现铝粉在氧气中燃烧合成氧化铝粉的生产装置，以满足新一代生产工艺推广应用的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供了一种沸腾悬浮燃烧合成氧化铝粉的生产装置，以解决新一代生产工艺的装备需求。

本实用新型提供的技术方案是：

一种沸腾悬浮燃烧合成氧化铝粉的生产装置，由燃烧反应釜(1)、铝粉气输装置(2)、氧气输送装置(3)、点火装置(4)、分级收料釜(5)、冷却装置(6)、前收料罐(7)、后收料罐(8) 、排气管(9) 、风机(10)；燃烧反应釜(1)内腔为燃烧反应室，其下部底端设置有前收料罐(7)，周边设置有冷却装置(6)；铝粉气输装置(2)、氧气输送装置(3)和点火装置(4)的铝粉喷口、氧气喷口和点火端口分别设置在燃烧反应室内；分级收料釜(5)内腔为冷却分离室，其下部底端设置有后收料罐(8)和排气管(9)，周边设置有冷却装置(6)；排气管(9)出气端设置有风机(10)；燃烧反应室和冷却分离室的上部通过腔体密闭连通。

本实用新型的还包括的优化或/和改进有：

优选方案之一，所述氧气喷口的水平位置低于铝粉喷口的水平位置，并且喷口向上。

优选方案之二，所述铝粉气输装置(2)由贮料罐(201)、载气罐(202)和加料喷射器(203) 组成，贮料罐(201)的出口和载气罐(202)喷口分别连通到加料喷射器(203)内腔。

优选方案之三，所述点火装置(4)包括高压脉冲点火装置、电弧点火装置、火焰点火装置和高温等离子体点火装置。火焰点火装置可使用氧炔焰、氢氧焰等。

优选方案之四，所述冷却装置(6)采用循环水方式实现冷却。

优选方案之五，所述氧气输送装置(3)设置有氧气储罐。

本实用新型在工作时，氧气输送装置(3)设置在燃烧反应釜(1)的下部，并且喷口向上喷射氧气；铝粉气输装置(2)将铝粉原料以气体输送方式，即通过承压的载气将铝粉原料以完全分散的方式喷射到燃烧反应釜(1)内，被氧气输送装置(3)向上方喷射的氧气气流托起，在燃烧反应室内一定高度范围作上下翻滚运动；点火装置(4)点燃铝粉后，使铝粉以沸腾状态进行燃烧，由于铝粉与氧气充分接触。氧化反应迅速而充分，生产效率高。

启动风机(10)产向外抽气，可使整个生产装置内部腔体呈负压状态，生产的氧化铝粉中尺寸大质重颗粒可由自由落体收集到燃烧反应釜(1)下方的前收料罐(7)中，尺寸小而质轻的颗粒被抽送到分级收料釜(5)中进入下方的后收料罐(8)中，从而实现了连续生产过程中的初步分级收集。

点火装置(4)可以是高压脉冲点火、火焰点火装置、电弧点火装置、等离子体点火装置等，火焰点火装置可使用常见的氧炔焰、氢氧焰等，通过不间断对铝粉进行点火，使得铝粉保持秩序稳定的燃烧，放出大量的热可维持反应的持续进行。

冷却装置(6)可以采用水循环系统。在燃烧反应釜(1)和分级收料釜(5)内壁上设置的冷却装置(6)可带走反应产生的大量热能，防止温度过高，同时又能够使燃烧得到的高温氧化铝粉末快速冷却。

实施本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型的通过向上喷射的氧气使铝粉翻滚沸腾，有效保证了细小铝粉颗粒在完全分散状态和氧气充分接触燃烧，解决了铝粉团聚导致的反应不完全，燃烧中止的问题，反应迅速而完全。启动风机实现的负压收集系统可实现产品的初步分级。

由于是在高温条件下燃烧反应，铝粉中的一些低熔点金属会挥发掉，因此本实用新型在生产过程中还具有对氧化铝粉产品的再提纯效果。

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图1中，1—燃烧反应釜、2—铝粉气输装置、3—氧气输送装置、4—点火装置、5—分级收料釜、6—冷却装置、7—前收料罐、8—后收料罐、9—排气管、10—风机、201—贮料罐、202—载气罐、203—料喷射器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图1和实施例对本实用新型作进一步地详细描述。

在实施例中，为了便于描述，各部件相对位置关系的描述是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

实施例1：一种沸腾悬浮燃烧合成氧化铝粉的生产装置，由燃烧反应釜(1)、铝粉气输装置(2)、氧气输送装置(3)、点火装置(4)、分级收料釜(5)、冷却装置(6)、前收料罐(7)、后收料罐(8) 、排气管(9) 、风机(10)；燃烧反应釜(1)内腔为燃烧反应室，其下部底端设置有前收料罐(7)，周边设置有冷却装置(6)；铝粉气输装置(2)、氧气输送装置(3)和点火装置(4)的铝粉喷口、氧气喷口和点火端口分别设置在燃烧反应室内；分级收料釜(5)内腔为冷却分离室，其下部底端设置有后收料罐(8)和排气管(9)，周边设置有冷却装置(6)；排气管(9)出气端设置有风机(10)；燃烧反应室和冷却分离室的上部通过腔体密闭连通。

使用本实施例的装置，将氧气以3.5m³/h的流量输送进入燃烧反应釜(1)，将纯度99.99%以上、粒径100μm的铝粉以3Kg/h的速度通过流量1m³/h的氩气输送进入燃烧反应釜(1)；点火装置(4) 以频次15次/1s用电弧点火；铝粉被点燃后在氧气中以沸腾悬浮燃烧方式持续稳定燃烧，冷却装置采用水循环方式，水流量1000L/h；燃烧后形成的氧化铝粉被氩气冷却。分别在前收集罐和后收集罐中得到D50～1000nm 和D50～400nm粒径的球形氧化铝粉产品，纯度大于99.99%，其中钠含量小于2ppm。

实施例2：下面结合实施例1和附图1对本实用新型提供的优化或/和改进作进一步描述：

所述氧气喷口的水平位置低于铝粉喷口的水平位置，并且喷口向上。

所述铝粉气输装置(2)由贮料罐(201)、载气罐(202)和加料喷射器(203) 组成，贮料罐(201)的出口和载气罐(202)喷口分别连通到加料喷射器(203)内腔。

所述点火装置(4)包括高压脉冲点火装置、电弧点火装置、火焰点火装置和高温等离子体点火装置。火焰点火装置可使用氧炔焰、氢氧焰等。

所述冷却装置(6)采用循环水方式实现冷却。

所述氧气输送装置(3)设置有氧气储罐。

使用本实施例的装置，将氧气以3m³/h的流量输送进入燃烧反应釜(1)，将纯度99.99%以上、粒径30μm的铝粉以2Kg/h的速度通过流量0.85m³/h的氩气输送进入燃烧反应釜(1)；点火装置(4) 以频次10次/1s用电弧点火；铝粉被点燃后在氧气中以沸腾悬浮燃烧方式持续稳定燃烧，冷却装置采用水循环方式，水流量600L/h；燃烧后形成的氧化铝粉被氩气冷却。

燃烧反应开始后，即开始利用负压收集，生产的氧化铝粉尺寸大而质量重的颗粒直接落入反应装置下方的收集器中；尺寸小而质量轻的颗粒可抽微负压将产品抽出，实现连续生产过程中的初步分级，可获得纳米级和亚微米级两种尺寸产品。分别在前收集罐和后收集罐中得到D50～850nm和D50～450nm两种粒径的球形氧化铝粉产品，纯度大于99.99%，其中钠含量小于2ppm。

可以理解的是，以上实施例仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，增加的这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。