一种高纯纳米金属超微粉的生产设备及生产方法技术

本发明专利技术公开了一种高纯纳米金属超微粉的生产设备及生产方法，其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，且各装置内部依次连通组成生产高纯纳米金属超微粉的生产流通通道，该通道尾部接有与其内部相通的引风机；其生产方法包括步骤：一、原料输送及预处理；二、金属氧化物雾化及输送；三、高温快速还原反应；四、快速冷凝；五、粉体分级与收集；其结合高压富氧直接氧化燃烧并生成金属氧化液雾，再由烃类燃料与高压富氧形成高温还原气氛，最终生成球形纳米金属超微粉。本发明专利技术设计合理，适用原料广泛，生产流程短、效率高，可实现连续工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米金属粉体材料制备
，尤其是涉及一种高纯纳米金属超微粉的生产设备及生产方法。
技术介绍
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
，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。 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。 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。
技术实现思路
本专利技术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的高纯纳米金属超 微粉生产设备。 为解决上述技术问题，本专利技术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5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。 同时，本专利技术还提供了一种成产成本低、生产工艺步骤简单且实现方便的高纯纳 米金属超微粉的生产方法，其特征在于方法包括以下步骤 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，所述直流电弧电源的输出电压为26-36V且其输出电流6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内部发生高温 氧化反应，并对应生成金属氧化物； 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内部发生高温氧化反应，并对应生成金属氧化物； 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； 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所提供的高压氧气被送入高温液雾燃烧快速还原器内部 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，在超音速喷嘴所产生超音 速本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊武，贾兰惠，杨继东，武婷，
申请(专利权)人：西安慧维纳米金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]