CN101474672B - 金属纳米粉连续钝化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种金属纳米粉连续钝化装置，该设备由投料仓、钝化仓、旋转刮板、旋转进气管、旋转喷头、隔板、过滤网、驱动电机、真空泵、高压风机、水冷却系统等组成。金属粉体由投料仓放入钝化仓，由驱动电机带动旋转刮板将其摊平，并依次经第一层隔板、第二层隔板、第三层隔板沉降到钝化仓底部，同时钝化气体从钝化仓底部向上流动，经三层隔板与粉体均匀接触，最终经过滤网流出钝化仓。在三层隔板上都有旋转刮板，由其对粉体进行搅拌、分散，并使粉体延隔板的微孔依次向下沉降，使粉体都能有机会和钝化气体接触，从而形成均匀的钝化膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属纳米粉的钝化设备，具体的说是一种用于对金属纳米粉分散和表面包覆钝化的金属纳米粉连续钝化装置。本装置可作为金属纳米粉体制取的后期处理设备，用于对一些高活性金属纳米粉体进行分散和钝化。
背景技术
纳米科技自上个世纪80年代开始受到世界性普遍关注。纳米科技已经对社会进步、经济发展、国家安全和人民生活水平的提高产生了深远的影响。世界各国都对发展纳米技术给予了高度的重视，发达国家纷纷制订纳米科技的发展战略。很多科学家都预言纳米科技将是是21世纪最富有活力、最富有挑战性的新科技。在纳米技术中，纳米材料的制取和合成是最活跃的领域之一。
金属纳米粉已经被应用于材料、电子、信息、航空、航天、环境和能源、医药、军工、制造业等领域，可用于新型高容量磁性材料、高效催化剂、磁流体、吸波材料、高效助燃剂的制备。
在纳米尺度范围内的物质具备很多宏观物质所不具备的新特性。如纳米铝粉展现出普通微米铝粉不具备的独特热学性能，在固体火箭推进剂中用纳米铝粉取代普通微米铝粉，其燃烧速率提高30多倍；在铝燃剂中使用纳米铝粉取代微米铝粉，其点火时间缩短了两个数量级；当铝粒子粒径从200nm减少到50nm时，铝燃剂的燃烧速率从4m/s提高到12m/s。尽管纳米铝粉在含能材料中具有很大的潜在应用前景，但也存在一些问题需要解决，其中一个最主要的问题就是铝纳米粒子的活性保护问题。由于铝纳米粉有极高的比表面积，使得纳米铝粉比普通微米铝粉对所处环境更为敏感，非常容易发生氧化反应和其他反应。这个特性非常不利于铝纳米粉的制取、储运和使用。
还有一些金属纳米粉也具备铝纳米粉的上述特性，由于比表面积大、活性高，对环境敏感，非常容易发生氧化等化学反应，不利于包装、储运和应用。由于活性太大，影响了其使用和发展。因此，金属纳米粉钝化技术和设备的研究和开发，对金属纳米粉的实际应用具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中某些金属纳米粉由于活性太大，非常容易发生氧化反应和其他反应、不利于其制取、储运和使用、影响其使用和发展的不足，提供一种金属纳米粉连续钝化装置，该装置即可以用于实验室中的科学研究，也适用于产业化生产中金属纳米粉体的钝化。
本发明的目的是这样实现的，该钝化装置包括投料仓、钝化仓、驱动电机、进气管、出气管、真空表、真空阀、充气阀、管道、水冷却系统、高压风机、真空泵、支架，所述的投料仓、驱动电机设置在钝化仓的上面，进气管、出气管从钝化仓的上端引出、另一端和高压风机连接，在出气管上引出连接真空泵的管道，管道的上端设置有真空表、真空阀、充气阀，水冷却系统与钝化仓通过循环冷却水管路连接。
所述的钝化仓、水冷却系统、高压风机、真空泵设置在支架上面。
所述的钝化仓包括旋转进气管、上盖，刮板，过滤网、三层隔板、旋转喷头、锥形罐体，其上盖设置在锥形罐体的上面，旋转进气管经过上盖中心孔设置在锥形罐体内，在旋转进气管和驱动电机之间依次设置旋转进气装置、轴承和连轴器，在旋转进气管下端钝化仓底部依次设置有旋转喷头、密封圈、推杆、锁紧螺母调整螺杆、下盖，过滤网设置在钝化仓的上端，在钝化仓内由上至下设置有三层隔板、刮板设置在隔板的上方，所述的上盖、锥形罐体为双层水冷结构、上端带有进水管和出水管。
所述的三层隔板上、钝化仓下端侧壁、过滤网、钝化仓底部处均设置有刮板。
所述的投料仓包括投料口、抽真空接口，视镜，照明灯座，手套口盖板，粉体投料口、密封阀、投料仓箱体，所述的投料口、手套口盖板设置在投料仓箱体侧面，抽真空接口，视镜，照明灯座设置在投料仓箱体上面，粉体投料口和密封阀设置在投料仓箱体下面。
本发明由于采用上述结构具有以下优点：
1、本发明装置可充分地分散金属纳米粉颗粒，打散金属纳米粉颗粒的团聚，并在金属纳米粉外表面层形成一层绝氧的钝化膜，防止金属粉在自然环境中发生氧化反应，便于金属纳米粉的储藏和运输，是金属纳米粉制取后期处理设备。
2、本发明装置结构合理、安全可靠、操作简便，可用于实验室中金属纳米粉的分离、钝化，也可用于产业化生产中金属纳米粉的后期钝化处理。
附图说明
图1为金属纳米粉连续钝化装置整体结构示意图
图2为本发明钝化仓结构示意图
图3为本发明投料仓结构示意图
具体实施方式
由图1所示：
该钝化装置包括投料仓1、钝化仓2、驱动电机3、进气管4、出气管5、真空表6、真空阀7、充气阀8、管道9、水冷却系统10、高压风机11、真空泵12、支架13，所述的投料仓1、驱动电机3设置在钝化仓2的上面，进气管4、出气管5从钝化仓2的上端引出，出气管5另一端和高压风机11连接，在出气管5上引出连接真空泵12的管道9，管道9的上端设置有真空表6、真空阀7、充气阀8，水冷却系统10与钝化仓2通过循环冷却水管路连接。
所述的钝化仓2、水冷却系统10、高压风机11、真空泵12设置在支架13上面。
工作时先将需要钝化的粉体经真空袋或真空罐包装放入投料仓1，然后由真空泵12对整个系统抽真空，真空度达到6.6×10-3Pa，必要时要用惰性气体润洗。然后根据所钝化金属粉体的种类和包覆膜的种类在充气阀充入需要的气体，达到常压。打开投料仓1的手套口盖板37，通过密闭的手套在投料仓1内打开真空袋或真空罐，将粉体倒入钝化仓2，关闭密封阀39。
由图2所示：
所述的钝化仓2包括旋转进气管17、上盖18，刮板I 19-1、刮板II 19-2、刮板III 19-3、刮板IV 19-4、刮板V 19-5、刮板VI 19-6，过滤网20、构成三层隔板的隔板I 21、隔板II 22、隔板III 23、旋转喷头25、锥形罐体31，其上盖18设置在锥形罐体31的上面，旋转进气管17经过上盖18中心孔设置在锥形罐体31内，在旋转进气管17和驱动电机3之间依次设置旋转进气装置16、轴承15和连轴器14，在旋转进气管17下端钝化仓2底部依次设置有旋转喷头25、密封圈26、推杆27、锁紧螺母28调整螺杆29、下盖30，过滤网20设置在钝化仓2的上端，在钝化仓2内由上至下设置有隔板I 21、隔板II 22和隔板III 23三层隔板，刮板I 19一1设置在隔板I 21的上方，刮板II 19-2设置在隔板II22的上方，刮板III 19-3设置在隔板III 23的上方，所述的上盖18、锥形罐体31为双层水冷结构、上端带有进水管24和出水管32。
所述的隔板I 21上设置有刮板I 19-1，隔板II 22上设置有刮板II 19-2，隔板III 23上设置有刮板III 19-3，过滤网20上设置有刮板IV19-4，钝化仓2下端侧壁上设置有刮板V 19-5，钝化仓2底部处设置有刮板VI 19-6。
金属纳米粉体最先堆积在第一层隔板I 21上，被其上设置的旋转刮板I 19-1搅拌、摊平，并从隔板I 21的孔洞陆续落到第二隔板II 22、第三隔板III 23，最终沉积到罐体底部。在旋转刮板被电机驱动旋转的同时，钝化气体也被高压风机11推动，由进气口4通过旋转进气装置16进入旋转进气管17，最后由旋转喷头25从罐体底部流出并向上缓慢流动，和下降的金属粉体接触并对其钝化包覆。气体最终经过隔板III 23、隔板II 22、隔板I 21三层隔板、过滤网20、出气管5返回到高压风机11，循环使用。根据不同工艺要求，可通过充气阀8断续加入钝化气体作补充，也可充入其它种类的气体，进行复合钝化。
经过隔板I 21、隔板II 22、隔板III 23三级隔板陆续沉降的粉体可能还有个别粉体没有完全钝化，因此要通过控制电机的转速和启停时间调节粉体的沉降和在隔板的滞留时间。粉体最终沉积在钝化仓2的底部，被安装在底部的刮板VI 19-6接续搅拌，期间钝化气体继续从旋转喷头流出，以保证粉体和钝化气体均匀、充分接触，形成钝化膜。
金属纳米粉容易存在相互吸附并团聚现象，刮板I 19-1、刮板II 19-2、刮板III 19-3、刮板IV 19-4、刮板V 19-5除用于清除吸附在钝化仓2内壁、过滤网20上的金属粉体外，还能起到搅拌作用，充分地分散发生团聚的金属纳米粉体，避免钝化不全面现象的发生。
对于某些吸附力强、容易团聚并不容易分散的金属粉体，可以在设备底部安装超声波发生器作为附加震源，以促进粉体的分散。
钝化结束后从底部打开钝化仓，收取钝化后的金属纳米粉。
钝化反应将产生大量的热量，生成的热量由钝化仓2双层水冷壁的循环冷却水带走，其中32是出水管，24为进水管，和水冷却循环系统10相连接。
由图3所示：
所述的投料仓1包括投料口33、抽真空接口34，视镜35，照明灯座36，手套口盖板37，粉体投料口38、密封阀39、投料仓箱体40，所述的投料口33、手套口盖板37设置在投料仓箱体40侧面，抽真空接口34，视镜35，照明灯座36设置在投料仓箱体40上面，粉体投料口38和密封阀39设置在投料仓箱体40下面。
需要钝化的粉体经真空袋或真空罐包装由投料口33放入投料仓后关闭投料口33，系统抽真空并充入钝化气体后可打开手套口盖板37，通过密封手套打开粉体包装，操作结束后关闭手套口盖板37。如钝化的金属粉体批量大，可分批装入，但要关闭密封阀39，装入粉体后对投料仓1单独抽真空，然后打开密封阀39，这样可以避免对整个系统抽真空，缩短操作时间。
刮板I 19-1、刮板II 19-2、刮板III 19-3、刮板IV 19-4、刮板V 19-5、刮板VI 19-6的旋转运动的动力源是可调速驱动电机3，由连轴器14带动转轴，转轴由轴承15支撑，转轴和旋转进气装置16连接，可通过其带动旋转进气管17转动，并由旋转进气管17带动装夹其上的刮板转动。刮板转动的速度影响粉体在三层隔板的停滞时间，电机转速越慢，粉体落到底部需要的时间越长。
Claims (4)
1.一种金属纳米粉连续钝化装置，其特征在于：该钝化装置包括投料仓(1)、钝化仓(2)、驱动电机(3)、进气管(4)、出气管(5)、真空表(6)、真空阀(7)、充气阀(8)、管道(9)、水冷却系统(10)、高压风机(11)、真空泵(12)、支架(13)，所述的投料仓(1)、驱动电机(3)设置在钝化仓(2)的上面，进气管(4)、出气管(5)从钝化仓(2)的上端引出，出气管(5)另一端和高压风机(11)连接，在出气管(5)上引出连接真空泵(12)的管道(9)，管道(9)的上端设置有真空表(6)、真空阀(7)、充气阀(8)，水冷却系统(10)与钝化仓(2)通过循环冷却水管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种金属纳米粉连续钝化装置，其特征在于：所述的钝化仓(2)包括旋转进气管(17)、上盖(18)，刮板I(19-1)、刮板II(19-2)、刮板III(19-3)、刮板IV(19-4)、刮板V(19-5)、刮板VI(19-6)，过滤网(20)、构成三层隔板的隔板I(21)、隔板II(22)和隔板III(23)、旋转喷头(25)、锥形罐体(31)，其上盖(18)设置在锥形罐体(31)的上面，旋转进气管(17)经过上盖(18)中心孔设置在锥形罐体(31)内，在旋转进气管(17)和驱动电机(3)之间依次设置旋转进气装置(16)、轴承(15)和连轴器(14)，在旋转进气管(17)下端钝化仓(2)底部依次设置有旋转喷头(25)、密封圈(26)、推杆(27)、锁紧螺母(28)调整螺杆(29)、下盖(30)，过滤网(20)设置在钝化仓(2)的上端，在钝化仓(2)内由上至下设置有隔板I(21)、隔板II(22)和隔板III(23)三层隔板，刮板I(19-1)设置在隔板I(21)的上方，刮板II(19-2)设置在隔板II(22)的上方，刮板III(19-3)设置在隔板III(23)的上方，所述的上盖(18)、锥形罐体(31)为双层水冷结构、上端带有进水管(24)和出水管(32)。
3.根据权利要求2所述的一种金属纳米粉连续钝化装置，其特征在于：所述的隔板I(21)上设置有刮板I(19-1)，隔板II(22)上设置有刮板II(19-2)，隔板III(23)上设置有刮板III(19-3)，过滤网(20)上设置有刮板IV(19-4)，钝化仓(2)下端侧壁上设置有刮板V(19-5)，钝化仓(2)底部处设置有刮板VI(19-6)。
4.根据权利要求1所述的一种金属纳米粉连续钝化装置，其特征在于：所述的投料仓(1)包括投料口(33)、抽真空接口(34)，视镜(35)，照明灯座(36)，手套口盖板(37)，粉体投料口(38)、密封阀(39)、投料仓箱体(40)，所述的投料口(33)、手套口盖板(37)设置在投料仓箱体(40)侧面，抽真空接口(34)，视镜(35)，照明灯座(36)设置在投料仓箱体(40)上面，粉体投料口(38)和密封阀(39)设置在投料仓箱体(40)下面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SIPING GAOSIDA NANO MATERIAL + EQUIPMENT CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: WANG ZHIPING Effective date: 20130304 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130304 Address after: 136001 Siping East Road, Siping City, Jilin province 309 Patentee after: SIPING GAOSIDA NANO MATERIAL & EQUIPMENT CO., LTD. Address before: 136001, Siping East Road, Siping City, Jilin Province, No. 309 Patentee before: Wang Zhiping |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190712 Address after: 725000 No. 37 Innovation Road, Hanbin District, Ankang City, Shaanxi Province Patentee after: Shaanxi Ankang San hang nano Polytron Technologies Inc Address before: 136001 Siping East Road, Siping City, Jilin province 309 Patentee before: SIPING GAOSIDA NANO MATERIAL & EQUIPMENT CO., LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Device for continuously inactivating metal nano powder Effective date of registration: 20190814 Granted publication date: 20110615 Pledgee: Ankang Hi-tech Industry Development Co., Ltd. Pledgor: Shaanxi Ankang San hang nano Polytron Technologies Inc Registration number: Y2019610000012 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110615 Termination date: 20201231 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |