CN112125331A - 一种快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，包括步骤：S1、熔化分散工序：将锡块、SnO2粉末和Bi2O3粉末一起加入到反应器中，经电弧加热后锡块融化并搅拌使SnO2粉末和Bi2O3粉末分散到锡液中；S2、气化复合工序：继续电弧加热，Sn与SnO2在电弧作用下生成锡的中间态氧化物，所述锡的中间态氧化物及Bi2O3在电弧作用下气化并在高温作用下复合；S3、氧化冷却工序：气态的复合氧化物在压缩空气的作用下氧化并快速冷却，收集即可得到纳米氧化锡粉体。本发明方法可制得高纯度高分散的纳米氧化锡粉体且生产效率高可大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备含氧化锡粉体的方法，特别是涉及一种快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法。
背景技术
二氧化锡(SnO2)是一种典型的宽禁带n型金属氧化物半导体,其禁带宽度为3.6eV。拥有小尺寸效应和表面效应的纳米SnO2粉末因具有特殊的气敏性能和光电性能而成为一种性能优异的功能材料。当纳米SnO2作为主要添加剂时，需要其粒径分布均匀且具有较高的纯度和良好的分散性；当纳米SnO2被制造成纳米传感器材料，需要其具有较小的颗粒粒径和较高的比表面积。因此如何制备出粒径小且均匀、比表面积较高且分散性好的超细氧化锡粉体。
现有的纳米氧化锡的制备方法包括固相法、液相法和气相法。固相法制得的纳米粉末的粒径分布较大，团聚严重；液相法主要包括溶胶凝胶法和水热法，但溶胶凝胶法需要对制得的前驱粉进行热处理，容易造成粉末团聚，而水热法不易大批量生产；气相法主要包括气相沉积法和气化氧化法，其中气相沉积法的效率较低，气化氧化法是可能大规模生产纳米SnO2粉末的方法之一，该方法制备的SnO2粉末具有纯度高，粒度小等优点，然而也存在缺点，在气化过程中，由于Sn的沸点很高，同时又是热的良导体，因此气化效率不高，产率低，同时生成的SnO2粉末粘性大流动性差，易产生团聚不易分散等问题，需要进一步改进。
发明内容
针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，解决传统气化氧化法制备氧化锡粉体粘性大流动性差，易产生团聚不易分散以及产率低的问题。
本发明技术方案是这样的：一种快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，包括步骤：S1、熔化分散工序：将锡块、SnO2粉末和Bi2O3粉末一起加入到反应器中，经电弧加热后锡块融化并搅拌使SnO2粉末和Bi2O3粉末分散到锡液中；S2、气化复合工序：继续电弧加热，Sn与SnO2在电弧作用下生成锡的中间态氧化物，所述锡的中间态氧化物及Bi2O3在电弧作用下气化并在高温作用下复合；S3、氧化冷却工序：气态的复合氧化物在压缩空气的作用下氧化并快速冷却，收集即可得到纳米氧化锡粉体。
进一步地，所述步骤S1中SnO2粉末的添加量为最终制得的纳米氧化锡粉体质量的5～30％。
进一步地，所述步骤S1中SnO2粉末为纳米级SnO2粉末。
进一步地，所述步骤S1中Bi2O3粉末的添加量在最终制得的纳米氧化锡粉体中的质量含量为10～90ppm。
进一步地，所述步骤S3中气态的复合氧化物冷却至200℃以下后进行收集。
进一步地，所述压缩空气的流量控制在3000～6000m3/h。
进一步地，所述步骤S1熔化分散工序时电弧参数为50～100V、300～1000A，所述步骤S2气化复合工序时电弧参数为70～150V、800～1500A。气化时电弧功率大于熔化时电弧功率，这样可以节约能源，降低成本。
本发明与现有技术相比的优点在于：
采用锡块、少量SnO2粉末和微量的Bi2O3粉末为原料，在锡块熔化时，分散的SnO2粉末可以降低锡液热的传导，使电弧的作用更加集中，分散的SnO2成为热点，加速了锡的中间态氧化物的生成和气化，同时，锡的中间态氧化物具有较低的沸点，更易气化。微量的Bi2O3粉末在高温气化过程中进入氧化锡的晶格，可以有效降低粉末的安息角，改善粉末的流动性，提高了粉末的分散性，而微量的Bi元素的掺入对SnO2纯度的影响极小。最后通入压缩空气使锡的氧化物完全氧化，提高了SnO2的结晶度。同时可以有效降低粉末的温度，利于收集。本发明所采用设备简单、能耗低，过程绿色环保，制得的粉末纯度高、粒度分布均匀，团聚少，分散性好，在相同的BET下，粒度分布D50更小，同时生产效率高，金属锡直接电弧加热气化，每小时不足5Kg，本发明方法产量可达15kg以上，可以实现工业化规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
将一定质量的金属锡块置于石墨坩埚中，同时加入最终产物质量的5％的粒径范围为100～200nm的SnO2粉末和20ppm的Bi2O3粉末，直接采用电弧加热，电弧电压50V，电流1000A，至锡块完全溶化后，搅拌混合均匀，使SnO2粉末和Bi2O3粉末分散到锡液中；加大电弧发生功率至电压80V，电流1200A，Sn与SnO2在电弧作用下生成锡的中间态氧化物，锡的中间态氧化物与Bi2O3的混合物气化复合，Bi2O3粉末在高温气化过程中进入氧化锡的晶格，后续通过吹入3000m3/h压缩空气使气化氧化物冷却至200℃以下，每小时收的氧化锡粉末15.2Kg，粉末BET为8.4m2/g，粒度测试D50为320nm。
实施例2
将一定质量的金属锡块置于石墨坩埚中，同时加入最终产物质量的25％的粒径范围为100～200nm的SnO2粉末和50ppm的Bi2O3粉末，直接采用电弧加热，电弧电压100V，电流300A，至锡块完全溶化后，搅拌混合均匀，加大电弧发生功率电压150V，电流800A，锡的中间态氧化物与Bi2O3的混合物其气化，后续通过吹入6000m3/h压缩空气使气化氧化物冷却至200℃以下，每小时收的氧化锡粉末18.6Kg，粉末BET为9.8m2/g，粒度测试D50为280nm。
实施例3
将一定质量的金属锡块置于石墨坩埚中，同时加入最终产物质量的15％的粒径范围为100～200nm的SnO2粉末和50ppm的Bi2O3粉末，直接采用电弧加热，电弧电压70V，电流500A，至锡块完全溶化后，搅拌混合均匀，加大电弧发生功率电压70V，电流1500A，锡的中间态氧化物与Bi2O3的混合物其气化，后续通过吹入5000m3/h压缩空气使气化氧化物冷却至200℃以下，每小时收的氧化锡粉末16.3Kg，粉末BET为9.3m2/g，粒度测试D50为300nm。
实施例4
将一定质量的金属锡块置于石墨坩埚中，同时加入最终产物质量的30％的粒径范围为100～200nm的SnO2粉末和50ppm的Bi2O3粉末，直接采用电弧加热，电弧电压80V，电流600A，至锡块完全溶化后，搅拌混合均匀，加大电弧发生功率电压120V，电流1000A，锡的中间态氧化物与Bi2O3的混合物其气化，后续通过吹入4000m3/h压缩空气使气化氧化物冷却至200℃以下，每小时收的氧化锡粉末17.5Kg，粉末BET为8.9m2/g，粒度测试D50为290nm。
对比例
将一定质量的金属锡块置于石墨坩埚中，直接采用电弧加热电压50V，电流1000A，至锡块完全溶化后，加大电弧发生功率电压80V，电流1200A，使其气化，每小时收的氧化锡粉末4.1Kg，粉末BET为8.2m2/g，粒度测试D50为530nm。
Claims (7)
1.一种快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，包括步骤：S1、熔化分散工序：将锡块、SnO2粉末和Bi2O3粉末一起加入到反应器中，经电弧加热后锡块融化并搅拌使SnO2粉末和Bi2O3粉末分散到锡液中；S2、气化复合工序：继续电弧加热，Sn与SnO2在电弧作用下生成锡的中间态氧化物，所述锡的中间态氧化物及Bi2O3在电弧作用下气化并在高温作用下复合；S3、氧化冷却工序：气态的复合氧化物在压缩空气的作用下氧化并快速冷却，收集即可得到纳米氧化锡粉体。
2.根据权利要求1所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述步骤S1中SnO2粉末的添加量为最终制得的纳米氧化锡粉体质量的5～30％。
3.根据权利要求2所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述步骤S1中SnO2粉末为纳米级SnO2粉末。
4.根据权利要求1所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述步骤S1中Bi2O3粉末的添加量在最终制得的纳米氧化锡粉体中的质量含量为10～90ppm。
5.根据权利要求1所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述步骤S3中气态的复合氧化物冷却至200℃以下后进行收集。
6.根据权利要求1所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述压缩空气的流量控制在3000～6000m3/h。
7.根据权利要求1所述的快速制备高分散纳米氧化锡粉体的方法，其特征在于，所述步骤S1熔化分散工序时电弧参数为50～100V、300～1000A，所述步骤S2气化复合工序时电弧参数为70～150V、800～1500A。
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