CN1289632A - 无机膜集成技术超细粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无机膜集成技术超细粉体的制备方法,将化学反应生成的含固料液加压至0.05—1MPa,连续循环通入孔径为0.05—10μm的无机膜的膜管内,其中液体介质及杂质离子径向渗透排出管外,浓度增至1~40%时,加洗涤液稀释至0.1~30%继续循环通入膜管,反复以上稀释和浓缩过程,直至渗透液中杂质离子浓度小于规定值,将料液喷雾干燥后得超细粉体。料液在连续流动状态下完成分离、洗涤和干燥过程,产率高。

Description

无机膜集成技术超细粉体的制备方法
本发明涉及一种无机膜集成技术超细粉体的制备方法,是将无机膜集成技术应用于湿化学反应液中固液分离及洗涤,从而制备粒径小于10μm的超细粉体产品的方法。
超细粉体一般是指微米、亚微米粒子的集合体。由于其优异的物理化学性能而被认为是21世纪材料研究的一个主方向。例如超细氧化钇是一种重要的高性能陶瓷材料,具有高温稳定性,将它分散到合金中,可得到超耐热合金;用超细氧化钇稳定的氧化锆粉末可烧结成高韧性、高强度的陶瓷,它还是激光材料、高亮荧光粉中应用较多的稀土氧化物。另外如超细氧化锌具有优异的电、磁、光、力学性能,作为一种新型材料在电子、冶金、化工医药和生物等领域展现出广阔的前景。超细粉体的制备一般先通过湿化学方法反应生成沉淀物,然后将该固体沉淀物从化学反应生成液中分离出来并洗涤洗除去固体表面的附着的杂质离子,干燥或进一灼烧后得超细粉体产品。超细粉体因其粒径小,传统的重力沉降法不可用,而以滤布为过滤介质的分离方法由于是靠滤饼层颗粒的架桥作用来实现颗粒的截留,一方面对超细颗粒的截留效果差,另一方面固体颗粒越小,滤饼层就越致密,则过滤阻力越大。从而使洗涤操作周期长,洗涤效果差,并耗用大量的洗涤液。加之此种分离洗过程必须间隙操作,效率低下且劳动强度大,限制了超细粉体产品的生产规模。
本发明的目的是提供一种无机膜集成技术超细粉体的制备方法,该方法能使超细粉体的制备工艺连续一体化,尤其可降低固液分离及洗涤过程的劳动强度,减少粉体流失,提高产率和工作效率。
本发明制备超细粉体的方法包括以下步骤:原料在液相中进行化学反应,将反应生成的含固料液经泵加压,在0.05-1Mpa压力下,连续通入孔径为0.01~10μm的无机膜的陶瓷膜管内,其中的部分液体介质及杂质离子透过无机膜的微孔径向错流排出管外;料液从膜管流出后返回料液槽,并继续循环不断增浓,至固含量达1~40%时,向料液中加入洗涤液稀释至固含量为0.1~30%并继续循环通入膜管,如此反复洗涤和浓缩,直至渗透液中杂质离子含量小于规定浓度时,将料液喷雾干燥得超细粉体。对于某些超细粉体产品的制备过程除上述步骤外,还需将喷雾干燥后的粉体进行高温灼烧分解后才能得到超细粉体最终产品。本发明中,含较粗颗粒的料液可增浓至较浓时才加入洗涤液,且稀释后的浓度也可较高,而含较细颗粒的料液则需在相对较稀的情况下加洗涤液,要求稀释后浓度也可相对较低。本发明所说的无机膜是由无机金属材料(如不锈钢、Ag、Pa等材料)或金属氧化物材料(如Al2O3、ZrO2等材料)制备的对称或非对称多孔膜。
上述洗涤液是普通水或去离子水。膜管工作过程中,会有固体微粒堵塞无机膜的微孔,影响膜的通透量,因此本发明定时或不定时采用加压的渗透液对膜管径向反冲,通过液体对膜管由外向内的加压反渗透过程,恢复膜的渗透通量。
本发明将无机膜分离技术集成于超细粉体的生产中,料液在膜管内错流分离,物料在连续循环流动的状态下完成分离、洗涤过程,整个工艺连续化,一体化。本方法制备超细粉体生产效率高,技术指标易于控制,产品质量及产率高,使超细粉体适于规模化生产。
附图是无机膜集成技术制备超细粉体的工艺流程图。
如图所示,原料经阀K1入反应器1内化学反应,反应生成的含固料液由阀K2通入贮槽2内,料液通过阀3、泵5经流量计6压入无机膜管7,并在膜管7内错流通过:部分液体介质径向透过膜管进入贮罐8收集或由阀K10排放;增浓了的料液通过阀K6返回贮槽2。料液在膜管7与料液槽2之间不断循环流动,并由于此液体介质的分离而逐渐增浓,当浓度达到某设定值时,开启阀K7,从贮槽4向料液槽2加入洗涤液,将料液稀释至某设定浓度,继续重复以上过程,直至从K10出来的渗透液中杂质离子含量小于规定值时,将阀门K3开启。料液经泵3送入喷雾干燥塔11中干燥得超细粉体产品,或进一步开启K11,通入灼烧炉12中高温分解得产品,图中高压气瓶10和气体缓冲罐9用于对贮罐8内的渗透液加压反冲。定时或不定时开启阀K9,使罐8内渗透液增压,对膜管反冲,恢复膜的通量。
下面结合上述附图说明本发明方法制超细粉体的实施例。
实施例一超细氧化钇粉体的制备
在反应器1中加入草酸溶液和氯化钇溶液,控制反应条件,反应生成含草酸钇沉淀的料液约110g,固含量约为7%,其中氯离子浓度为1M。测得草酸钇沉淀的粒径为2.54μm。膜管7为孔径为0.2μm的无机膜的膜组件,按以下步骤操作:开启阀K2,料液从反应器进入料液槽2内,用去离子水稀释至固含量为5%,随后由料液泵5经流量计6进入膜管7内,操作压力为0.2Mpa,错流速率为1.5m/S。料液中所含的氯离子随透过膜管的渗透液进入贮罐8中,经阀K10排出。被浓缩了的料液经K6返回到料液槽2中。上述循环过程反复进行至料液固含量达25%时,开启阀K7进行洗涤过程,此时由贮槽4向料液槽2内加入去离子水,将料液稀释至固含量为5%,继续上述循环过程。料液在逐级稀释-浓缩中完成洗涤和分离过程。用氯离子选择性电极检测从阀K10放出的渗透液中氯离子浓度,当氯离子浓度小于50ppm时停止洗涤,并通过稀释或再浓缩使料液中固含量调整到10~30%,将料液由泵3输送至喷雾干燥器11进行喷雾干燥,控制气体入口温度300℃,出口温度100℃。将干燥的粉体通入灼烧炉12中灼烧一小时,得到粒径为0.6~0.8μm的超细氧化钇粉体。
实施例二超细氧化锌粉体的制备
反应器中投入氯化锌、尿素溶液各150ml,混合。在80~90℃水浴中反应70分钟,反应生成的含固料液先选用膜孔径为0.2μm的膜管,采用与实施例一相同的条件进行逐级稀释-浓缩至氯离子浓度小于30ppm,随后稀释至固含量为0.5%,再选用膜孔径为0.8μm的膜管进行分离,小于0.8μm的颗粒随渗透液径向排出,大于0.8μm的颗粒随料液从膜管内轴向流出。最后选用膜孔径为50nm及0.8μm的两种膜管分别对上述分离出的径向渗透液及轴向流出料液进一步逐级稀释浓缩至含固量达30%,所得的两种料液在400℃下喷雾干燥热分解,分别得到粒径为20~30nm及80~100nm的两种规格的超细氧化锌粉体。

Claims (5)

1.无机膜集成技术超细粉体的制备方法,其特征是包括以下步骤:原料在液相中进行化学反应,将反应生成的含固料液经泵加压,在0.05-1Mpa压力下,连续通入孔径为0.01~10μm的无机膜的陶瓷膜管内,其中的部分液体介质及杂质离子透过无机膜的微孔径向错流排出管外,料液从膜管流出后继续循环并不断增浓增浓,至固含量达1~40%时,向料液中加入洗涤液稀释至固含量为0.1~30%并继续循环通入膜管,如此反复洗涤和浓缩,直至渗透液中杂质离子含量小于规定浓度时,将料液喷雾干燥得超细粉体。
2.根据权利要求1所述的无机膜集成技术超细粉体的制备方法,其特征是干燥粉体送入灼烧炉内灼烧分解。
3.根据权利要求1所述的无机膜集成技术超细粉体的制备方法,其特征是洗涤液是普通水或离子水。
4.根据权利要求1、2、3所述的无机膜集成技术超细粉体的制备方法,其特征是所说的无机膜是由无机金属或金属氧化物材料制备的对称或非对称多孔膜。
5.根据权利要求4所述的无机膜集成技术超细粉体的制备方法,其特征是定时或不定时采用加压渗透液对无机膜反冲恢复通量。
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