CN1389701A - 纳米氧化物粉体的热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备,属纳米材料技术领域。该煅烧方法是将需要煅烧分解的各种有机、无机盐类干燥的纳米中间粉体,在煅烧设备中,用加热的气流携带,在悬浮状态下通过煅烧分解,形成氧化物的纳米粉体产品。该煅烧设备由热源装置、气流净化装置、加料装置、多段煅烧装置、冷却装置、粉体收集装置、引风装置配套组成。用此煅烧方法和煅烧设备获得的纳米氧化物产品粒径均匀、活性高,是一种适用于工业化大生产的纳米氧化物材料的煅烧方法和煅烧设备。
Description
一、技术领域
本发明的纳米氧化物粉体的热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备，属纳米材料技术领域，它涉及的是将需要煅烧的各种有机、无机盐类的纳米中间粉体产物，经热气流携带在悬浮状态下进行煅烧分解，生产制备氧化物纳米粉体产品。
二、背景技术
氧化物纳米粉体是无机纳米材料的一个重要的领域，在国民经济中有着广泛的应用。此类材料在生产过程中，都需要有一个煅烧的过程，以将中间盐类分解为氧化物。传统的微米级氧化物产品煅烧方法和设备一般有：隧道窑煅烧方法及设备、滚筒煅烧方法及设备。这些方法与设备用于纳米氧化物的煅烧，问题在于煅烧不均匀，造成纳米粒径宽域分布，影响纳米产品的使用性能。近年来，国内外出现了一种用于微米级氧化物粉体的悬浮态煅烧方法及设备，是直火燃烧加热，将需煅烧的微米粉体物料在大于1000℃的气流悬浮状态下，通过一段煅烧装置，在1-2秒钟的瞬间完成煅烧，生产氧化物产品。用此方法及设备来煅烧氧化物的纳米粉体，主要缺点在于煅烧温度太高，纳米粒子烧结严重，粉体活性大幅度降低，影响了产品的质量。如降低煅烧温度，其一因直火燃烧不完全，未燃尽杂质污染产品，影响了产品质量；其二在低温状态下煅烧时间太短，分解不完全，影响产品主成份含量。本发明是在吸收和改进传统悬浮态煅烧方法及设备的基础上，改变热源装置、降低煅烧温度、延长煅烧时间而形成的可用于氧化物纳米粉体煅烧的一种方法与设备。用此改进方法煅烧获得的纳米氧化物产品，粒径均匀、活性高、生产成本降低，产品无污染，解决了纳米材料工业化生产的一个难题。
三、发明内容
本发明的目的在于为社会提供一种纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备。涉及的是将需要煅烧分解的各种有机、无机盐的纳米中间粉体，用加热的气流携带物料，在悬浮状态下进行煅烧分解，获得氧化物的纳米粉体产品。
技术方案内容包括煅烧方法和煅烧设备两部分。
这种纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法，是煅烧纳米级氧化物的生产工艺方法，该方法是将需要煅烧分解的各有机和无机盐类的纳米干燥粉体，用加热的气流携带，进入煅烧设备里，在悬浮状态下进行煅烧分解，制备成氧化物纳米粉体产品。所述需要煅烧分解的有机和无机盐类的纳米干燥粉体包括锌盐、镁盐、钛盐、铁盐、钴盐、镍盐、铜盐和复盐等，而经煅烧制备成的便是这些金属盐类的金属氧化物或复合金属氧化物纳米粉体。技术特点在于：采用加热的净化气流，携带需煅烧分解的纳米中间粉体，在可调控的较低温度下，进入至少有两个煅烧区段构成的具有较长或超长热气流悬浮态煅烧区间或通道的煅烧设备中，在较长的煅烧时间内，悬浮状态进行煅烧分解，以制备纳米氧化物粉体。
如上所述纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法，详细技术要点还有：所述的加热气流是预先经过滤尘、除杂、净化、纯化工艺和装置处理的气流，如用筛、网、布袋、列管、液体(如水)等除杂、除尘、过滤、净化的工艺和形成的设备，经加热其温度范围控制在较低的200℃-900℃，热气流悬浮态煅烧时间可控制在较长的1-30秒。该纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法的操作工艺规程如下：1.煅烧前的准备工作：将煅烧设备系统所有生产设备，以及煅烧有关的中间纳米粉体、燃料、气、水(冷却用等)、电、闸、开关、阀门等一切准备就绪，等待开工生产；2.开工生产：开始供给电力、动力、热源、水、气、物料等，使全部煅烧设备系统启动工作并调控达到所需要的煅烧条件与环境，它们包括：选定和设定的热气流流速、流量、中间粉体携带量、煅烧温度、煅烧时间等；3.进行煅烧：按选定和设定的煅烧条件配送净化热气流、携带纳米中间粉体等，进入较长煅烧设备中，在选定的煅烧工艺条件下悬浮状态进行煅烧生产，直至煅烧中间粉体完毕；4.煅烧完的结尾工作：以开工生产的逆程序关闭阀门、开关、电闸等，关断电力、动力、热力、水、气、物料供给等，停止煅烧设备系统所有设备运行。
纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法使用的煅烧设备，是把需要煅烧分解的有机和无机盐类的干燥纳米粉体，采用加热气流携带，在悬浮状态下，进行煅烧分解，制备成纳米级氧化物粉体，该煅烧设备包括有：气流净化装置、热源装置、加料装置、煅烧装置、冷却装置、粉体收集装置、引风装置，还可以有它们的多功能控制部分，共同配套连接组成了煅烧设备系统，技术特点在于：所述的煅烧装置是一个至少有两个煅烧区段构成的具有较长或超长热气流悬浮态煅烧区间或煅烧通道的煅烧装置。
如上所述的纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法使用的煅烧设备，详细技术要点还有：a.所述的加料装置是一个可以调控进料的螺旋加料器，它进口连接煅烧物料仓，它的出口连接在热气流管道上；b.所述的热气流净化装置由气流的滤尘、除杂、净化、纯化四部分连接组成，如用公知技术的筛、网、布袋、列管、液体(水)等构成的除尘、过滤、净化的装置。它的进气口连接气源，出气口连接到热源装置进气口上；c.所述的煅烧装置为圆筒状空腔立式结构，可由至少两个的多个连接组成，第一个煅烧装置下部有一个与圆筒腔成切线的进气口，其顶部的出气口连接第二个煅烧装置之进气口，该进气口仍为切线进气口，第二个煅烧装置出气口可连接下一个煅烧装置之进气口，该进气口也仍为切线进气口，最后一个煅烧装置出气口与冷却装置的进气口连接一起，所述的圆筒状煅烧装置需要几个组成应依据煅烧物料的要求而定，一般需要2-8个为宜，从第二个煅烧装置开始其进气口可增加一个热气流补充进口，该补充进气口和热源装置连接，还可设气流量调节阀门，补充热气流的多少及热气流温度的高低，视具体煅烧物料要求的几个煅烧装置间的温度曲线来定和调控；d.所述的冷却装置为中空夹套结构，其中空部分是热气流与悬浮物料通道，它的进口与煅烧装置出口连接，其出口与粉体收集装置进口连接，外层夹套部分是过冷却介质的立式夹层或夹套的列管状结构，冷却介质可以是水、空气等；e.所述的热源装置，可以是以煤、各种石油制品的油、重油等为燃料的高温热风炉的间接式加热装置；也可以是石油液化气、煤气、天然气、其它可燃气体等清洁能源的直接式加热装置；也可以是电加热装置；还可以是上述的联合加热装置，热力可进行分段、分别供应，目的是取的一定温度的、清洁的热气流；f.所述的粉体收集装置，为标准设计的旋风分离器、脉冲除尘器联合组装而成；所述的引风装置，由标准设计的高压引风机为主构成。g.所述的煅烧设备系统还可以带有多功能控制部分，它包括有控温度、控进料、控气流、控净化、控热源、控冷却、控压力、控收集的自动控制机构，这些控制机构均由电子控制电路及其信息采集的传感器和控制的执行部件组成，这些均可由公知技术设计实现。
本发明热气流悬浮态煅烧纳米氧化物的方法，改进了热源与热气流，降低了煅烧温度，延长了煅烧时间，形成了可工业化生产的纳米氧化物粉体的方法，同时改进了热源装置，煅烧装置，增加了气流净化装置等，使之配套组成了适用于工业化生产纳米氧化物的煅烧设备。采用本发明的热气流悬浮态煅烧方法和煅烧设备，制得的纳米氧化物材料具有粒径均匀、活性好、质量高、生产成本低、产品无污染等优点，是值得推广应用的煅烧方法和设备。
四、附图说明
图1是热气流悬浮态煅烧氧化物的煅烧设备系统方框图；
图2是热气流悬浮态煅烧氧化物的煅烧设备系统结构示意图；
在图1-2中，相同物件采用统一标号。其中：1.气流净化装置；2.热源装置；3.加料装置；4.煅烧装置；5.冷却装置；6.粉体收集装置；7.引风装置；8.料仓；9.气流净化器；10.高温热风炉；11.列管除尘器；12.引风机；13.二次煅烧室；14.直火燃烧器；15.电加热器；16.加料器；17.进口；18.煅烧1区段；19.出口；20.煅烧2区段，18与20组成至少两个煅烧区段的煅烧装置；21.热气流补充进口；22.冷却器；23.鼓风机或水泵；24.冷却介质出口；25.收集器；26.旋风分离器；27.脉冲除尘器；28.高压引风机。
五、具体实施办法
实施例一 纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备
1、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧设备
该例一之1所述的纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法所使用的煅烧设备系统的组成情况由图1之方框图示出。如图所示，该煅烧设备包括有：气流净化装置1、热源装置2、加料装置3、煅烧装置4、冷却装置5、粉体收集装置6、引风装置7、料仓8，还可以带有它们的多功能控制部分，配套连接组成了煅烧设备系统。这套煅烧设备系统的具体结构由图2示出，图中所述的热气流净化装置由气流的滤尘、除杂、净化、纯化的9与11两个装置组成，其中9为气流净化器，11为列管除尘器，均采用的是筛、网、布袋、列管、液体(水)等除尘、过滤、净化的工艺方法与结构，这些都是公知技术内容，它的进气口连接气源，出气口连接到热源装置之一的高温热风炉10的进气口上。所述的加料装置是一个可以调控进料的螺旋加料器16，它进口连接煅烧物料仓，它的出口连接在热气流管道17上。所述的煅烧装置为圆筒状空腔立式结构，可由至少两个连接组成，本例中由18-20两个煅烧区段的装置构成了有较长煅烧通道的煅烧装置，第一个煅烧装置18下部有一个与圆筒腔成切线的进气口17，其出气口19连接第二个煅烧装置20之进气口，该进气口仍为切线进气口，第二个煅烧装置20出气口与冷却装置22的进气口连接一起，所述的圆筒状煅烧装置需要几个组成应依据煅烧物料的要求而定，一般在2-8个为宜，本例中采用两个组成，从第二个煅烧装置20开始的进气口17可增加一个热气流补充进口21，该补充进气口21和热源装置10连接补充热气流，补充热气流的多少及热气流温度的高低，视具体煅烧物料要求的共几个煅烧装置间的温度曲线来定。所述的冷却装置是冷却器22，它为中空夹套结构，其中空部分是热气流与悬浮物料通道，它的进口与煅烧装置出口连接，其出口与粉体收集装置25的进口连接，外层夹套部分是过冷却介质的立式夹层或列管状夹套结构；冷却介质可以是水冷却，也可以是空气冷却，其动力装置是鼓风机或水泵23。所述的热源装置，可以是以煤、各种石油制品的油、重油等为燃料的高温热风炉的间接式加热装置；也可以是石油液化气、煤气、天然气、其它可燃气体等清洁能源的直接式加热装置。该例中的热源装置包括辅助热源高温热风炉10及它的引风机11，主热源直火燃烧器14和二次燃烧室13、及本例中未用的电加热器15等组成联合热源装置，还包括它们的输出入管道及阀门等。所述的粉体收集装置25，为标准设计的旋风分离器26、脉冲除尘器27联合组装而成；所述的引风装置28，由标准设计的高压引风机为主构成，主要靠引风机强力引风，形成整个煅烧设备系统中的悬浮态热气流的畅通。此外该例的煅烧设备系统还可以带有多功能控制部分，它包括有控温度、控进料、控气流、控净化、控热源、控冷却、控压力、控收集的自动控制机构，这些控制机构均由电子控制电路及其信息采集的传感器和控制的执行部件组成，这些均可由公知技术设计、制造和组装一起，由于图面所限，这部分未在图2中示出。
该例所述的全套煅烧设备系统的工作过程如下：①作好设备系统启动前的一切准备工作，包括所需生产物料准备、热动力准备、调控阀门等准备；②首先供给电力、动力、热力、气流、水等，陆续启动图2中之9-16及17-28各设备装置；③选定并调控煅烧的净化热气流、煅烧温度、煅烧时间等煅烧参数，在煅烧装置18-20中进行试生产；④在调控好煅烧工艺条件下，正式进行纳米氧化物的煅烧生产，直至该批物料生产完毕；⑤以开始生产的逆程序依次陆续关断全套煅烧设备系统及电力、动力、热力、气、水、粉体等物料源。全套设备工作过程完。
2、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法
该例一之2的煅烧方法，结合图1-2看的很清楚，这是煅烧制备纳米级氧化物的生产工艺方法，该方法是：将需要煅烧分解的各有机和无机盐类的纳米干燥中间粉体，用加热的气流携带，进入煅烧设备里，在悬浮状态下进行煅烧分解，煅烧制备成氧化物的纳米粉体产品，这种方法可以煅烧分解的有机和无机盐类的纳米干燥粉体包括锌盐、镁盐、钛盐、铁盐、钴盐、镍盐、铜盐及其它金属盐和金属复盐等，而经煅烧制备成的便是这些金属盐类的金属氧化物或复合金属氧化物的纳米粉体。该方法的特点是：采用加热的净化气流，携带需煅烧分解的纳米中间粉体，在较低的温度下，进入具有至少有两个煅烧区段的较长或超长的煅烧区间或煅烧通道的煅烧装置中(如图2之18和20构成的煅烧装置中)，在较长的煅烧时间内，进行煅烧分解，制备纳米氧化物粉体。所述的加热气流是预先经过滤尘、除杂、净化、纯化工艺和装置处理的热气流，该气流可以是空气，也可以是氮气、氩气等保护性气体，具体根据煅烧物料的要求而定，此例中采用空气作热气流。所述的较低煅烧温度为700℃、或800℃、或900℃等。所述的较长的煅烧时间可为1秒、3秒、5秒等。该纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法的操作工艺规程如下：1.煅烧前的准备工作：将煅烧设备系统所有生产设备，以及煅烧有关的中间纳米粉体、燃料、气、水(冷却用等)、电、闸、开关、阀门等一切准备就绪，等待开工生产；2.开工生产：开始供给电力、动力、热源、水、气、物料等，使全部煅烧设备系统启动工作，并按选定或设定的煅烧参数进行调控，使之达到所需要的煅烧条件和环境；3.进行煅烧生产：调控配送净化热气流、携带煅烧纳米中间粉体进入较长煅烧设备，在选定的煅烧工艺条件下悬浮状态进行煅烧生产，直至煅烧粉体完毕；4.煅烧完的结尾工作：以开工生产的逆程序关闭阀门、开关、电闸等，关断电力、动力、热力、水、气、物料供给等，停止煅烧设备系统所有设备运行。
实施例二 纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备
1、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧设备
该例二之1的煅烧设备系统与例一之1中所述不同的有：1.煅烧装置可由图2的18、20等共3个、或共4个、或共5个连接构成具有超长煅烧区间或通道的煅烧装置，新增的装置加装在装置18-20之间；2.该例的煅烧设备系统可以不设有多功能自动控制的电子系统，这时可由人工及手控操作；3.以高温热风炉10为主热源，以电加热器15为补充提温热源。其余未述的全同于例一之1中所述的，不多重述。
2、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法
该例二之2的煅烧方法，与例一之2中所述不同的有：1.其净化热气流可以是空气，也可以是氮气、氩气等保护性气体；2.煅烧温度可为400℃、或500℃、或600℃；3.较长煅烧时间可以为8秒、或10秒、或12秒、或15秒。其余所述的全同于例一之2中所述的，不多重述。
实施例三 纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法及煅烧设备
1、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧设备
该例三之1的煅烧设备系统与例一与例二之1中所述不同的有：1.煅烧装置可由图2的18、20等共7个、或共8个连接构成具有超长煅烧区间或通道的煅烧装置；2.该例的煅烧设备系统也可以由计算机智能化实现在线的全自动控制，这些都可由公知电子技术、计算机应用技术设计实现；3.以高温热风炉10为热源。其余未述的全同于例一与例二之1中所述的，不多重述。
2、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法
该例三之2的煅烧方法，与例一与例二之2中所述不同的有：1.其净化热气流可以是空气，也可以是氮气、氩气等保护性气体；2.煅烧温度可为200℃、或300℃、或400℃；3.较长煅烧时间可以为15秒、或20秒、或25秒、或30秒。其余所述的全同于例一与例二之2中所述的，不多重述。
Claims (4)
1、一种纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法，是煅烧制备纳米级氧化物粉体的生产工艺方法，该方法是：将需要煅烧分解的各有机和无机盐类的纳米干燥中间粉体，用加热的气流携带，进入煅烧设备里，在悬浮状态下进行煅烧分解，煅烧制备成氧化物的纳米粉体产品，所述需要煅烧分解的有机和无机盐类的纳米干燥粉体包括锌盐、镁盐、钛盐、铁盐、钴盐、镍盐、铜盐和复盐，而经煅烧制备成的便是这些金属盐类的金属氧化物或复合金属氧化物的纳米粉体，特征在于：采用加热的净化气流，携带需煅烧分解的纳米中间粉体，在较低煅烧温度下，进入一个至少有2个煅烧区段构成的具有较长或超长的热气流悬浮态煅烧区间或煅烧通道的煅烧装置中，在较长的煅烧时间内，进行煅烧分解，以制备纳米氧化物粉体。
2、根据权利要求1所述纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法，特征在于：
a.所述的加热气流是预先经过滤尘、除杂、净化、纯化工艺和装置处理的热气流；
b.所述的较低煅烧温度为200℃-900℃；
c.所述的较长煅烧时间为1-30秒；
3、纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法使用的煅烧设备，是把需要煅烧分解的有机和无机盐类的干燥纳米粉体，采用加热气流携带，在悬浮状态下，进行煅烧分解，制备成纳米级氧化物粉体，该煅烧设备包括有：热源装置、气流净化装置、加料装置、煅烧装置、冷却装置、粉体收集装置、引风装置，它们配套连接组成煅烧设备系统，特征在于：
该配套连接组成的煅烧设备系统的煅烧装置，是一个至少有2个煅烧区段构成的具有较长或超长热气流悬浮态煅烧区间或煅烧通道的煅烧装置。
4、根据权利要求3所述的纳米氧化物粉体热气流悬浮态煅烧方法使用的煅烧设备，特征在于：
a.所述的加料装置是一个可以调控进料的螺旋加料器，它的进口连接煅烧物料仓，它的出口连接在热气流管道上；
b.所述的气流净化装置由气流的滤尘、除杂、净化、纯化四部分装置连接组成，它的进气口可连接气源，出气口连接到热源装置进气口上；
c.所述的煅烧装置为圆筒状空腔立式结构，可由至少2个的多个连接组成，第一个煅烧装置下部有一个与圆筒腔成切线的进气口，其出气口连接第二个煅烧装置之进气口，该进气口仍为切线进气口，第二个煅烧装置出气口可连接下一个煅烧装置之进气口，该进气口也仍为切线进气口，最后一个煅烧装置出气口与冷却装置的进气口连接一起；从第2个煅烧装置开始，其进气口可增加一个热气流补充进气口，该补充进气口和热源装置连接；
d.所述的冷却装置为中空夹套结构，其中空部分是热气流与悬浮物料通道，它的进口与煅烧装置出口连接，其出口与粉体收集装置进口连接，外层夹套部分是过冷却介质的立式夹层或列管状夹套结构；
e.所述的热源装置，可以是以煤、各种石油制品的油、重油为燃料的高温热风炉的间接式加热装置；也可以是石油液化气、煤气、天然气、其它可燃清洁能源的直接式加热装置；也可以是电加热装置；还可以是上述的联合加热装置；
f.所述的粉体收集装置，为标准设计的旋风分离器、脉冲除尘器联合组装而成；所述的引风装置，由标准设计的高压引风机为主构成。
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|---|---|---|---|---|
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Denomination of invention: Hot airflow suspension calcining method and apparatus for nano oxide powder Effective date of registration: 20101126 Granted publication date: 20051228 Pledgee: China Development Bank Co Pledgor: Luo Tianrong|Shanxi Feng Hai Nanometer Technology Co., Ltd. Registration number: 2010990000978 |
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