IT8319819A1 - Processo e apparecchio per la preparazione di particelle di ossidi metallici monodisperse, sferiche, non aggregate e di dimenstone inferiore al micron - Google Patents

Processo e apparecchio per la preparazione di particelle di ossidi metallici monodisperse, sferiche, non aggregate e di dimenstone inferiore al micron Download PDF

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Description

"PROCESSO E APPARECCHIO PER LA PREPARAZIONE DI PARTICELLE DI OSSIDI METALLICI MONODISPERSE , SFERICHE, NON AGGREGATE E DI DIMENSIONE INFERIORE AL MICRON"
Riassunto
La presente invenzione riguarda un processo e un apparecchio per ottenere particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate mediante reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzabile . Il processo ? caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile , si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura e la portata delle due correnti gassose essendo tali da creare nel condotto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico; le correnti gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condotto, con un numero di Reynolds uguale o superiore a 1800; all'uscita dal condotto l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido.
La presente invenzione si riferisce ad un processo e ad un apparecchio per la preparazione di particelle di ossidi metallici monodisperse, di forma sferica, non aggregate e di dimensione media inferiore al micron. Pi? particolarmente essa riguarda un processo e un apparecchio per la preparazione di tali particelle di ossidi metallici,in particolare TiO^j A^ -
metallici idrolizzabili ad ossidi idrati mediante reazione con vapor d'acqua.
Il biossido di titanio prodotto sotto forma di particelle sferiche, submicroniche, non agglomerate e a stretta dispersione ha molteplici e sofisticate applicazioni. Con tali caratteristiche, che gli conferiscono le migliori propriet? ottiche e pigmentarie, pu? essere impiegato nell<1 >'"electrophoretic image display", dove l'uniformit? di dimensione fra le particelle consente di ottenere delle sospensioni colloidali assolutamente stabili, senza variazione di concentrazione a causa di diverse velocit? di sedimentazione tra le particelle stesse.
Una polvere di TiO monodisperso ? impiegata anche nella realizzazione di materiali sinterizzati, specie nel campo delle ceramiche, in quanto consente una riduzione della temperatura e del tempo di sinterizzazione, con un aumento della resistenza meccanica del materiale.
Esistono inoltre altre possibilit? di applicazione speciale in fotografia, elettronica, ecc . che riguardano anche altri tipi di ossidi metallici come Al 0 , ZrO , ecc.
Attualmente sono noti vari metodi di produzione di TiO^ e altri ossidi metallici di forma sferica e con ristretta distribuzione granulometrica. Fra questi figurano:
- l'idrolisi di soluzioni di TiCl, a temperatura elevata, in presenza di H SO ;
- la decomposizione di composti chelati in soluzioni fortemente saline;
- la trasformazione di fase e la ricristallizzazione di un ossido metallico.
Questi metodi hanno l'inconveniente di avere una bassa produttivit? e di fornire delle particelle agglomerate e non sempre sferiche.
Particelle di TiO? sferiche, submicroniche, non agglomerate e a ristretta distribuzione granulometrica sono ottenute con il procedimento del brevetto USA 4241042. Secondo questo processo si forma un aerosol di un composto liquido idrolizzabile di titanio in una corrente gassosa con moto laminare e si fa reagire questa corrente con vapor d'acqua, per cui si formano particelle di TiO^ idrato, che vengono calcinate. I ? risultati migliori si ottengono, con questo processo, usando un nucleante solido come germe per la condensazione delle particelle liquide di composto idrolizzabile di titanio. E<1 >quindi raccomandabile, in questo processo, l'installazione di un generatore di nuclei solidi.
Uno scopo della presente invenzione ? di fornire un processo semplice, che non richieda la generazione di nuclei solidi, per la preparazione di particelle di ossidi metallici monodisperse, di forma sferica, non aggregate e di dimensione inferiore al micron.
Un altro scopo ? di fornire un processo che possa essere facilmente portato su scala industriale.
Un altro scopo ? di fornire un apparecchio adatto alla realizzazione del processo.
I due primi scopi ed altri ancora vengono raggiunti dal processo oggetto della presente invenzione per ottenere particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate mediante reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzabile . Questo processo ? caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile, si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura e la portata delle due correnti gassose essendo tali da creare nel condotto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico; le correnti gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condotto, con un numero di Reynolds uguale o superiore a l800; all'uscita dal condotto l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido .
Per gas inerte, si intende un gas che non reagisca con il composto metallico idrolizzabile. Fra i gas idonei si possono citare ad esempio l'aria e l'azoto. Occorre ovviamente che il gas sia secco per impedire una reazione intempestiva fra il composto metallico e il vapor d'acqua.
La corrente di gas inerte contenente i vapori di composto metallico pu? essere ottenuta con-metodi noti. Si pu? formare un aerosol di goccioline liquide del composto metallico nel gas inerte, ad esempio mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi ed evaporare successivamente 1<1 >aerosol per riscaldamento della corrente di gas. Si pu? anche far bollire sotto vuoto il composto metallico e trascinare i vapori con una corrente di gas inerte caldo. Preferibilmente, si forma un aerosol del composto metallico nella corrente di gas inerte che viene evaporato prima di mandare la corrente nel condotto.
Preferibilmente il composto metallico idrolizzabile ? un composto di Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga o Fe e, pi? preferibilmente, un composto di Ti.
Fra i composti metallici idrolizzatili con vapor d'acqua si possono citare ad esempio:
- per il titanio: 1'isopropiltitanato e l'etossido di titanio; - per l'alluminio: l'alluminio sec-butossido , terz-butossido , n-butossido e isobutossido ;
- per lo zirconio: 1'isopropilzirconato e lo zirconio-n-propossido .
Per gli altri metalli si possono usare composti simili. La temperatura della corrente di gas freddo ? tale che tenendo conto della temperatura della corrente di gas contenente i vap?ri di composto metallico e della portata delle due correnti di gas, la temperatura nel condotto sia inferiore a quella di condensazione dei vapori di composto metallico. Si opera in modo da avere nel condotto un numero di Reynolds uguale o superiore a l800. Nel condotto, la turbolenza ? elevata, anche per i valori di uguali o di poco superiori a 1800 e il mescolamento delle correnti, con formazione dell'aerosol, avviene rapidamente dentro il condotto stesso.
Il numero di Reynolds nel condotto ? comunemente superiore a 2000. Il valore superiore del numero di Reynolds pu? essere di 100.000 o oltre; pi? comunemente tale valore superiore ? di circa 10.000
La scelta della temperatura a cui fare avvenire la condensazione per ottenere un prodotto monodisperso ? critica: deve essere determinata sperimentalmente per ogni composto metallico, anche in funzione della sua concentrazione nei gas di trasporto nel condotto.
Nel caso dell <1 >isopropiltitanato , la temperatura di condensazione deve essere inferiore a 90?C. Buoni risultati si ottengono ad esempio operando fra una temperatura pari a 40?C e una temperatura inferiore a 90?C. Dal condotto esce un aerosol di goccioline di composto metallico sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate; queste propriet? si conservano nelle particelle solide di ossido metallico idrato ottenute dopo l'idrolisi e nelle particelle solide di ossido metallico ottenute dopo la calcinazione.
Il vapor d'acqua pu? essere introdotto tal quale o in una terza corrente gassosa, costituita ad esempio da aria o azoto.
In quest'ultimo caso si pu?, ad esempio, formare, mediante un nebulizzatore, un aerosol di goccioline d'acqua in una corrente di gas ed evaporare successivamente l'acqua mediante riscaldamento della corrente.
Preferibilmente il condotto ? un eiettore e, in tal caso, nella camera dell'eiettore si alimenta la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile e nell'ugello dell'eiettore si alimenta la corrente di gas inerte freddo. I valori del numero di Reynolds definiti in precedenza si riferiscono alla parte convergente dell'eiettore. Nel caso di un eiettore, il mescolamento delle correnti gassose, con formazione dell'aerosol, avviene rapidamente dentro l'eiettore stesso, prevalentemente o interamente nella sua parte convergente.
La temperatura di idrolisi non ? critica: si pu? ad esempio operare fra 25? e 70?C. Eventualmente si pu? raffreddare almeno la parte inferiore della camera di idrolisi. Poich? la sezione della camera di idrolisi ? superiore a quella del condotto o dell'eiettore, il moto dei gas nella camera di idrolisi diventa rapidamente laminare (con R compreso ad esempio fra 100 e 500). Ci? limita il rischio di coalescenza delle goccioline provenienti dal condotto o dall'eiettore.
Il vapor d'acqua viene preferibilmente alimentato alla camera di idrolisi in notevole eccesso rispetto alla stechiometria della reazione di idrolisi: ad esempio si usano quantit? di acqua corrispondenti a 1,5 - 12 volte il rapporto stechiometrico .
Il volume della camera di idrolisi, tenendo conto della portata totale dei gas, ? scelto in modo tale che il tempo di contatto fra le particelle di composto idrolizzabile e il vapor d'acqua assicuri una completa idrolisi, anche all'interno delle particelle. Nel caso dell'isopropiltit anato un tempo di contatto di almeno 25 secondi d? buoni risultati.
Le particelle di ossido metallico possono essere separate dalla corrente gassosa prima o dopo la calcinazione . Se la separazione avviene prima della calcinazione, ? conveniente riscaldare la corrente gassosa, ad esempio tra 100 e 140?C, per favorire il completamento dell'idrolisi all'interno delle particelle solide gi? formate e asciugarle prima della separazione. La separazione pu? essere effettuata ad esempio in cicloni, su filtri o mediante deposizione elettrostatica. La calcinazione successiva alla separazione pu? essere effettuata ad esempio in forno statico: un'idonea temperatura di calcinazione per ottenere TiO anatasio in forno statico ? compresa fra 550? e 580?C. Se la separazione avviene dopo la calcinazione, la calcinazione avviene nella corrente gassosa stessa .
L'invenzione riguarda anche un apparecchio per la produzione di particelle di ossidi metallici sferiche, subraicroniche, monodisperse e non aggregate. L'apparecchio, schematizzato nella figura, ? caratterizzato dal fatto di consistere di un eiettore 1 convergente-divergente terminante con una parte cilindrica 8 che penetra coassialmente nel fondo curvo 6 di una camera cilindrica 5> il cui diametro ? almeno doppio rispetto al diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore] il fondo curvo 6 della camera cilindrica ? sormontato da un piatto forato 7 attraversato coassialmente dall'estremit? della parte cilindrica 8 dell'eiettore; nell'ugello 2 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte freddo; nella camera 3 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte 4 contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile ; nel fondo curvo 6 della camera cilindrica sono provvisti uno o pi? fori 9 per l'introduzione del vapor d'acqua; a valle della camera cilindrica 1 'apparecchio termina con.un dispositivo convenzionale (non rappresentato in figura) per separare l'ossido metallico idrato dalla corrente gassosa e con un forno convenzionale (con rappresentato in figura) per calcinare l'ossido idrato ad ossido .
Il rapporto fra il diametro della camera cilindrica 5 e il diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore ? comunemente compreso fra 2 e 15?
Una variante dell'apparecchio consiste nel fatto che il forno per la calcinazione dell'ossido metallico idrato trasportato dalla corrente gassosa viene posto prima del dispositivo per separare l'ossido dalla corrente stessa.
I seguenti esempi vengono forniti allo scopo di meglio illustrare il concetto inventivo del presente trovato.
ESEMPIO 1
Si utilizza l'apparecchio della figura 1 per produrre una polvere di TiO . L'eiettore ha le seguenti caratteristiche: diametro dell'ugello: 3 rum; diametro della camera dell'eiettore: 14 mm; diametro della strozzatura: 5 mm; diametro dell'estremit? superiore della parte divergente: 15 mm, lunghezza della parte convergente: 55 mm; lunghezza della parte divertente: 60 mm; lunghezza della parte cilindrica: 30 mm .
La camera d'idrolisi ha un diametro interno di 90 mm e un volume di 14 litri.
Come gas di trasporto si usa aria. Come composto di titanio si usa isopropiltitanato . In una corrente di aria secca con una portata di 390 l/h (misurata a temperatura ambiente) si produce un aerosol di isopropiltitanato mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi. L'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d'aria. Prima di entrare nella camera dell'eiettore, la temperatura della corrente ? di l65?C.
Una seconda corrente di aria secca con una portata di
580 l/h (misurata a temperatura ambiente) viene raffreddata a + 2?C prima di entrare nell'ugello dell'eiettore.
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore risulta di circa 65?C mentre il numero di Reynolds nella*parte convergente dell'eiettore ? di circa 3?000.
In una terza corrente di aria, con una portata di 705 1/h (misurata a temperatura ambiente), si produce un aerosol di acqua distillata mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi. L'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d'aria, prima del suo ingresso nella camera di idrolisi .
Nella camera di idrolisi, il tempo di contatto ? di circa 30 secondi e il rapporto moli di acqua_ ? di cirmoli di isopropiltitanato
ca 8.
La corrente gassosa che esce dalla camera di idrolisi ? riscaldata esternamente a circa 120?C e l'ossido idrato di titanio ? abbattuto in 3 cicloni in serie. Il prodotto, esaminato al microscopio elettronico, ha dato le seguenti caratteristiche granulometriche:
D (diametro medio lineare): 0 82 ^m
n
6 (grado di dispersione): 0 15
D
n
D
W
(indice di polidispersione ): 1,07
D
n
Queste grandezze e il loro metodo di determinazione sonQ descritte da Edward A. Collins, John A. Davidson e Charles A. Daniels, Review of Common Methods of Particles Size Measurement, Journal of Paint Technology, voi. 47, No. 604, maggio 1975-Le particelle sono perfettamente sferiche, non agglomerate e disperdibili in acqua.
La resa ? di 30% circa, valutata sul titanio (il resto essendo sfuggito ai cicloni). Con un sistema di separazione pi? efficiente (ad esempio un filtro assoluto a membrana) si pu? presumere che la resa si sarebbe avvicinata al 90% circa. La produttivit? ? risultata di circa 4 g/h di TiO idrato.
Calcinando il TiO^ idrato in un forno statico a 560?C si ottiene TiO anatasio con caratteristiche granulometriche inalterate .
ESEMPIO 2
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio 1, tranne quelle esplicitamente descritte.
La prima corrente gassosa (aria isopropiltitanato ) ha una portata di 300 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di l80?C prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente (aria fredda) ha una portata di 450 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 21?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente (aria vapor d'acqua) ha una portata di 700 l/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 85?C mentre il numero di Reynolds nella parte con vergente dell'eiettore ? di circa 2.800. Le caratteristiche granulometriche del TiO idrato sono le seguenti:
dn = 0,94yMm 6 = 0,16 _ w_ 1,08.
d
n n
La produttivit? ? stata di circa 5 g/h di TiO^ idrato con un rendimento del 50% valutato sul titanio.
ESMEPIO 3
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio i} tranne quelle esplicitamente descritte.
La prima corrente gassosa (aria isopropiltit anato) ha una portata di 250 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 128?C prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente (aria fredda) ha una portata di 420 l/h (misurata a temperatura mabiente) e una temperatura di 22?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente (aria vapor d'acqua) ha una portata di 700 l/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa ?2?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2.500.
Le caratteristiche granulometriche del TiO idrato sono d
w
d 1,08.
n
d
n n
La produttivit? ? stata di circa 3j5 g/h di TiO idrato con un rendimento del 20 % valutato sul titanio .
ESEMPIO 4
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio 1, tranne quelle esplicitamente descritte.
La corr?nte gassosa (aria isopropiltitanato ) ha una portata di 300 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 104?C prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente gassosa (aria fredda) ha una portata di 300 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 5?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente gassosa (aria vapor d'acqua) ha una portata di 320 l/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 55?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2.000.
Le caratteristiche del prodotto sono le seguenti:
d
d w
n 1,08.
d
n d
n
La produttivit? ? stata di circa 3 g/h di TiO idrato,
2
con un rendimento del 35 % valutato sul titanio.
ESEMPIO 5
Si utilizza l ?apparecchio dell 'esempio 1 per produrre una polvere di Zr02 ? <Come >composto di zirconio si usa isopropilzirconato diluito al 52% con alcool n-propilico.
In una corrente di aria secca, con una portata di 300 1/h (misurata a temperatura ambiente) , si produce un aerosol di isopropilzirconato mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi . L 'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d 'aria. Prima di entrare nella camera dell 'eiettore , la temperatura della corrente ? di 135<e >C. Una seconda corrente di aria secca con ima portata di 590 1/h (misurata a temperatura ambiente) viene inviata a 21? C nell 'ugello dell 'eiettore.
La temperatura di formazione dell 'aerosol nell 'eiettore ? di circa 59?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell 'eiettore ? di circa 2.300.
In una terza corrente d 'aria, con una portata di circa 330 1/h (misurata a temperatura ambiente) si produce un aerosol di acqua distillata mediante un secondo nebulizzatore del tipo a due fluidi. L 'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d 'aria prima del suo ingresso nella camera di idrolisi. Questa corrente entra nell 'apparecchio a circa 120?C.
Nella camera di idrolisi, il tenpo di contatto ? di circa 41 secondi e il rapporto moli di acqua ? di moli di isopropilzirconato
circa 12.
La corrente gassosa uscente dalla camera di idrolisi ? riscaldata esternamente a circa 130?C e l 'ossido idrato di zirconio 8 abbattuto in 3 cicloni in serie. Il prodotto, esaminato al microscopio elettronico , ha mostrato le seguenti caratteristiche granulometriche:
Dn 0 ,26 /^m
6* 0 , 10
D ?n 0 ,40
1 ,44
Dn
Le particelle sono perfettamente sferiche , disperdibili in acqua e non agglomerate.
La resa 8 stata del 30% circa valutata sullo zirconio. La produttivit? 8 risultata di circa 1 g/h di ZrO^ idrato. Calcinando tale prodotto a 570<? >C in forno statico si ottiene l 'ossido <z>rC>2 cristallino con caratteristiche granulometriche inalterate .
ESEMPIO 6
Si utilizza l 'apparecchio dell 'esempio 1 per produrre un misto di ossidi idrati di alluminio e titanio.
I composti organometallici di partenza sono una miscela costituita per il 25% da alluminio sec-butossido, per il 15% da alcool isobutilico e per il 60% d? isopropiltitanato.
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio 5, tranne quelle esplicitamente descritte.
La prima corrente gassosa (aria composti organometallici) ha una portata di 410 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 133<?>C prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente gassosa (aria fredda) ha una portata di 405 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 14?C prima di entrare nell'ugello dell'eiettore.
La terza corrente gassosa (aria vapor d'acqua) ha una portata di 330 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di circa 120<?>C.
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 70?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2000.
Le caratteristiche granulometriche della polvere ottenuta sono le seguenti:
Dn = 0,22 /tm <? = 0,00
j Dw
0 /Dn ? 0,35 ^ = 1,9
La resa? stata del20% circa,valutatasui due metalli. Nelprodotto gliossidi sonopresentinel rapporto in peso Al^O^/TiO^ di circa 1:4.

Claims (13)

RIVE NDICAZIONI
1. Procedimento per ottenere particelle di ossidi metallici tferiche, submicroniche, monodisperse e non aggregate me-(iante reazione con vapor d'acqua di um; corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzabi le caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabi.le, si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura e la portata delle due correnti gassosi:; essendo tali da creare nel condotto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallicoj le correnti gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condotte, con un numero di Reynolds uguale o superiore a l30(); all'uscita dal condotto, l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano pianticelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la corrente di gas inerte contenente vapori d _ un composto metallico iIrolizzabile viene preparata come segue; si forma un aerosol di particelle liquide del composto metallico in una corrente di gas inerte e si. evapora 1<1 >aerosol;
3- Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 , caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzabile ? un composto di titanio, alluminio, zirconio, cromo, vanadio, galIlo o ferro.
4- Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzabile ? un composto di titanio.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzabile t scelto nel grippo costituito da: isopropiltJtanato , etos ?-ido di titanio, alluminio sec-butossido , alluminio terz--butossido , alluminio n-butossido , alluminio isobutcssido , isopropl1 irconi,to e zirconio-n-propossido .
6. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni prececenci caratterizzato dal fatto che la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabi-.1e ? alimentata nella camera di un eiettore mentre la corrente di gas inerte freddo ? alimentata nell'ugello de.L-.1<1 >eiettore.
7- I rocedimento secondo una u pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che nella reazione di .idrolisi, il vapor d'acqua viene usato in una quantit? corrispondente a 1,5 ~ 12 volte il rapporto stechiometrico rispetto al composto metallico idrolizzabile .
8. Procedimento secondo una c pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le particelle solide di ossido metallico idrate vengono separate dalla corrente gassosa prima della Loro calcinazione.
9. Fro cedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che le particelle solide di ossido metallico vengono separate dalia corrente gassosa dopo la loro calcinazione.
10. Apparecchio per la produzione di particelle di ossidi metallici sieriche, submic roniche , monodisperse e non aggregate, secondo il processo delle rivendicazioni da 1 a 10, (aratterizzato dal fatto di.consistere di un eiettore 1 <onve 'genie-divergente terminante con una parte cilindrica c che penetra coassialmente nel fondo curvo 6 di una camera cilindrica S ?. il cui diametro ? almeno doppio rispetto al diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore; il rondo curvo 6 della camera cilindrica ? sormontato da un piatto forato 7 attraversato coassialmente dall'estremit? della parte cilindrica 8 dell'eiettore; nell'ugello 2 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte freddo; rei l.a camera 3 dell'eiettore si alimenta una corrente di g;as inerte 4 contenente vapori di un composto metallico i dro1izzab ile; nel fondo curvo 6 della camera cilindrica sono provvisti imo o pi? tori 9 per l'introduzione di vapor d'acqua; a valle della camera cilindrica, l'apparecchio termina con un dispositivo per separare l'ossido metallico idrato dalla corrente gassosa e con un forno per calcinare l'ossido idrato ad ossido.
11. Apparecchio secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il. rapporto fra il diametro dell.a camera cilindrica 5 e il diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore ?; compreso fra 2 e 15-12. apparecchio secondo la rivendicazione 10 o 11, caratteriznato dal fatto che il forno per calcinare l'ossido idrato ad, ossido ? posto prima del dispositivo per separare l'ossido metallico dalla corrente gassosa.
13 Ossidi metallici sottp forma di particelle sferiche, subnic.rcn iche, nonodisperse e non aggregate ottenuti secondo il processo des:ritto in una o pi? delle rivendicazioni lia 1 .i 9?
All. A
Rettifiche alla descrizione della domanda di brevetto
n. 19 819 A/83 , contenute in n . 1 postilla
richiesta con istanza depositata il
1) a pagina 1 6 vengono aggiunti due nuovi esempi :
Esempio 5 ed Esempio 6.
ESEMPIO 5
Si utilizza l ?apparecchio dell 'esempio 1 per produrre una polvere di ZrC^ . <Come >composto di zirconio si usa isopropilzirconato diluito al 52% con alcool n-propilico.
In una corrente di aria secca, con una portata di 300 1/h (misurata a temperatura ambiente) , si produce un aerosol di isopropilzirconato mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi. L 'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d ' aria. Prima di entrare nella camera dell 'eiettore , la temperatura della corrente ? di 135?C. Una seconda corrente di aria secca con una portata di 590 1/h (misurata a temperatura ambiente) viene inviata a 21 <c >C nell 'ugello dell 'eiettore.
La temperatura di formazione dell 'aerosol nell 'eiettore ? di circa 59<?>C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell 'eiettore ? di circa 2.300.
In una terza corrente d' aria, con una portata di circa 330 1/h (misurata a temperatura ambiente ) si produce un aerosol di acqua distillata mediante un secondo nebulizzatore del tipo a due fluidi. L ' aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d 'aria prima del suo ingresso nella camera di idrolisi. Questa corrente entra nell 'apparecchio a circa 120?C.
Nella camera di idrolisi , il tempo di contatto ? di circa 41 secondi e il rapporto moli di acqua ? di moli di isopropilzirconato circa 12.
La corrente gassosa uscente dalla camera di idrolisi ? riscaldata esternamente a circa 130? C e l 'ossido idrato di zirconio ? abbattuto in 3 cicloni in serie. Il prodotto, esaminato al microscopio elettronico , ha mostrato le seguenti caratteristiche granulometriche:
Dn 0 ,26 }Ajn.
d 0 ,10
d_ 0 ,40
Dn *
Dw
1 ,44
Dn -Le particelle sono perfettamente sferiche, disperdibili in acqua e non agglomerate.
La resa ? stata del 30% circa valutata sullo zirconio.
La produttivit? ? risultata di circa 1 g/h di ZrO^ idrato. Calcinando tale prodotto a 570?C in forno statico si ottiene l 'ossido ZrOz cristallino con caratteristiche granulometriche inalterate.
ESEMPIO 6
Si utilizza l 'apparecchio dell 'esempio 1 per produrre un misto di ossidi idrati di alluminio e titanio I composti organometallici di partenza sono una miscela costituita per il 25% da alluminio sec-butossido, per il 15% da alcool isobutilico e per il 60% <3& isopropiltitanato.
Si seguono le stesse modalit? dell 'esempio 5 , tranne quelle esplicitamente descritte.
La prima corrente gassosa (aria composti organometallici) ha una portata di 410 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 13 3?C prima di entrare nell 'eiettore.
La seconda corrente gassosa (aria fredda) ha una portata di 405 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 14?C prima di entrare nell 'ugello dell 'eiettore .
La terza corrente gassosa (aria vapor d ' acqua) ha una portata di 330 1/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di circa 120?C.
La temperatura di formazione dell 'aerosol nell 'eiettore ? di circa 70? C mentre il numer o di Reynolds nella parte convergente dell 'eiettore ? di circa 2000.
Le caratteristiche granulometriche della polvere ottenuta sono le seguenti :
Dn = 0,22 yLm ? ? 0 ,08
Dw
Dn 1,9
La resa ? stata del 20% circa, valutata sui due metalli Nel prodotto gli ossidi sono presenti nel rapporto in peso A^2^3^,?,^02 ^ c^-rca
RIV?N DICAZIONI
. 1rocetlimeni.o pei ottenere particelle di ossidi metallici sfe icht, subitileconiche , nonodisperse e non aggregate nieclaute reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzatile caratterizzato dal fatto che in un condotto nel qua1e scorre una corrente di. gas inerte contenente vapori rfi un composto metallico idrolizzabile , si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura ? la portata delle due correnti gassose essendo tali da creale nei condotto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico; le correnti gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condotto, con un numero di. Reynolds uguale o superiore a 1803j all'uscita dal condotto, l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido.
2. Procedimento secondo La rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile viene preparata come segue: si forma un aerosol di particelle liquide del composto metallico in una corrente di gas inerte e si eva"PROCESSO E APPARECCHIO PER LA PREPARAZIONE DI PARTICELLE DI OSSIDI METALLICI MONODISPERSE , SFERICHE, NON AGGREGATE E DI DIMENSIONE INFERIORE AL MICRON"
Riassunto
La presente invenzione riguarda un processo e un apparecchio per ottenere particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche, monodisperse e non aggregate mediante reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzatile. Il processo ? caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzatile, si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, 1 temperatura e la portata delle due correnti gassose essendo tali da creare nel condotte una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico ; le co'rrdntd gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condolMfoA con un numero di Reynolds uguale o superiore a 180? A;^Qy/T'uscita dal condotto l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrate, che vengono successivamente calcinate ad ossido .
La predente invenzione si riferisce ad un processo e ad un apparecchio per la preparazione di particelle di ossidi me^ talli ci monodisperse, di forma sferica, non aggregate e di'dimensione media inferiore al micron. Pi? particolarmente essa riguarda un processo e un apparecchio per la preparazione di tali particelle di ossidi metallici,in particolare TiO , Al --?^ , Zr02> Cr , V2?5J Ga2?3 G Fe2?3? 3 Parfcire da composti metallici idrolizzatili ad ossidi idrati mediante reazione con \apor d'acqua.
Il biossido di titanio prodotto sotto forma di particelle sferiche, submicroniche , non agglomerate e a stretta dispersione ha molteplici e sofisticate applicazioni. Con tali caratteristiche, che gli conferiscono le migliori propriet? ottiche e pigmentarie, pu? essere impiegato nell'' "electrophoretic image display", dove 1'uniformit? di dimensione fra le particelle consente di ottenere delle sospensioni colloidali assolutamente stabili, senza variazione di concentrazione a causa di diverse velocit? di sedimentazione tra le particelle stesse.
Una polvere di TiO monodisperso ? impiegata anche nella realizzazione di materiali sinterizzati, specie nel campo delle ceramiche, in quanto consente una riduzione della temperatura e del tempo.di sinterizzazione, con un aumento della resistenza meccanica del materiale.
Esistono inoltre altre possibilit? di applicazione speciale in fotografia, elettronica, ecc. che riguardano anche altri tipi di ossidi metallici come Al 0?, ZrO?, ecc.
2 3 2? Attualmente sono noti vari metodi di produzione di TiO e alnri ossidi metallici di forma sferica e con ristretta distribuzione granulometrica. Fra questi figurano:
- l'idrolisi di soluzioni di TiCl^ a temperatura elevata, in presenza d? H SO :
2 4
- la decomposizione di composti chelati in soluzioni fortemente saline;
- la trasformazione di fase e la ricristallizzazione di un ossido metallico.
Questi metodi hanno l'inconveniente di avere una bassa produttivit? e di fornire delle particelle agglomerate e non sempre sferiche.
Particelle di TiO sferiche, submicroniche , non agglomez
rate e a ristretta distribuzione granulometrica sono ottenute con il procedimento del brevetto USA 4241042. Secondo questo processo si forma un aerosol di un composto liquido idrolizzabile di titanio in una corrente gassosa con moto laminare e si. fa reagire questa corrente con vapor d'acqua, per cui si formano particelle di TiO^ idrato, che vengono calcinate. I risultati migliori si .ottengono , con,questo processo, usando un nucleante solido come germe per la condensazione delle particelle liquide di composto idrolizzabile di titanio. E<1 >quindi raccomandabile, in questo processo, l'installazione di un generatore di nuclei solidi.
Uno scopo della presente invenzione ? di fornire un processo semplice, che non richieda la generazione di nuclei solidi, per la preparazione di particelle di ossidi metallici monodisperse, di forma sferica, non aggregate e di dimensione inferiore al micron.
Un altro scopo ? di fornire un processo che possa essere facilmente portato su scala industriale.
Un altro scopo ? di fornire un apparecchio adatto alla realizzazione del processo.
I due primi scopi ed altri ancora vengono raggiunti dal processo oggetto della presente invenzione per ottenere particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche, monodisperse; e non aggregate mediante reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzatile . Questo processo ? caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzatin e, si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura e la portata delle due correnti gassose essendo tali da creare nel condotto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico; le correnti gassose mescolate hanno un moto tur bolento nel condotto, con un numero di Reynolds uguale o superiore a 1800; all'uscita dal condotto l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido .
Per gas inerte, si intende un gas che non reagisca con il composto metallico idrolizzabile . Fra i gas idonei si possono citare ad esempio l'aria e l'azoto. Occorre ovviamente che il gas sia secco per impedire una reazione intempestiva fra il composto metallico e il vapor d'acqua.
La corrente di gas inerte contenente i vapori di composto metal Lieo pu? essere ottenuta con metodi noti. Si pu? formare un aerosol di goccioline liquide del composto metallico nel gas inerte, ad esempio mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi ed evaporare successivamente l'aerosol per riscaldamento della corrente di gas. S? pu? anche far bollire sotto .yuoto il composto metallico e .trascinare-i vapori con una corrente di gas inerte caldo. Preferibilmente, si forma un aerosol del composto metallico nella corrente di gas inerte che viene evaporato prima di mandare la corrente nel condotto.
Preferibilmente: il composto metallico idrolizzabile ? un composto di Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga o Fe e, pi? preferibilmente, un composto di Ti.
Fra i composti metallici idrolizzabili con vapor d'acqua si possono citare ad esempio:
- pei? il titanio: .1 ? ?sopropiltitanato e l'etossido di titanio; - pei? l'alluminio: l'alluminio sec-butossido, terz-butossido , n-butossido e isobutossido ;
- per lo zirconio: 1'isopropilzirconato e lo zirconio-n-propossido .
Per gli altri metalli si possono usare composti simili. La temperatura della corrente di gas freddo ? tale che tenendo conto della temperatura della corrente di gas contenente i vapori di composto metallico e della portata delle due correnti di gas, la temperatura nel condotto sia inferiore a quella di condensazione dei vapori di composto metallico. Si opera in modo da avere nel condotto un numero di Reynolds uguale o superiore a l800. Nel condotto, la turbolenza ? elevata, anche per i valori di R uguali o di poco superiori a 1800 e il e
mescolamento delle correnti, con formazione dell'aerosol, avviene rapidamente dentro il condotto stesso.
Il numero di Reynolds nel condotto ? comunemente superiore a 2000. Il valore superiore del numero di Reynolds pu? essere di 100.000 o oltre; pi? comunemente tale valore superiore ? di circa 1Q.00C
La scelta della temperatura a cui fare avvenire la condensazione per ottenere un prodotto monodisperso ? critica: deve essere determinata sperimentalmente per ogni composto metallico,, anche in funzione della sua concentrazione nei gas di trasporto nel condotto.
Nel caso dell'isoprop.lltitanat o, la temperatura di condensazione deve essere infe<r>iore a 90?C. Buoni risultati si ottengono ad esempio operando fra una temperatura pari a 40?C e una temperatura inferiore a 90?C. Dal condotto esce un aerosol di goccioline di composto metallico sferiche, submicroniche, monodisperse e non aggregate; queste propriet? si conservano nelle particelle solide di ossido metallico idrato ottenute dopo l'idrolisi e nelle particelle solide di ossido metallico ottenute dopo la calcinazione .
Il vapor d'acqua pu? essere introdotto tal quale o in una terza corrente gassosa, costituita ad esempio da aria o azoto.
In quest'ultimo caso si pu?, ad esempio, formare, mediante un nebulizzatore, un aerosol di goccioline d'acqua in una corrente di gas ed evaporare successivamente l'acqua mediante riscaldamento della corrente.
Preferibilmente il condotto ? un eiettore e, in tal caso, nella camera dell'eiettore si alimenta la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile e nell'ugello dell'eiettore si alimenta la corrente di gas inerte freddo. I valori del numero di Reynolds definiti in precedenza si riferiscono alla parte convergente dell'eiettore. Nel caso di un eiettore, il mescolamento delle correnti gassose, con formazione dell'aerosol, avviene rapidamente dentro l'eiettore stesso, prevalentemente o interamente nella sua parte convergente.
La temperatura di idrolisi non ? critica: si pu? ad esempio operare fra 25? e 70?C. Eventualmente si pu? raffreddare almeno la parte inferiore della camera di idrolisi. Poich? la sezione della camera di idrolisi ? superiore a quella del condotte o dell'eiettore, il moto dei gas nella camera di idrolisi diventa rapidamente laminare (con R compreso ad esempio fra 100 e 500). Ci? limita il rischio di coalescenza delle goccioline provenienti dal condotto o dall'eiettore.
Il vapor d'acqua viene preferibilmente alimentato alla camera di idrolisi in notevole eccesso rispetto alla stechiometr la della reazione di idrolisi: ad esempio si usano quantit? di acqua corrispondenti a 1,5 - 12 volte il rapporto stechiometrico.
Il volume della camera di idrolisi, tenendo conto della portata totale dei gas,,? scelto in modo tale che il tempo di contatto fra le particelle di composto idrolizzabile e il vapor d'acqua assicur:?. una completa idrolisi, anche all'interno delle particelle. Nel caso dell<1 >isopropiltitanato un tempo di Contatto di almeno ?.? secondi d? buoni risultati.
Le particelle di ossido metallico possono essere separate dalla corrente gassosa prima o.dopo la calcinazione. Se la separazione avviene prima della calcinazione, ? conveniente riscaldare la corrente gassosa, ad esempio tra 100 e 140?C, per favorire il completamento dell'idrolisi all'interno delle particelle solide gi? formate e asciugarle prima della separazione . La separazione pu? essere effettuata ad esempio in cicloni, su filtri o mediante deposizione elettrostatica. La calcinazione successiva alla separazione pu? essere effettuata ad esempio in forno statico: un'idonea temperatura di calcinazione per ottenere TiO^ ariatasio in forno statico ? compresa fra 550? e 580?C. Se la separazione avviene dopo la calcinazione, la calcinazione avviene nella corrente gassosa stessa .
L'invenzione riguarda anche un apparecchio per la produ????? eli particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate. L'apparecchio, schematizzato nella figura, ? caratterizzato dal fatto di consistere di un eiettore 1 convergente-divergente terminante con una parte cilindrica 8 che penetra coassialmente nel fondo curvo 6 di una camera cilindrica 5> il cui diametro ? almeno doppio rispetto al diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore; il fondo curvo 6 della camera cilindrica ? sormontato da un piatto forato 7 attraversato coassialmente dall'estremit? della parte cilindrica 8 dell'eiettore; nell'ugello 2 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte freddo; nella camera 3 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte 4 contenente: vapori di un composto metallico idrolizzatile; nel fondo curve 6 della camera,cilindrica sono provvisti uno o pi? fori 9 per l'introduzione del vapor d'acqua; a valle della camera cilindrica l'apparecchio termina con un dispositivo convenzionale (non rappresentato in figura) per separare l'ossido metallico idrato dalla corrente gassosa e con un forno convenzionale (con rappresentato in figura) per calcinare l'ossido idrato ad ossido.
Il rapporto fra il diametro della camera cilindrica 5 e i.l diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore ? comunemente compreso fra 2 e 15?
Una variante dell'apparecchio consiste nel fatto che il forno per la calcinazione dell'ossido metallico idrato trasportato dalla corrente gassosa viene posto prima del dispositivo per separare l'ossido dalla corrente stessa.
I seguenti esempi vengono forniti allo scopo di meglio illustrare il concetto inventivo del presente trovato.
ESEMPIO 1
Si utilizza l'apparecchio della figura 1 per produrre una polvere di TiO . L'eiettore ha le seguenti caratteristiche: diametro dell'ugello: 3 mm; diametro della camera dell'eiettore: 14 mm; diametro della strozzatura: 5 mm; diametro dell'estremit? superiore della parte divergente: 15 mm, lunghezza della parte convergente: 55 mm; lunghezza della parte divertente: 60 mm; lunghezza della parte cilindrica: 30 mm.
La camera d'idrolisi ha un diametro interno di 90 mm e un volume di 14 litri.
Come gas di trasporto si usa aria. Come composto di titanio si usa isopropiltitanato . In una corrente di aria secca con una portata di 390 l/h (misurata a temperatura ambiente) si produce un aerosol di isopropiItitanato mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi. L'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d'aria. Prima di entrare nella camera dell'eiettore, la temperatura della corrente ? di 1?5?C.
Una seconda corr?nte di aria secca con una portata di
580 l/h (misurata a temperatura ambiente) viene raffreddata a + 2?C prima di entrare nell'ugello dell'eiettore.
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore risulta di circa ?5?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 3-000.
\
In una terza corrente di aria, con una portata di 705 l/h (misurata a temperatura ambiente), si produce un aerosol di acqua distillata mediante un nebulizzatore del tipo a due fluidi. L'aerosol viene poi evaporato riscaldando esternamente la corrente d'aria, prima del suo ingresso nella camera di idrolisi . 1
Nella camera di idrolisi, il tempo di contatto ? di circa 30 secondi e il rapporto moli di acqua_ ? di cirmoli di isopropiltitanato
ca 8.
La corrente gassosa che esce dalla c?mera di idrolisi ? riscaldata esternamente a circa 120?C e l'ossido idrato di titanio ? abbattuto in 3 cicloni in serie. Il prodotto, esaminato al microscopio elettronico, ha dato le seguenti caratteristiche granulometriche:
( diametro medio lineare ) : 0 , 82 y?ra
_ (grado di dispersione): 0,15
D
n
D
W
?-- (indice di poiidispersione ): 1,07.
n
Queste grandezze e il loro metodo di determinazione sonQ descritte da Edward A. Collins, John A. Davidson e Charles A. Daniels, Review of Common Methods of Particles Size Measurement , Journal of Paint Technology, voi. 47, No. 604, maggio 1975-Le particelle sono perfettamente sferiche, non agglomerate e disperdibili in acqua.
La resa ? di 30% circa, valutata sul titanio (il resto essendo sfuggito ai cicloni). Con un sistema di separazione pi? efficiente (ad esempio un filtro assoluto a membrana) si pu? presumere che la resa si sarebbe avvicinata al 90% circa. La produttivit? ? risultata di circa 4 g/h di TiO^ idrato.
Calcinando il TiQ idrato in un f?rno statico a 560?C si ottiene TiO^ <ana>b<as>i? <con >caratteristiche granulometriche inalterate .
ESEMPIO 2
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio 1, tranne quelle esplicitamente descritte..
La prima corrente gassosa (aria isopropiItitanato ) ha una portata di 300 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di l80?C prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente (aria fredda) ha una portata di 450 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 21?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente (aria vapor d'acqua) ha una portata di 700 l/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 85?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2.800. Le caratteristiche granulometriche del TiO idrato sono le seguenti:
d = 0,94 /Un? ^ = 0,16 <d>w = 1,08.
d d
n n
La produttivit? ? stata di circa 5 g/h di TiO^ idrato con un rendimento del 50? valutato sul titanio.
ESMEPIO .3
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio tranne quel-le esplicitamente descritte.
La prima corrente gassosa (aria isopropiltitanato ) ha una portata di 250 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 128?C prima di entrare nell'eiettore.
la seconda corrente (aria fredda) ha una portata di 420 l/h (misurata a temperatura mabiente) e una temperatura di 22?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente (aria vapor d'acqua) ha una portata di 700 i/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 62?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2.500.
Le caratteristiche granulometriche del TiO idrato sono le seguenti:
w
d = 0,85 ?.m ? = 0,16 1,08.
<n A ~>Tn<~ >n
La produttivit? ? stata di circa 3>5 g/h di TiO idrato con un rendimento del 20 % valutato sul titanio.
ESEMPIO 4
Si seguono le stesse modalit? dell'esempio 1, tranne quelle esplicit amente descritte.
La corrente gassosa (aria isopropiltitanato ) ha una portata di 300 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 104?L prima di entrare nell'eiettore.
La seconda corrente gassosa (aria fredda) ha una portata di 3C0 l/h (misurata a temperatura ambiente) e una temperatura di 5?C prima di entrare nell'eiettore.
La terza corrente gassosa (aria vapor d'acqua) ha una portata di 320 l/h (misurata a temperatura ambiente).
La temperatura di formazione dell'aerosol nell'eiettore ? di circa 55?C mentre il numero di Reynolds nella parte convergente dell'eiettore ? di circa 2.000.
Le caratteristiche del prodotto sono le seguenti:
, d
d = 0,69/Km _ = 0,l? _ = 1,08.
d d
n n
La produttivit? ? stata di circa 3 g/h di Ti02 idrato, con un rendimento del 35 % valutato sul titanio.
RIVENDICAZIONI
1 . Procedimento per ottenere particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate mediante reazione con vapor d'acqua di una corrente gassosa contenente un aerosol di particelle liquide di un composto metallico idrolizzabile caratterizzato dal fatto che in un condotto nel quale scorre una corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile, si alimenta, attraverso un ugello, una corrente di gas inerte freddo, la temperatura e la portata delle due correnti gassose essendo tali da creare nel cond?tto una temperatura inferiore a quella di condensazione del composto metallico; le correnti gassose mescolate hanno un moto turbolento nel condotto, con un numero di Reynolds uguale o superiore a ?800; all'uscita dal condotto, l'aerosol di particelle liquide del composto metallico, formatosi nel condotto, viene fatto reagire con vapor d'acqua, per cui si formano particelle solide di ossido metallico idrato, che vengono successivamente calcinate ad ossido.
2. frocedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzabile viene preparata corre segue: si forma un aerosol di particelle liquide del composto metallico in una corrente di gas inerte e si evapoca l ' aerosol ;
3 Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzatile ? un composto di titanio, alluminio, zirconio, cromo, vanadio, gallio o ferro.
4- Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzatile ? un composto di titanio.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 3 o 4> caratterizzato dal fatto che il composto metallico idrolizzatile ? scelto nel gruppo costituito da: isopropiltitanato , etossido di titanio, alluminio sec-tutossido , alluminio terz--tutossido, alluminio n-tutossido, alluminio isotutossido , isopropilzirconato e zirconio-n-propossido .
6. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni prececenti caratterizzato dal fatto che la corrente di gas inerte contenente vapori di un composto metallico idrolizzatile ? alimentata nella camera di un eiettore mentre la corrente di gas inerte freddo ? alimentata nell'ugello del-1 <1 >eiettore.
7- Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che nella reazione di idrolisi, il vapor d'acqua viene usato in una quantit? corrispondente a 1,5 - 12 volte il rapporto stechiometrico rispetto. al composto metallico idrolizzabile .
8. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le particelle solide di ossido metallico idrato vengono separate dalla corrente gassosa prima della loro calcinazione.
9. Procedimento secondo una o pi? delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che le particelle solide di ossido metallico vengono separate dalla corrente gassosa dopo la loro calcinazione.
10. Apparecchio per la produzione di particelle di ossidi metallici sferiche, submicroniche , monodisperse e non aggregate, secondo il processo delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto di consistere di un eiettore 1 con vergente-di vergente terminante con una parte cilindrica 8 che penetra coassialmente nel fondo curvo 6 di una camera cilindrica 5> il cui diametro ? almeno doppio rispetto al diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore; il fondo curvo 6 della c?mera cilindrica ? sormontato da un piatto forato 7 attraversato coassialmente dall'estremit? della parte cilindrica 8 dell'eiettore; nell'ugello 2 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte freddo; nella camera 3 dell'eiettore si alimenta una corrente di gas inerte 4 contenente vapori di un composto metallico idrolizzatile; nel fondo curvo 6 della camera cilindrica sono provvisti uno o pi? fori 9 per .l'introduzione di vapor d'acqua; a valle della camera cilindrica, l'apparecchio termina con un dispositivo per separare l'ossido metallico idrato dalla corrente gassosa e con un forno per calcinare l'ossido idrato ad ossido.
11. Apparecchio secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il rapporto fra il diametro della camera cilindrica 5 e il diametro della parte cilindrica 8 dell'eiettore ? compreso fra 2 e 15?
12. Apparecchio secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che il forno per calcinare l'ossido idrato ad ossido ? posto prima del dispositivo per separare l'ossido metallico dalla corrente gassosa.
13 Ossidi metallici sotto forma di particelle sferiche, submicroniche, monodisperse e non aggregate ottenuti secondo il processo descritto in una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 9?
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