RU1822397C - Способ получени ультрадисперсного порошка оксида металла - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что порошок исходного металла диспергируетс  кислородсодержащим газом. Образующуюс  газовзвесь подают в реакционную трубу, заканчивающуюс  коническим соплом. При этом объемную скорость течени  газовзвеси подбирают таком, чтобы на выходе сопла установилс  самоподдерживающийс  ламинарный замкнутый конический фронт пламени горени  газовзвеси. Дл  этого подачу газопзвеси осуществл ют с объемной скоростью, устанавливаемой из соотношени : W Vn- S, где W - объемна  скорость подачи газовзвеси, м3/с, „ - нормальна  скорость подаваемого ламинарного пламени, м/с, S - площадь поверхности внутреннего конуса пламени, м2. Формирование ламинарного замкнутого пламени обеспечивает отнородность температурных и концентрационных полей в реакционной зоне и, как следствие, сужение гранулометрического состава. 1 табл., 1 ил. с/ С

Description

Изобретение относитс  к неорганической химии, а именно к получению порошков оксидов металлов (алюминий, магний, железо, цирконий), которые могут быть использованы дл  производства тонкой керамики, в огнеупорной промышленности, как адсорбенты в хроматографии, как катализаторы в химической промышленности, как абразивные материалы.

Целью изобретени   вл етс  повышение чистоты конечного продукта и сужение гранулометрического состава получаемых порошков окислов путем создани  стационарного ламинарного

замкнутого самоподдерживающегос  фронта горени  взвеси.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе получени  ультрадисперсного порошка оксида металла, включающем подачу исходной газовзвеси соответствующего металла в кислородсодержащем газе и горение в реакционной зоне, объемную скорость подачи газовзвеси к фронту горени  определ ют по формуле ,

W Vn-S ;

где W - объемна  скорость подачи газовзвеси , м3/с{

00

го го со ю

VJ

СО

Vft - нормальна  скорость создаваемого ламинарного пламени, м/с;

S - площадь поверхности внутреннего конуса пламени, м2. Сущность предложенного способа получени  ультрадисперсных оксидов металлов с узким фракционным составом заключаетс  в том, что порошок исход ного металла диспергируетс  в специ альном устройстве кислородсодержащим газом. Образующа с  газовзвесь подаетс  в реакционную трубу, заканчивающуюс  коническим соплом. При этом объемна  скорость течени  газовзвеси подбираетс  такой, чтобы на выходе сопла установилс  самоподдерживающийс  ламинарный замкнутый конический фронт пламени горени  га зовзвеси Формирование ламинарного замкнутого пламени обеспечивает однородность температурных и концентрационных по

Пример 1. Описанна  выше экспериментальна  установка использовалась дл  получени  ультрадисперс- ных порошков оксида алюмини . В качестве исходного использовалс  промышленный порошок марки ACfl- i. Форма

лей и в реакционной зоне и,как следствие , гранулометрического состава це-25 частиц сферическа  средний размер левого продукта, а отсутствие дежур- икм Предварительно по изучению ного пламени (горени  горючих газов- распространени  пламени по газовзве- .сопроводителей) обеспечивает высокую чистоту целевого продукта. В случае, если объемна  скорость потока превышает значение W VMS( дл  стабилизации пламени необходимо использовать посторонние источники тепла (например , природный газ), что приводит к

загр знению конечного продукта угле- скорости пламени от параметров газородом . Если она ниже этого значени  - взвеси и среды (диаметра ча . происходит проскок пламени в систему совой концентрации вз концентраподачи порошка.

Iции кислорода, начальной температуры ). Показано, что наиболее ус.тойчиси алюмини  в трубах и свободных объемах была оценена нормальна  схо- 30 рость пламени, что позволило выбрать услови  стабилизации пламени на стационарной горелке. В последующих экспериментах на стационарной горелке определены зависимости нормальной

Схема установки, реализующей такой тип горени , представлена на чер- /JQвое замкнутое плам  образуетс  при тене. С целью создани  однородногоразмере исходных частиц алюмини  d регулируемого потока газовзвеси ис- 6,2 мкм, массовой концентрации пользуетс  диспергатор порошка 1,взвеси В 380 г/м3, начальной кон- состо щий из щелевого распылител  2 -центрации кислорода в среде С0г узкой 20-микрониой кольцевой щели 3, 45 21%. Нормальна  скорость горени 

в этих услови х равна 18,2 см/с, и соответственно объемные расходы несущего газа составл ют 300 см3/с. Образующийс  ультрадисперсный порошок продуктов горени  состоит из сферических частиц оксида алюмини  -модификации (95% всей массы). Химический анализ показывает отсутствие свободного непрореагировавшего алюмини . Основные примеси: Si02Ј 0,3%, НагОё- Ј0,06%; ГезРэ 6 0,12%, остальные 6 Ј0,2%. Чистота 99,5%. В отличие от порошков, получаемых другими методами , дисперсный состав данного порош

через которую подаетс  газ-носитель взвеси Ц, и поршневого дозатора 5, равномерно подающего с помощью электромеханической системы порошок в распылительное устройство. После одно- кратного поджига на выходе сопла 6 устанавливаетс  коническое замкнутое плам , которое может дополнительно обдуватьс  кислородсодержащим газом. Образовавшиес  продукты горени  - ультрадисперсные окислы металлов - охлаждаютс  в трубе с вод ной рубашкой 7 и улавливаютс  матерчатым фильтром 8.

1Г ) 223974

Минимальна  объемна  скорость подачи газовзвеси определ етс  по Формуле Wm;n Vn- S, где S - площадь вы ходного сечени  сопла, Vh - нормаль- у

15

0

па  скорость пламени в данной газовзвеси . Нормальна  скорость пламени в газовзвеси определ етс  по известным методикам с помощью наблюдени  за распространением ламинарного пламени в полуоткрытых трубах, открытых объемах и т.д. Максимальна  объемна  скорость подачи газовзвеси не должна превышать и„,ах K-S-Vn. Экспериментально определенна  величина коэффициента К дл  конического сопла колеблетс  в пределах К (дл  азро- взвесей частиц алюмини ).

Пример 1. Описанна  выше экспериментальна  установка использовалась дл  получени  ультрадисперс- ных порошков оксида алюмини . В качестве исходного использовалс  промышленный порошок марки ACfl- i. Форма

5 частиц сферическа  средний размер икм Предварительно по изучению распространени  пламени по газовзве-

частиц сферическа  средний размер икм Предварительно по изучению распространени  пламени по газовзве-

скорости пламени от параметров газовзвеси и среды (диаметра ча . совой концентрации вз концентраси алюмини  в трубах и свободных объемах была оценена нормальна  схо- рость пламени, что позволило выбрать услови  стабилизации пламени на стационарной горелке. В последующих экспериментах на стационарной горелке определены зависимости нормальной

вое замкнутое плам  образуетс  при размере исходных частиц алюмини  d 6,2 мкм, массовой концентрации взвеси В 380 г/м3, начальной кон- центрации кислорода в среде С0г 21%. Нормальна  скорость горени 

в этих услови х равна 18,2 см/с, и соответственно объемные расходы несущего газа составл ют 300 см3/с. Образующийс  ультрадисперсный порошок продуктов горени  состоит из сферических частиц оксида алюмини  -модификации (95% всей массы). Химический анализ показывает отсутствие свободного непрореагировавшего алюмини . Основные примеси: Si02Ј 0,3%, НагОё- Ј0,06%; ГезРэ 6 0,12%, остальные 6 Ј0,2%. Чистота 99,5%. В отличие от порошков, получаемых другими методами , дисперсный состав данного порош

JIb22j /6

ка существенно уже и средний размер ставл ют собой правильные многогран- меньше.пики, средний размер частиц 0,02 мкм.

Интегральное распределение частиц по размерам

0,083, dzo 0,09, d3o 0,098, d 0,116

Пример 2. Идентично примеру 1 сжигали газопзвесь порошка магни . Нормальна  скорость пламени о магниевой газовзвеси (концентраци  кислорода . 18-23%, средний размер частиц мкм, массова  концентраци  металла 250-50Q г/м3) измен етс  о пределах см/с. Площадь поверхности внутреннего конуса пламени 10 см2. Поэтому объемна  скорость подачи газовзвеси магни  измен етс  в пределах 250 cM3/c WЈ800 см3/с.

Полученный порошок оксида магни  состоит из ультрадисперс :ых частиц правильной кубической Формы 80% массы частиц находитс  в диапазоне размеров 0,01-0,08 мкм. Чистота продук- та 99,6%.

Пример 3. Аналогично примеру 1 сжигали газовзвесь порошка желе за. Нормальна  скорость горени  газовзвеси железа (концентраци  ) составл ет 16 см/с, а площадь поверхности внутреннего конуса пламени - 12 см2. Объемна  скорость подачи газовзвеси железа к фронту горени  равна 192 см3/с. Полученный пороиок оксида железа содержит 60/ У и Fe 04-FeO. Частицу (vi-Fe203 пред-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Пример . а) 8 сгучае, если объемный расход газопзвеси через сопло ниже расчетного значени  (см. Формулу изобретени ), происходит , как правило, проскок пламени в систему распыла, после чего установка становитс  непригодной дл  работы, так как образуетс  плотный налет продуктов сгорани  на распылительной щели и плотна  корка (спек) порошка в поршневой системе подачи.

б) в случае, если объемный расход гаолвзсеси через сопло выше расчетного значени  коническое пломп становитс  незамкнутым. Стабилизаци  плпмени осуществл етс , как правило, только п некоторых точках, па поверхности KOHVCO пламени по вл ютс  раз- рывп. Чистота конечного продукта резко падает, и количество свободного непрореатировавшего алюмини  может достигать 20-30% всей массы продуктов . При плам  срываетс , и его невозможно стабилизировать без применени  искусственны стабилизаторов (плам держателей). Простейшим ш;пмг дериателем может служить, например , кольцевое пропанкчслородное плам . Однако использование горючих газов приводит к услоннению конструкции установки, удорожанию производства и главное - к загр знению целевых продуктов соединени  типа МепОгт; и расширению фракционного состава частиц окислов.

Таким образом, как видно из примеров , по сравнению с известными способ; ми предложенный способ получени  ультрадисперсных окислов металлов в ламинарном замкнутом самоподдерживающемс  фронте горени  газовзвеси позвол ет получать ультрадисперсные порошки оксидоо металлов высокой чистоты , с более однородным гранулометрическим составом. Процесс экологически .ист, непрерывен, не требует дополнительных затрат энергии, так как самоподдерживаетс  за счет тепла, выдел ющегос  при окислении металла. Процесс обладает высокой технологичностью и может быть легко реализован в промышленности, причем без использовани  особо дорогосто щего сырь  и с помощью простого оборудовани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  ультрэдисперсно- го порошка оксида металла, включающий g подачу исходной.газовзвеси соответствующего металла в кислородсодержащем газе и горение в реакционной зоне, отличающийс  тем, что по- дачу газовзвеси провод т с объемной ю

   ffofa

   ) /7cy ffi&0#/ур/ & ла

   скоростью, устанавливаемой из соотношени 

   w vn-s,

   где W - объемна  скорость подачи газовзвеси , м3/с;

   V, - нормальна  скорость создавае- 1 мого ламинарного пламени, м/с, S - площадь поверхности внутрен- . него конуса пламени, м2.

   ##0С0Щ