RU2797467C1 - System for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of a wire - Google Patents

System for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of a wire Download PDF

Info

Publication number
RU2797467C1
RU2797467C1 RU2023104280A RU2023104280A RU2797467C1 RU 2797467 C1 RU2797467 C1 RU 2797467C1 RU 2023104280 A RU2023104280 A RU 2023104280A RU 2023104280 A RU2023104280 A RU 2023104280A RU 2797467 C1 RU2797467 C1 RU 2797467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
separator
wire
metal oxides
hopper
reactor
Prior art date
Application number
RU2023104280A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Борисович Ворожцов
Марат Израильевич Лернер
Елена Алексеевна Глазкова
Александр Васильевич Первиков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2797467C1 publication Critical patent/RU2797467C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: powder metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the production of powder materials comprising nanoparticles. It can be used to produce metal oxides for use as an antimicrobial additive in paints and varnishes. The system for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of wire comprises a reactor connected by a pipeline into a single gas-flow structure, adapted for feeding metal wire from the chamber of the wire feed mechanism, a high-voltage electrode and a grounded electrode placed in the reactor to provide electric explosion of metal wire, a separator with a hopper for collecting and unloading large particles of metal oxides, a cyclone with a hopper for collecting and unloading nanoparticles of metal oxides and a centrifugal fan that provides forced circulation of the operating gas according to the above design. A cylindrical structure is used as a separator, in which a cutter is additionally installed, having the shape of a truncated cone and installed at an angle of 45 degrees relative to the separator body, and the diameter of the cutter opening is 2 times smaller than the diameter of the inlet to the separator.
EFFECT: obtaining powders of stable chemical and disperse composition.
1 cl, 5 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошковых материалов, содержащих наночастицы, в частности для получения оксидов металлов для использования в качестве антимикробной добавки в лакокрасочных материалах. Известна установка для получения высокодисперсных порошков неорганических материалов электрическим взрывом и реактор для взрыва металлической заготовки (Патент РФ 2048278, B22F 9/14, опубл. 20.11.1995), содержащая источник питания электроэнергией с емкостным накопителем, реактор для взрыва металлической заготовки с двумя электродами и механизмом подачи заготовки, при этом она снабжена коммутатором, соединенным с накопителем и реактором, сборником порошка, трубопроводом для возврата газа в реактор и емкостью для порошка, при этом один из электродов реактора соединен с коммутатором, а другой заземлен, причем реактор соединен со сборником порошка. Энергия накопителя подводится к заготовке, и происходит ее взрыв с образованием высокодисперсных частиц алюминия, которые поступают в сборник порошка, где улавливаются и ссыпаются в емкость для порошка. В данной конструкции не предусмотрен узел (сепаратор) для разделения частиц на фракции, т.е. в процессе циркуляции буферного газа невозможно произвести сепарацию частиц для получения наночастиц размером не более 200 нм, что необходимо для применения электровзрывных порошков в лакокрасочных материалах. В сборник порошка поступают все частицы, образованные в процессе ЭВП. В статье авторов Chang Kyu Kim, Gyoung-Ja Lee, Min Ku Lee, Chang Kyu Rhee «A novel method to prepare Cu@Ag core-shell nanoparticles for printed flexible electronics» (Powder Technology V. 263 (2014) pp. 1-6) раскрыта установка, содержащая механизм подачи проволоки, источник питания, реактор с электродами, систему подачи аргона, вентилятор, замкнутую систему циркуляции газа внутри установки, циклон и фильтрующую систему, контейнер для сбора порошка. Конструкция установки позволяет обеспечить разделение частиц на две фракции: с распределением частиц менее 1 мкм, и распределением частиц более 1 мкм. В фильтрующей системе (Filtering system) собираются частицы с размерами менее 1 мкм, что следует из кривых распределения частиц по размерам, приведенных в статье. Невозможность получения частиц размером не более 200 нм следует из конструктивных особенностей описанной в статье установки. Использование циклона (Cyclone) на первой стадии разделения частиц не обеспечивает разделение на фракции размером менее 200 нм и крупных частиц размером более 200 нм. Известна установка, раскрытая в статье (Research into nanoparticles obtained by electric explosion of conductive materials, V. Jankauskas, J. Padgurskas, Электронная обработка материалов, 2011, 47(2), 79-85), содержащая источник импульсов высокого напряжения; шину токового входа (+); источник питания, токоведущие шины, камеру; шину токового входа; механизм подачи проволочных сегментов; взрываемую проволоку; систему сепарации, содержащую сепаратор и три циклона: циклон крупных частиц, циклон средних частиц; циклон мелких частиц и вентилятор. Недостатком данного устройства является использование в конструкции трех циклонов. В данной конструкции частицы размером менее 200 нм в виде крупных агломератов отделяются и осаждаются в бункерах трех циклонов. Это приводит к существенному сокращению выхода основного продукта и снижению коэффициента использования сырья при получении наночастиц.The invention relates to powder metallurgy, namely to the production of powder materials containing nanoparticles, in particular for the production of metal oxides for use as an antimicrobial additive in paints and varnishes. Known installation for the production of fine powders of inorganic materials by electric explosion and a reactor for the explosion of a metal workpiece (RF Patent 2048278, B22F 9/14, publ. a billet feed mechanism, while it is equipped with a switch connected to the accumulator and the reactor, a powder collector, a pipeline for returning gas to the reactor and a powder container, while one of the reactor electrodes is connected to the switch, and the other is grounded, and the reactor is connected to the powder collector . The energy of the accumulator is supplied to the workpiece, and it explodes with the formation of highly dispersed aluminum particles, which enter the powder collector, where they are captured and poured into the powder container. This design does not provide a unit (separator) for separating particles into fractions, i.e. in the process of buffer gas circulation, it is impossible to separate particles to obtain nanoparticles with a size of no more than 200 nm, which is necessary for the use of electroexplosive powders in paints and varnishes. All the particles formed in the EEW process enter the powder collector. Chang Kyu Kim, Gyoung-Ja Lee, Min Ku Lee, Chang Kyu Rhee "A novel method to prepare Cu@Ag core-shell nanoparticles for printed flexible electronics" (Powder Technology V. 263 (2014) pp. 1- 6) a plant is disclosed that contains a wire feed mechanism, a power source, a reactor with electrodes, an argon supply system, a fan, a closed gas circulation system inside the plant, a cyclone and a filter system, a powder collection container. The design of the installation allows for the separation of particles into two fractions: with a distribution of particles less than 1 μm, and a distribution of particles larger than 1 μm. In the filtering system (Filtering system) particles with sizes less than 1 micron are collected, which follows from the particle size distribution curves given in the article. The impossibility of obtaining particles no larger than 200 nm follows from the design features of the setup described in the article. The use of a cyclone (Cyclone) at the first stage of particle separation does not provide separation into fractions smaller than 200 nm and large particles larger than 200 nm. Known installation, disclosed in the article (Research into nanoparticles obtained by electric explosion of conductive materials, V. Jankauskas, J. Padgurskas, Electronic processing of materials, 2011, 47(2), 79-85), containing a source of high voltage pulses; current input bus (+); power supply, current-carrying tires, camera; current input bus; wire segment feeding mechanism; explosive wire; a separation system comprising a separator and three cyclones: a large particle cyclone, a medium particle cyclone; cyclone of fine particles and fan. The disadvantage of this device is the use of three cyclones in the design. In this design, particles smaller than 200 nm in the form of large agglomerates are separated and deposited in the hoppers of three cyclones. This leads to a significant reduction in the yield of the main product and a decrease in the utilization rate of raw materials in the preparation of nanoparticles.

Известна установка для получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и химических соединений методом электрического взрыва проволоки, содержащая источник питания электроэнергией с емкостным накопителем, систему коммутации, реактор для взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, механизм подачи проволоки, систему сбора порошка и систему газообеспечения (патент РФ 2093311, B22F 9/14, опубл. 20.10.1997). Установка снабжена узлом деформации проволоки, циклоном и электрофильтром с бункерами для сбора порошка, вентилятором, классификатором отбойно-вихревого типа и усеченным конусом, установленным в камере классификатора с образованием зазора у нижнего основания со стенкой камеры, а верхнее основание конуса выполнено в виде щели, направленной на ротор классификатора, причем по оси конуса установлен патрубок для подачи газа с порошком из реактора, а бункер для сбора порошка присоединен к дну камеры классификатора посредством трубопровода с затвором, при этом узел деформации проволоки выполнен в виде колец или свободно вращающихся роликов с направляющей канавкой, укрепленных в обойме, совершающей вращательное движение вокруг оси протяжки проволоки, с помощью стержней для перемещения колец или роликов на заданное расстояние от оси вращения обоймы. Сепаратор предложенной конструкции позволяет отделять только частицы размером более 0,5 мкм.A known installation for obtaining ultrafine powders of metals, alloys and chemical compounds by the method of electric explosion of a wire, containing a power source with a capacitive storage, a switching system, a reactor for blasting a wire with high-voltage and grounded electrodes, a wire feed mechanism, a powder collection system and a gas supply system (patent RF 2093311, B22F 9/14, published 10/20/1997). The plant is equipped with a wire deformation unit, a cyclone and an electrostatic precipitator with hoppers for collecting powder, a fan, a vortex-type rebound classifier and a truncated cone installed in the classifier chamber with a gap at the lower base with the chamber wall, and the upper base of the cone is made in the form of a slot directed on the classifier rotor, and along the axis of the cone there is a branch pipe for supplying gas with powder from the reactor, and the powder collection hopper is connected to the bottom of the classifier chamber through a pipeline with a gate, while the wire deformation unit is made in the form of rings or freely rotating rollers with a guide groove, mounted in a cage that rotates around the axis of the wire drawing, using rods to move rings or rollers at a given distance from the axis of rotation of the cage. The separator of the proposed design allows you to separate only particles larger than 0.5 microns.

Известна установка для получения порошков металлов, сплавов и химических соединений электрическим взрывом проволоки, содержащая реактор для электрического взрыва проволоки с высоковольтным и заземленным электродами, соединенными с источником импульсных токов, механизм подачи проволоки в реактор, систему циркуляции газа и порошка и узел отделения газа и сбора порошка (патент РФ 2247631, B22F 9/14, опубл. 10.03.2005). Система циркуляции газа и порошка выполнена в виде трубчатых газоотводов, подсоединенных одними концами к реактору напротив межэлектродного промежутка, а другими - к узлу отделения газа и сбора порошка, который выполнен в виде последовательно соединенных посредством патрубков расширителей, каждый из которых снабжен накопителем порошка. В известном устройстве отсутствует сепаратор, а имеющаяся система расширителей не обеспечивает отделение в отдельную фракцию порошка с размером частиц менее 200 нм.Known installation for the production of powders of metals, alloys and chemical compounds by electric wire explosion, containing a reactor for electric wire explosion with high-voltage and grounded electrodes connected to a source of pulsed currents, a wire feed mechanism into the reactor, a gas and powder circulation system, and a gas separation and collection unit powder (RF patent 2247631, B22F 9/14, published on March 10, 2005). The gas and powder circulation system is made in the form of tubular gas outlets, connected at one end to the reactor opposite the interelectrode gap, and at the other end to the gas separation and powder collection unit, which is made in the form of expanders connected in series by means of nozzles, each of which is equipped with a powder accumulator. In the known device, there is no separator, and the existing system of expanders does not provide separation into a separate fraction of powder with a particle size of less than 200 nm.

Известно устройство, которое содержит взрывную камеру, механизм подачи проволоки, установленные в камере и подключенные к источнику питания высоковольтный электрод и заземленный электрод для электрического взрыва проволоки с получением частиц порошка, систему сепарации частиц порошка по размерам, связанную с камерой посредством трубопровода, оснащенною вентилятором и выполненного с возможностью принудительной циркуляции азота в качестве рабочего газа в камере, и средства контроля давления рабочего газа в камере (патент РФ 2699886, B22F 9/14, опубл. 11.09.2019). Высоковольтный электрод выполнен с возможностью подачи через него в камеру жидкого азота для охлаждения рабочего газа. Сепаратор предложенной конструкции предназначен только для отделения частиц размером более 5 мкм.A device is known that contains an explosion chamber, a wire feed mechanism, a high-voltage electrode and a grounded electrode installed in the chamber and connected to a power source for electric explosion of the wire to obtain powder particles, a system for separating powder particles by size, connected to the chamber through a pipeline equipped with a fan and made with the possibility of forced circulation of nitrogen as a working gas in the chamber, and a means of controlling the pressure of the working gas in the chamber (RF patent 2699886, B22F 9/14, publ. 09/11/2019). The high-voltage electrode is configured to supply liquid nitrogen through it to the chamber for cooling the working gas. The separator of the proposed design is intended only for separating particles larger than 5 microns.

Известно устройство для получения порошковых материалов (патент РФ 2675188, B22F 9/14, опубл. 17.12.2018), выбранное в качестве прототипа. Устройство для получения металлического порошка, содержит реактор, установленные в реакторе и подключенные к источнику питания электроды для электрического взрыва металлической проволоки с получением частиц порошка, механизм подачи проволоки и систему сепарации частиц по размерам, а также содержит высоковольтный и заземленный электроды. Система сепарации частиц по размерам выполнена в виде сепаратора, установленного вертикально под реактором напротив межэлектродного промежутка и снабженного бункером для сбора крупной фракции частиц порошка, цилиндрического циклона, установленного последовательно по отношению к сепаратору, соединенного с ним трубопроводом и снабженного бункером для сбора мелкой фракции порошка с размерами частиц менее 5 мкм, и вентилятора, соединенного трубопроводами с реактором и циклоном и выполненного с возможностью принудительной циркуляции газовой среды в виде аргона, азота или гелия. Используемая в данном изобретении конструкция сепаратора не позволяет выделять из газового потока микронные и субмикронные частицы размером более 200 нм.A device for producing powder materials is known (RF patent 2675188, B22F 9/14, publ. 12/17/2018), selected as a prototype. The device for producing metal powder contains a reactor, electrodes installed in the reactor and connected to a power source for electric explosion of a metal wire to obtain powder particles, a wire feed mechanism and a particle size separation system, and also contains high-voltage and grounded electrodes. The particle size separation system is made in the form of a separator installed vertically under the reactor opposite the interelectrode gap and equipped with a hopper for collecting a large fraction of powder particles, a cylindrical cyclone installed in series with respect to the separator, connected to it by a pipeline and equipped with a hopper for collecting fine powder particle size less than 5 microns, and a fan connected by pipelines to the reactor and cyclone and made with the possibility of forced circulation of the gaseous medium in the form of argon, nitrogen or helium. The design of the separator used in this invention does not allow separating micron and submicron particles larger than 200 nm from the gas stream.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является эффективное отделение частиц в газовом потоке установки электрического взрыва проволоки.The problem to be solved by the invention is the effective separation of particles in the gas flow of the electric wire explosion installation.

Технический результат - получение порошков оксидов металлов стабильного дисперсного и химического состава.EFFECT: obtaining powders of metal oxides with stable dispersion and chemical composition.

Поставленная задача решается тем, что комплекс для получения наночастиц оксидов металлов путем электрического взрыва проволоки содержит связанные трубопроводом в единую газопроточную конструкцию реактор, выполненный с возможностью подачи металлической проволоки из камеры механизма подачи проволоки, высоковольтный электрод и заземленный электрод, размещенные в реакторе для обеспечения электрического взрыва металлической проволоки, сепаратор с бункером для сбора и выгрузки крупных частиц оксидов металлов, циклон с бункером для сбора и выгрузки наночастиц оксидов металлов и центробежный вентилятор, обеспечивающий принудительную циркуляцию рабочего газа по упомянутой конструкции. Но в отличие от прототипа в качестве сепаратора используют конструкцию цилиндрической формы, в которой дополнительно установлен отсекатель, имеющий форму усеченного конуса и установленный под углом 45 градусов относительно корпуса сепаратора, а диаметр отверстия отсекателя в 2 раза меньше диаметра входного отверстия в сепаратор. Сепаратор представляет собой газодинамическое устройство, в котором происходит выделение из газового потока частиц размером более 200 нм. Микрочастицы формируются вследствие концевых эффектов, сопровождающих процесс диспергирования проволоки импульсом тока. Аэрозоль разгоняется в узком канале сепаратора, и на выходе из канала малоинерционные наночастицы продолжают свое движение с потоком газа, а крупные микрочастицы движутся по инерции и оседают в бункере для сбора крупных частиц.The problem is solved by the fact that the complex for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of wire contains a reactor connected by a pipeline into a single gas-flow structure, made with the possibility of feeding a metal wire from the chamber of the wire feed mechanism, a high-voltage electrode and a grounded electrode placed in the reactor to provide an electric explosion metal wire, a separator with a hopper for collecting and unloading large particles of metal oxides, a cyclone with a hopper for collecting and unloading nanoparticles of metal oxides and a centrifugal fan that provides forced circulation of the working gas according to the above design. But unlike the prototype, a cylindrical structure is used as a separator, in which a cutter is additionally installed, having the shape of a truncated cone and installed at an angle of 45 degrees relative to the separator body, and the diameter of the cutter opening is 2 times smaller than the diameter of the inlet to the separator. The separator is a gas-dynamic device in which particles larger than 200 nm in size are separated from the gas stream. Microparticles are formed as a result of end effects accompanying the process of wire dispersion by a current pulse. The aerosol is accelerated in the narrow channel of the separator, and at the outlet of the channel, low-inertia nanoparticles continue their movement with the gas flow, while large microparticles move by inertia and settle in the bin for collecting large particles.

В качестве сепаратора используют конструкцию цилиндрической формы, в которой дополнительно установлен отсекатель, имеющий форму усеченного конуса. Угол у основания конуса составляет 45°. Регулировка процесса сепарации осуществляется изменением расстояния L (от (Lмин) до (Lмакс)) от входного отверстия в сепаратор с диаметром d1 до выходного отверстия отсекателя с диаметром d2. Величина d2 составляет 0. 5d1, что позволяет поддерживать постоянство скоростей газового потока при прохождении отверстия с диаметрами d1 и d2. С увеличением расстояния L эффективность сепарации с выделением частиц размерами более 200 нм уменьшается. Отсекатель, установленный на пути газового потока, предотвращает унос микроразмерных и субмикронных частиц, следовательно, увеличивается эффективность отделения частиц размером более 200 нм.As a separator, a cylindrical structure is used, in which a cutter having the shape of a truncated cone is additionally installed. The angle at the base of the cone is 45°. The separation process is adjusted by changing the distance L (from (L min ) to (L max )) from the separator inlet with a diameter d1 to the cutter outlet with a diameter d2. The value of d2 is 0.5d1, which makes it possible to maintain the constancy of the gas flow rates when passing through a hole with diameters d1 and d2. As the distance L increases, the separation efficiency with the release of particles larger than 200 nm decreases. The cutter installed in the path of the gas flow prevents the entrainment of microsized and submicron particles, therefore, the efficiency of separating particles larger than 200 nm increases.

На Фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для получения порошков оксидов металлов.On FIG. 1 shows a schematic diagram of an installation for the production of metal oxide powders.

Установка включает следующие узлы: 1 - реактор для диспергирования проволоки, 2 - высоковольтный электрод, 3 - заземленный электрод, 4 - высоковольтный источник питания, 5 - механизм подачи проволоки, 6 - отсекатель частиц, выполненный в виде усеченного конуса. Угол у основания конуса составляет 45°. Отсекатель удаляет из газового потока частицы с размерами более 200 нм, 7 - сепаратор, в котором происходит сепарация частиц с использованием отсекателя 6, 8 - бункер для сбора частиц с размерами более 200 нм, 9 - циклон для отделения из газового потока частиц с размерами 10÷200 нм, 10 - бункер для сбора частиц с размерами 10÷200 нм, 11 - вентилятор для осуществления непрерывной циркуляции буферного газа в замкнутом объеме устройства (направление потока буферного газа в замкнутом объеме показано стрелками). Принцип работы заключается в следующем. После достижения проводником высоковольтного электрода (2) электрическая цепь замыкается и в цепи протекает импульс тока, приводящий к взрывному разрушения проволоки. В результате электрического взрыва проволоки формируются частицы с размерами от 10 нм до 5 мкм. Под действием принудительной циркуляции газовой смеси частицы выносятся из реактора потоком (а). После прохождения в трубе с диаметром d1 газовый поток, содержащий частицы разветвляется на два потока (б) и (в). Поток (б) уносит частицы с размерами от 0,2 до 5 мкм. При прохождении газового потока (б) через выходное отверстие отсекателя диаметром d2 происходит разветвление потока (б) на два потока (г) и (д). Частицы в потоке (г) с размерами от 0,2 до 5 мкм при соударении с поверхностью отсекателя осаждаются в сепараторе (поток (е)) и собираются в бункере 8. Частицы размером менее 200 нм уносятся потоком (в) из сепаратора в циклон 9 и осаждаются в бункере 10. Описанная схема сепарации частиц позволяет удалить из газового потока (а) частицы с размерами от 0,2 до 5 мкм. Регулировка процесса сепарации осуществляется изменением расстояния L (от (Lмин) до (Lмакс)) от входного отверстия в сепаратор с диаметром d1 до выходного отверстия отсекателя с диаметром d2. Величина d2 составляет 0.5d1, что позволяет поддерживать постоянство скоростей тазового потока при прохождении отверстия с диаметрами d1 и d2. С увеличением расстояния L эффективность сепарации с выделением частиц размерами более 200 нм уменьшается.The installation includes the following units: 1 - wire dispersion reactor, 2 - high-voltage electrode, 3 - grounded electrode, 4 - high-voltage power source, 5 - wire feed mechanism, 6 - particle cutter, made in the form of a truncated cone. The angle at the base of the cone is 45°. The cutter removes particles larger than 200 nm from the gas stream, 7 - a separator in which particles are separated using a cutter 6, 8 - a hopper for collecting particles larger than 200 nm, 9 - a cyclone for separating particles with dimensions 10 from the gas stream ÷200 nm, 10 - a hopper for collecting particles with dimensions of 10÷200 nm, 11 - a fan for continuous circulation of the buffer gas in the closed volume of the device (the direction of the buffer gas flow in the closed volume is shown by arrows). The principle of operation is as follows. After the conductor reaches the high-voltage electrode (2), the electrical circuit closes and a current pulse flows in the circuit, leading to explosive destruction of the wire. As a result of the electric explosion of the wire, particles with sizes from 10 nm to 5 µm are formed. Under the action of forced circulation of the gas mixture, the particles are carried out of the reactor by flow (a). After passing through a pipe with a diameter of d1, the gas stream containing particles branches into two streams (b) and (c). Flow (b) carries away particles with sizes from 0.2 to 5 μm. When the gas flow (b) passes through the cutter outlet with a diameter d2, the flow (b) branches into two flows (d) and (e). Particles in the flow (d) with sizes from 0.2 to 5 μm, upon impact with the cutter surface, are deposited in the separator (flow (e)) and collected in hopper 8. Particles smaller than 200 nm are carried away by flow (c) from the separator into cyclone 9 and deposited in the hopper 10. The described scheme of particle separation allows you to remove from the gas stream (a) particles with sizes from 0.2 to 5 microns. The separation process is adjusted by changing the distance L (from (Lmin) to (Lmax)) from the inlet to the separator with a diameter d1 to the outlet of the cutter with a diameter d2. The value of d2 is 0.5d1, which makes it possible to maintain the constancy of the velocities of the pelvic flow during the passage of a hole with diameters d1 and d2. With increasing distance L, the separation efficiency with the release of particles larger than 200 nm decreases.

Ниже представлены примеры осуществления.Below are examples of implementation.

Пример 1.Example 1

Порошок ZnO получают путем взрыва цинковой проволоки. Устройство предварительно вакуумируют до остаточного давления 10-1 Па, а затем заполняют кислородсодержащим рабочим газом. Устанавливают межэлектродное расстояние 100 мм, частота взрывов 0,7 Гц. Скорость подачи газовой смеси составляет 2,5 м/с. Отсекатель расположен на максимальном расстоянии Lмакс от входного отверстия в сепаратор. Наработанные продукты взрыва проволоки, представленные смесью нано- и микрочастиц, выносятся газовым потоком из реактора 1 в сепаратор 7. В сепараторе 7 происходит разделение частиц на две фракции. Крупные частицы осаждаются в бункере 8 сепаратора. Мелкие частицы выносятся газовым потоком из сепаратора 7 в циклон 9 и осаждаются в бункере циклона 10. Очищенный газ из циклона 9 по трубопроводу подается в реактор.ZnO powder is obtained by blasting zinc wire. The device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa, and then filled with an oxygen-containing working gas. Set the interelectrode distance 100 mm, the frequency of explosions 0.7 Hz. The gas mixture feed rate is 2.5 m/s. The cutter is located at the maximum distance L max from the inlet to the separator. The accumulated products of the wire explosion, represented by a mixture of nano- and microparticles, are carried out by the gas flow from the reactor 1 to the separator 7. In the separator 7, the particles are separated into two fractions. Large particles are deposited in the hopper 8 of the separator. Small particles are taken out by the gas stream from the separator 7 to the cyclone 9 and are deposited in the hopper of the cyclone 10. The purified gas from the cyclone 9 is fed through the pipeline to the reactor.

Наработано 100 г порошка (бункер 10), представляющего собой частицы со средним размером 77±4 нм (Фиг. 2).Accumulated 100 g of powder (hopper 10), which is a particle with an average size of 77±4 nm (Fig. 2).

Пример 2.Example 2

Порошок ZnO получали в тех же режимах, что описаны в примере 1. При этом отсекатель расположен на минимальном расстоянии Lмин от входного отверстия в сепаратор. Наработанные продукты взрыва проволоки, представленные смесью нано- и микрочастиц, выносятся газовым потоком из реактора 1 в сепаратор 7. В сепараторе 7 происходит разделение частиц на две фракции. Частицы крупной фракции осаждаются в бункере 8 сепаратора. Частицы мелкой фракции выносятся газовым потоком из сепаратора 7 в циклон 9 и осаждаются в бункере циклона 10. Очищенный газ из циклона 9 по трубопроводу подается в реактор.ZnO powder was obtained in the same modes as described in example 1. In this case, the cutter is located at a minimum distance L min from the inlet to the separator. The accumulated wire explosion products, represented by a mixture of nano- and microparticles, are carried out by the gas flow from the reactor 1 to the separator 7. In the separator 7, the particles are separated into two fractions. Particles of a large fraction are deposited in the hopper 8 of the separator. Particles of the fine fraction are taken out by the gas stream from the separator 7 to the cyclone 9 and are deposited in the hopper of the cyclone 10. The purified gas from the cyclone 9 is fed through the pipeline to the reactor.

Наработано 100 г порошка (бункер 10), представляющего собой частицы со средним размером 67±2 нм (Фиг. 3).Accumulated 100 g of powder (hopper 10), which is a particle with an average size of 67±2 nm (Fig. 3).

Пример 3.Example 3

Порошок ZnO-TiO2 получают путем взрыва двух скрученных цинковой и титановой проволок. Устройство предварительно вакуумируют до остаточного давления 10-1 Па, а затем заполняют кислородсодержащим рабочим газом. Устанавливают межэлектродное расстояние 100 мм, частота взрывов 0,7 Гц. Скорость подачи газовой смеси составляет 2,5 м/с. Отсекатель расположен на максимальном расстоянии Lмакс от входного отверстия в сепаратор. Наработанные продукты взрыва проволоки, представленные смесью нано- и микрочастиц, выносятся газовым потоком из реактора 1 в сепаратор 7. В сепараторе 7 происходит разделение частиц на две фракции. Крупные частицы осаждаются в бункере 8 сепаратора. Мелкие частицы выносятся газовым потоком из сепаратора 7 в циклон 9 и осаждаются в бункере циклона 10. Очищенный газ из циклона 9 по трубопроводу подается в реактор.ZnO-TiO 2 powder is obtained by exploding two twisted zinc and titanium wires. The device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa, and then filled with an oxygen-containing working gas. Set the interelectrode distance 100 mm, the frequency of explosions 0.7 Hz. The gas mixture feed rate is 2.5 m/s. The cutter is located at the maximum distance L max from the inlet to the separator. The accumulated wire explosion products, represented by a mixture of nano- and microparticles, are carried out by the gas flow from the reactor 1 to the separator 7. In the separator 7, the particles are separated into two fractions. Large particles are deposited in the hopper 8 of the separator. Small particles are taken out by the gas stream from the separator 7 to the cyclone 9 and are deposited in the hopper of the cyclone 10. The purified gas from the cyclone 9 is fed through the pipeline to the reactor.

Наработано 100 г порошка (бункер 10), представляющего собой частицы со средним размером 79±5 нм (Фиг. 4).Accumulated 100 g of powder (hopper 10), which is a particle with an average size of 79±5 nm (Fig. 4).

Пример 4.Example 4

Порошок ZnO-TiO2 получали в тех же режимах, что описаны в примере 3. При этом отсекатель расположен на минимальном расстоянии Lмин от входного отверстия в сепаратор. Наработанные продукты взрыва проволоки, представленные смесью нано- и микрочастиц, выносятся газовым потоком из реактора 1 в сепаратор 7. В сепараторе 7 происходит разделение частиц на две фракции. Частицы крупной фракции осаждаются в бункере 8 сепаратора. Частицы мелкой фракции выносятся газовым потоком из сепаратора 7 в циклон 9 и осаждаются в бункере циклона 10. Очищенный газ из циклона 9 по трубопроводу подается в реактор.Powder ZnO-TiO 2 was obtained in the same modes as described in example 3. In this case, the cutter is located at a minimum distance L min from the inlet to the separator. The accumulated wire explosion products, represented by a mixture of nano- and microparticles, are carried out by the gas flow from the reactor 1 to the separator 7. In the separator 7, the particles are separated into two fractions. Particles of a large fraction are deposited in the hopper 8 of the separator. Particles of the fine fraction are taken out by the gas stream from the separator 7 to the cyclone 9 and are deposited in the hopper of the cyclone 10. The purified gas from the cyclone 9 is fed through the pipeline to the reactor.

Наработано 100 г порошка (бункер 10), представляющего собой частицы со средним размером 69±2 нм (Фиг. 5).Accumulated 100 g of powder (hopper 10), which is a particle with an average size of 69±2 nm (Fig. 5).

Claims (1)

Комплекс для получения наночастиц оксидов металлов путем электрического взрыва проволоки, содержащий связанные трубопроводом в единую газопроточную конструкцию реактор, выполненный с возможностью подачи металлической проволоки из камеры механизма подачи проволоки, высоковольтный электрод и заземленный электрод, размещенные в реакторе для обеспечения электрического взрыва металлической проволоки, сепаратор с бункером для сбора и выгрузки крупных частиц оксидов металлов, циклон с бункером для сбора и выгрузки наночастиц оксидов металлов и центробежный вентилятор, обеспечивающий принудительную циркуляцию рабочего газа по упомянутой конструкции, отличающийся тем, что в качестве сепаратора использована конструкция цилиндрической формы, в которой дополнительно установлен отсекатель, имеющий форму усеченного конуса и установленный под углом 45 градусов относительно корпуса сепаратора, а диаметр отверстия отсекателя в 2 раза меньше диаметра входного отверстия в сепаратор.A complex for producing metal oxide nanoparticles by electrical explosion of a wire, containing a reactor connected by a pipeline into a single gas-flow structure, made with the possibility of feeding a metal wire from the chamber of the wire feed mechanism, a high-voltage electrode and a grounded electrode placed in the reactor to provide an electric explosion of a metal wire, a separator with a hopper for collecting and unloading large particles of metal oxides, a cyclone with a hopper for collecting and unloading nanoparticles of metal oxides and a centrifugal fan that provides forced circulation of the working gas according to the above design, characterized in that a cylindrical design is used as a separator, in which a cutter is additionally installed , having the shape of a truncated cone and installed at an angle of 45 degrees relative to the separator body, and the diameter of the cut-off hole is 2 times less than the diameter of the inlet hole to the separator.
RU2023104280A 2022-11-23 System for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of a wire RU2797467C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2797467C1 true RU2797467C1 (en) 2023-06-06

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU64544U1 (en) * 2007-02-02 2007-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" DEVICE FOR PRODUCING POWDER GRIND POWDERS
CN204565117U (en) * 2015-02-09 2015-08-19 焦作正恒实业有限公司 A kind of water atomization pulverization equipment
RU163232U1 (en) * 2015-12-25 2016-07-10 Закрытое акционерное общество "Компомаш - ТЭК" ELECTROSTATIC SEPARATOR
RU2625841C2 (en) * 2015-12-23 2017-07-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Method of separation of finely dispersed powders
RU2675188C1 (en) * 2017-12-27 2018-12-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Device and method for obtaining powder materials based on nano and microparticles through electric explosion of wires
RU2699886C1 (en) * 2018-12-13 2019-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и матероиаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of producing metal powder and device for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU64544U1 (en) * 2007-02-02 2007-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" DEVICE FOR PRODUCING POWDER GRIND POWDERS
CN204565117U (en) * 2015-02-09 2015-08-19 焦作正恒实业有限公司 A kind of water atomization pulverization equipment
RU2625841C2 (en) * 2015-12-23 2017-07-19 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Method of separation of finely dispersed powders
RU163232U1 (en) * 2015-12-25 2016-07-10 Закрытое акционерное общество "Компомаш - ТЭК" ELECTROSTATIC SEPARATOR
RU2675188C1 (en) * 2017-12-27 2018-12-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Device and method for obtaining powder materials based on nano and microparticles through electric explosion of wires
RU2699886C1 (en) * 2018-12-13 2019-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и матероиаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Method of producing metal powder and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2496381C (en) Grid type electrostatic separator/collector and method of using same
CN107442549B (en) The dry separation recovery process of valuable component in a kind of waste printed circuit board
US5944875A (en) Triboelectric separator with mixing chamber and pre-separator
US20140020558A1 (en) Apparatus and method for removal of particulate matter from a gas
RU2675188C1 (en) Device and method for obtaining powder materials based on nano and microparticles through electric explosion of wires
US10807104B1 (en) Wet electrostatic classification device for ultrafine powder based on rotating flow field
CN106000654A (en) Reverse-feed friction electric separation separating device for particles
CA3138656A1 (en) Method for preparation and separation of atomic layer thickness platelets from graphite or other layered materials
US5938041A (en) Apparatus and method for triboelectrostatic separation
RU2699886C1 (en) Method of producing metal powder and device for its implementation
RU2797467C1 (en) System for obtaining nanoparticles of metal oxides by electric explosion of a wire
CN112074350B (en) Method and device for electrostatically separating particulate material
KR100551547B1 (en) Equipment for production of metal, alloy and ceramic nano powders by simultaneous wire feeding of electrical explosion of wire and it's method
EP0040483B1 (en) Method and apparatus for classifying particles of powder material
DE19516817C1 (en) Cyclon for cleaning ic. engine exhaust gases
US6498313B1 (en) Electrostatic particle separation system, apparatus, and related method
RU211926U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING METAL OXIDE NANOPARTICLES BY ELECTRIC WIRE EXPLOSION
RU2093311C1 (en) Plant for production of ultrafine powders of metals, alloys and metal chemical compounds by method of wire electric explosion
Arsenov et al. Influence of the operating parameters of the needle-plate electrostatic precipitator on the size distribution of aerosol particles
RU2247631C1 (en) Installation for producing powders of metals, alloys and chemical compounds by electric explosion of wire
US6651818B1 (en) Ion particle classifier and classifying method
CN105728160A (en) Fused magnesite crushing and separating system
RU2149735C1 (en) Plant for producing finely divided powders of metals, alloys and their chemical compounds by electric explosion of wire
RU2132242C1 (en) Method and installation for aerodynamically separating metal powders
CN213967719U (en) Grading plant of fine powder