[发明专利]一种自蔓延冶金法制备超细粉体的清洁生产方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种自蔓延冶金法制备超细粉体的清洁生产方法。

背景技术

超细粉体制备技术是伴随现代高新技术和新材料产业，如微电子和信息技术、高技术陶瓷和耐火材料、高聚物基复合材料、生物化工、航空航天、新能源等以及传统产业技术进步和资源综合利用及深加工等发展起来的一项新的工程技术，是一门新兴的综合性技术科学，对现代高新技术产业的发展具有重要意义。

超细粉体的制备技术从大的范围可以划分为气相法、液相法和固相法目前工业上使用最多的是粉碎法，使用上述方法制备超细粉体多存在能耗高，成本高、工艺复杂等缺点。与上述生产方法相比，采用自蔓延冶金法生产难熔金属粉、无定形硼粉或硼化物陶瓷粉等超细粉体具有原料成本低、能耗低、操作简单、对工艺条件要求低等特点，且产品的纯度高、粒度小、粉末活性高。东北大学将自蔓延高温合成工艺和冶金浸出工艺相结合，发明了自蔓延冶金法制备超细粉体的新技术（专利号分别为ZL200510047297.8，ZL200510047308.2，ZL201010233471.9，ZL201010233478.0，ZL200810011972.5），即将氧化物和还原剂镁粉等原料混合、压制成坯样后放在自蔓延反应炉内，以局部点火或恒温起爆等手段引发自蔓延反应，冷却得到产物弥散在海绵状的氧化镁基体中的粗产品，然后在室温下以稀酸为浸出剂直接浸出粗产品，过滤分离得到超细粉体，由于引入了酸浸工艺在浸出过程产生了大量的酸性含镁废液。

发明内容

针对自蔓延冶金法制备超细粉体存在的上述问题，本发明提供一种自蔓延冶金法制备超细粉体的清洁生产方法，即采用盐酸为浸出剂浸出自蔓延高温合成得到的粗产品，除去其中的氧化镁，过滤分离得到超细粉体和氯化镁溶液，然后将氯化镁溶液直接进行喷雾热分解得到纳米级氧化镁粉体，同时得到氯化氢气体，氯化氢气体经吸收后可返回浸出过程循环利用，实现该过程的清洁生产。

本发明的自蔓延冶金法制备超细粉体的清洁生产方法按以下步骤进行：

1、将粉状的氧化物和镁粉混合后球磨至粒度≤0.5μm，然后压制成坯料，放入自蔓延反应炉中引发自蔓延反应；所述的氧化物为氧化硼、氧化钨或氧化锆； 

自蔓延反应结束后，反应产物自然冷却至常温，得到粗产品，粗产品中的硼或金属弥散在海绵状氧化镁基体中；

2、将粗产品经过破碎后，采用盐酸浸出的方式分离其中的氧化镁；浸出采用的盐酸浓度为1~5mol/L；盐酸与粗产品的液固比为（4~20）:1ml/g，浸出采用常温浸出的方式或在密闭条件下高温浸出的方式；常温浸出时，浸出温度为25~90℃、浸出时间为10~40h；高温浸出时，浸出温度为100~150℃、浸出时间为30~180min；浸出后过滤获得固相和浸出液；

3、浸出获得的固相洗涤去除杂质，再烘干去除水分，制成重量纯度≥99%的超细粉体；

4、采用喷雾热分解的方式处理浸出液；喷雾热分解是在0.13~0.6MPa的压力下通过雾化喷嘴将浸出液进行雾化喷吹到高温热解炉中，再热解得到纳米级氧化镁和热解尾气；热解尾气中的氯化氢经吸收后形成盐酸，返回浸出过程循环使用；在高温热解炉中的热解温度为200~700℃、热解时间为0.5~60min。

上述方法中，压制成坯料时的压力为40~70MPa。

上述方法中，当氧化物为氧化硼时，混合比例按质量比为氧化硼:镁粉=100:（110~128），当氧化物为氧化钨时，混合比例按质量比为氧化钨:镁粉=100:（33~40），当氧化物为氧化锆时，混合比例按氧化锆:镁粉=100:（105~122）。

上述的自蔓延反应通式如下：

MeO_x+xMg=xMgO+Me+△H

其中Me为B、W或Zr，△H代表自蔓延反应发生过程反应释放的反应热；

上述方法中浸出过程反应如下：

MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O；

上述方法中热分解过程的反应如下：

MgCl₂+H₂O=MgO+2HCl。

上述的超细粉体为粒度≤1μm的钨粉、粒度≤400nm的锆粉或粒度≤200nm的硼粉。

上述的浸出液中氯化镁的质量浓度为50~300g/L。

上述的纳米级氧化镁的的粒度为80~390 nm。

上述的氯化氢经吸收后形成的盐酸的浓度为1~5mol/L。