[发明专利]一种金属氯化物溶液射流热解制备金属氧化物的装置

说明书

技术领域

本发明属于金属冶金领域，具体涉及一种由金属氯化物制备金属氧化物的装置。

背景技术

溶液直接热解是将含所需正离子的某种盐类的溶液喷入到加热反应室内，通过反应生成微细的粉末颗粒。为提高热解效率，往往将溶液在一定的压力条件下以近似雾状的微细液滴喷入到一定温度的热解炉中，发生快速反应得到固体颗粒，因此该技术又叫喷雾热解。国内外很多学者采用该技术成功制备出了性能优异的金属及其氧化物粉体材料。该技术在钢板酸洗生产线的盐酸再生循环利用得到大规模推广应用，即将钢板酸洗产生的氯化铁溶液通过喷雾热解后，经气固分离得到氧化铁粉末和盐酸热解尾气，热解尾气经吸收得到盐酸溶液实现再生循环。中国发明专利申请201310124443采用氯化镁溶液直接热解制备出纳米氧化镁，中国专利ZL201010172151、ZL201210106278以氯化铝溶液为原料采用喷雾热解的方式制备出氧化铝粉体。无论是氯化铁溶液、氯化镁溶液还是氯化铝溶液热解，均是将金属氯化物溶液以雾状液滴喷入到到一定温度的高温炉中进行热解反应。由于所采用的热解焙烧炉传质、传热的局限性，会造成喷吹金属氯化物溶液热解制备金属氧化物的效率过低，热解时间较长（焙烧时间1-40min），过长的焙烧周期会导致热解所得粉末粒度过大且分布不均匀。

现有制备稀土氧化物的方法主要为铵盐或碱金属氢氧化物沉淀法，草酸盐或碳铵沉淀法。铵盐（或碱金属氢氧化物）沉淀法制备稀土氧化物是将氨水（或碱金属氢氧化物）加入到稀土盐类溶液中得到稀土氢氧化物沉淀，过滤洗涤得到氢氧化稀土沉淀，然后高温脱水得到稀土氧化物。草酸盐或碳铵沉淀法制备稀土氧化物是利用草酸盐或碳铵直接加入到氯化稀土溶液中将稀土转化为草酸稀土沉淀，过滤得到草酸稀土，然后在800-900℃煅烧得到稀土氧化物。以上方法存在着氨氮废水污染严重等环境污染问题。如何实现稀土氧化物的清洁生产，已成为稀土氧化物应用的关键环节。中国实用新型专利ZL200920203918公开了一种氯化稀土溶液直接热解制备稀土氧化物的炉子，该炉子操作流程：将氯化稀土溶液直接喷洒到炉子侧部的燃烧火焰上，溶液被加热发生反应。由于大量溶液喷洒到火焰燃烧区造成炉内温场急剧变化，导致产物粒度长大不均匀。中国发明专利ZL201010534886，专利申请201210081225、201210190297分别公开了采用氯化稀土溶液直接热解制备稀土氧化物的方法，公开了溶液浓度、气流量和焙烧温度等工艺条件。即，首先将焙烧炉预热到500-1700℃，然后将10-300g/L的氯化稀土溶液以2-8000L/h的流量喷吹到焙烧炉中焙烧1-40min，得到稀土氧化物。为了提高反应效率，溶液采用雾化喷嘴进行喷吹。由于所采用的热解焙烧炉传质、传热的局限性，同样会造成这种喷吹氯化稀土溶液热解制备稀土氧化物或氢氧化物效率过低，热解时间较长（焙烧时间1-40min），过长的焙烧周期会导致热解所得粉末粒度过大且分布不均匀。过长的高温焙烧时间会造成热解所得的稀土氧化物与未反应的稀土氯化物发生二次副反应生成氯氧化稀土。副反应如下：RECl₃+RE₂O₃=3REOCl

因此，开发金属氯化物溶液快速直接热解技术装备，是实现金属氯化物溶液直接热解制备优质金属氧化物关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有金属氯化物溶液直接焙烧热解制备金属氧化物的装置存在热解效率低，环境污染严重，高温焙烧周期长，热解所得的金属氧化物粉末粒度大、分布不均匀，以及产物纯度低等缺点，提出了一种金属氯化物溶液射流喷吹快速热解制备金属氧化物的装置。该装置的热量利用率和热解效率高，能够使金属氯化物迅速热解，热解充分且无二次副反应，制备的金属氧化物粉末粒度小、颗粒分布均匀、纯度高，全过程清洁生产。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种金属氯化物溶液射流热解制备金属氧化物的装置，包括射流热解系统、旋风分离系统、尾气吸收系统；所述射流热解系统包括燃气燃烧器和射流热解反应器，燃气燃烧器的高温燃烧尾气出口与射流热解反应器的气体入口相连接；所述旋风分离系统的气体入口与射流热解反应器的气体出口相连；所述尾气吸收系统的气体入口与旋风分离系统的气体出口相连。

上述的一种金属氯化物溶液射流热解制备金属氧化物的装置，所述的燃气燃烧器包括射流喷嘴、点火和检火系统。