[发明专利]闪速焙烧炉

说明书

一种制备纳米活性粉末材料的方法和系统。该方法可用于一种反应器系统，该反应器系统包括输入颗粒在重力作用下逐渐流过反应器的各个阶段的多个阶段。粉末注入器第一阶段，其中研磨的输入前体粉末注入反应器中。外部加热的预热器阶段可设置在反应器中，其中前体粉末加热到焙烧反应的温度。反应器中的外部加热的焙烧炉阶段，其中初级前体挥发性成分可通过焙烧反应作为高纯度气流迅速被去除，以产生所需的纳米活性产物。后处理反应器阶段，其中由于第一粉末材料的纳米活性，使气流组成发生变化以产生所需的热粉末产物。粉末喷射器阶段，其中热粉末产物从反应器中排出。

技术领域

本发明广泛涉及一种用于生产高表面积、纳米活性材料的材料的焙烧方法。

背景技术

纳米材料在医药、农业、水产养殖、水处理、催化剂和催化剂载体、水泥、电池材料以及3D打印材料中的广泛应用方面已取得了重大进展。然而，纳米材料本质上难以作为气凝胶粉末处理，生产成本高，并且它们往往会聚集成随机的团簇。纳米材料的合成通常在诸如液体或凝胶的溶液中进行，并且通常在环境条件下进行。

以菱镁矿为原料，Sceats(AU2014374829)以及Sceats和Hodgson(PCT/AU2015/050764)已描述一种制备纳米活性材料的替代方法。然而，当应用于其他材料时，存在与烧结产物相关的许多问题，或者某些矿物的颗粒可能会在无意间发生化学或物理性质的变化。

关于分段，Sceats PCT/AU2015/000684描述了使用其中有两个焙烧步骤的两级反应器处理白云岩的优点。然而，当应用于其他材料时，存在与烧结产物和生成具有所需性能的所需材料相关的许多问题。

颗粒内部烧结是指颗粒通过生长更大的晶粒和孔来取代小晶粒和孔，从而降低其有益的高能纳米晶体表面的过程。与最小结构相关的最高能量表面是最先进行烧结的。从概念上讲，这是一个孔隙反应的过程，其中物质在两个小孔隙之间扩散，形成具有更低的表面积和更低的能量的更大的孔隙。因此，材料的长度尺度也增加了，材料失去了其纳米级性能。还必须抑制颗粒之间的烧结，使其通过颈缩形成更大的颗粒。因此，任何烧结都会导致表面积减小，从而降低所需的纳米级性能。烧结还能消除颗粒内部的高能晶体缺陷，例如氧缺陷，同样会丧失理想的属性。总之，颗粒的烧结是不可取的。这种窑炉处理材料的示例有水泥熟料的形成，以及通过用硅铁还原氧化镁生产金属镁。因此，需要一种在单一反应器中共同生产纳米活性材料的方法，以提高后续热处理阶段中颗粒-颗粒反应速率。

其它已知的装置可包括回转窑或其它炉窑，如在第二次高温过程中更高温度下的回转窑，其中颗粒在形成床或移动床时，由于混合物中颗粒之间的接触面积较大，所以彼此反应更迅速。由于在这种类型的窑炉/反应器中进行烧结，最终产物通常不会具有任何纳米活性性能，或至少不会具有均匀的或所需的纳米活性性能。

此外，由于预热器和/或焙烧炉内的停留时间和/或温度必须更大，烧结粉末所需的能量要高的多。因此，整个可生产的产品体积会受到反应器内这些温度和/或停留时间的限制。

本发明的目的是对已知焙烧生产工艺进行改进，以生产可具有纳米活性性能的材料。

在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应被视为承认该现有技术是广泛已知的或者构成该领域的公知常识的一部分。

发明内容

待解决的问题

提供一种以更有效的方式生产纳米活性材料的系统和/或方法可能是有利的。

提供一种生产烧结大大减少的产物的系统和/或方法可能是有利的。

提供一种用于生产具有增强的纳米活性性能的材料的系统和/或方法可能是有利的。

提供一种可生产具有相对较大表面积的产物的系统可能是有利的。

提供一种相对于其他已知反应器可以扩大规模和/或保持高水平效率的系统可能是有利的。