[发明专利]用于在等离子电弧中制备粉末的方法及实施该方法的设备

说明书

本发明涉及一种用于通过至少两个反应组分在等离子电弧中的反应连续制备粉末的方法，其中，第一反应组分和第二反应组份被输往借助处于第一和第二电极之间的电压得以保持的等离子电弧，其中，至少第一反应组分是导电的并且被用作第一电极。

此外，发明还涉及一种通过至少两个反应组分在一个等离子电弧中的反应连续制备粉末的设备，该设备具有一个用以至少把第一反应组分输往一个等离子室的一个注入口的输送装置，等离子室具有一个朝面对注入口的通路方向逐渐缩窄的内腔，该设备还具有至少两个与一个发生器相连的、用于保持等离子室内的等离子电弧的电极，其中第一电极是通过第一反应组分构成的。

等离子体是一种在极高的温度下，如3000℃得到的综合介质。该介质具有很大的活性，因而可使化学反应以高的速度进行。等离子体是通过直流放电、通过气体的电离或在射频放电时和在微波放电时形成的。当前的使用例子是：通过把铁矿石(氧化物)和煤喷入等离子燃烧器使铁矿石还原；通过喷入多种金属氧化物Cr₂O₃、SiO₂、CaO、MgO……。

等离子电弧首先用在1500℃以上高温下的冶金中。等离子电弧消耗大量的电能。等离子电弧需要电极，这些电极在用后成为废物并因此污染环境。

虽然在没有电极的情况下也能生成感应等离子体，但是，如在法国教育研究和大学部的“等离子体工业”文件(86年第10号文件)中所描述的那样，其功率有所变弱。

瑞士专利CH 281749公开了本说明书开始所述类型的方法和设备，该专利描述了一种用于制备金属卤化物的方法，其中，由相应的金属矿混合物和由碳构成阳极，在该阳极和由碳构成的阴极之间生成一个处在含卤素的气氛内的电弧并据此形成金属卤化物。

其中，阳极被消耗。因为阳极材料的不均匀性，等离子体的燃烧也不均匀。此外，制作电极很费工并且成本高。

英国专利GB 959027公开了一种所述类型的设备。该专利描述的等离子喷射设备具有一个等离子室和一个用于把一根作为电极的金属线送入等离子室的输送装置。该输送装置在其下缘具有一个为金属线而设的出口，金属线同心地向等离子室的朝上的、即朝输送装置方向敞开的内腔伸展。等离子室的内腔向下朝出口喷嘴方向呈锥形地逐渐缩窄。

实践表明，在公开的设备中，在等离子腔中生成的等离子体得不到充分稳定。

因此，本发明的任务在于，提供一种通过至少两个反应组分在一个等离子电弧中的反应连续地和可再现地制备粉末的方法并且提供一种实施以上方法的设备，该设备确保等离子体的均匀性并从而确保结果的再现性。

在方法方面，按照本发明，解决以上任务的技术方案在于，第一反应组分以流体形式被输往等离子电弧。

第一反应组分能譬如以熔液、液体、悬浮液、乳化液、凝胶体或松散的粉末的形式出现。需要建立一个包含第一反应组分的、固定的电极。因此，无需担心通过磨损造成的、譬如在使用感应等离子体时出现的磨损现象或污染。在把包含第一反应组分的料流从上方输往等离子电弧的情况下，譬如可利用其自重的重力把第一反应组分输往等离子电弧。由于第一反应组分以流体的形式被输往等离子电弧，因此也可轻易实现料流内第一反应组分的均匀分布。

第二反应组分同样能以流体的形式、例如作为气体被输往等离子电弧。据此可得到特别稳定的和均匀的等离子体。

作为电极的第一反应组分有利地与负电位相连。

为了节能并为了使等离子电弧稳定，等离子电弧具有的能量有利地相当于待由反应组分制备的化合物的化合自由焓加上等离子电弧中的热损耗。

如果等离子室内的等离子电弧保持有一个从截面看基本上为抛物线形状的内腔，该内腔具有一个为第一反应组分而设的注入口并具有一个与以上注入口面对的通路，则可得到特别稳定的等离子体。经过上述通路，在等离子电弧中形成的反应产物脱离等离子室。内腔基本上为抛物面形状。

被证明特别行之有效的是，至少处在一个射流中的第一反应组分被输往等离子室，其中，等离子室的抛物线形状内腔的长轴与射流同轴地伸展，并且在注入口范围内的等离子室内腔的直径大于平均电离距离，并且通道的直径小于平均电离距离。

等离子电弧有利地在抛物线的中心之一上被触发。抛物线的该中心应是那个最靠近等离子室通路的中心。据此可得到特别稳定的等离子体。

获得特别稳定的等离子体的条件在于，等离子室的通路借助一个混合管向外延长，在混合管的出口处保持负压。其中，混合管可起所谓的“文丘里嘴”的作用。