專利名稱：一種制備納米三氧化鉬的方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬冶金技術領域，尤其是涉及一種以純三氧化鑰為原料制備納米三氧化鑰的方法。
背景技術：
三氧化鑰是鑰冶金中最重要的中間體，大多數鑰的化合物都是直接或間接以它為原料制得的，三氧化鑰在催化劑、顯示裝置、傳感器、電機電池等領域都有廣泛的應用。工業上一般用鍛燒鑰酸銨的方法制取三氧化鑰，隨著材料科學與應用技術的不斷發展，該方法制得的三氧化鑰由于顆粒粗、呈團聚狀態而不能滿足特殊使用要求，如郭光華等在CN102198958中公開了一種石油加氫精制催化劑用高純三氧化鑰的制備方法，將四鑰酸銨干燥、過篩后送入回轉管電爐進行焙燒，一次成品率達98. 5%。由于三氧化鑰在較低的溫度下即具有顯著的蒸汽壓，所以可以用升華法對三氧化鑰進行凈化，在升華的操作條件下，通常與之共生的雜質或不具有揮發性(如硅酸鹽等)或不能冷凝而被除去。目前，工業上升華法生產純三氧化鑰的主要原料為工業氧化鑰即鑰焙砂，根據鑰焙砂中氧化鑰熔點、沸點低，在溫度低于其熔點795°C時開始升華，以三聚合氧化鑰的形態進入氣相，三氧化鑰蒸氣連同空氣一同進入收塵風罩中并在抽力作用下進入布袋收集，而大多數雜質化合物因熔點、沸點高很多留在固相中，升華在旋轉電爐中進行，升華溫度一般控制在900 1100°C，制取的三氧化鑰一般純度可達到MoO3 99.8% (張啟修，趙秦生主編， 《鎢鑰冶金》，2005年9月);南韓研究人員發明一種新型升華爐，該爐比帶旋轉爐底的升華爐生產能力大，能耗低(張文鉦，氧化鑰研發進展，《中國鑰業》，2006年第I期)；US4551313公開了一種含成渣成分(硅、鋁及重金屬)的三氧化鑰的快速升華方法，第一步通過氣動懸浮流輸送的氧化鑰顆粒、通過噴嘴輸送的燃料和含氧氣體混合流進入一個封閉爐腔內，燃料氣體混合物點燃產生溫度在1600 士 200°C 1800°C的足以使三氧化鑰升華、融化成渣成分的火焰，收集爐腔內的液態渣，第二步將產生的包括升華的三氧化鑰在內的氣體和懸浮固體通過上述爐腔進入一冷凝室，冷凝室的溫度(850 950°C)高于升華的三氧化鑰的冷凝溫度、低于揮發性金屬雜質的揮發溫度，然后冷凝(150 500°C)、收集固態三氧化鑰，分離廢氣，從而實現三氧化鑰和雜質的分離，結果顯示，混入渣中的鑰低于1%，得到產品三氧化鑰純度達MoO3 99.95%。盡管采用上述這些方法可以獲得較高純度的三氧化鑰，但仍然存在下述幾個問題1、鑰回收率明顯低于75%，抵消了產品純度提高帶來的優勢；2、由于往爐內通入大量空氣流，大部分熱量不是用來升華產品，而是被用來提高引入空氣的溫度；3、制得的產品三氧化鑰平均粒度在微米級，不能滿足材料科學等領域的特定要求。已有研究發現，具有各向異性的納米三氧化鑰，更顯示出其特殊的催化性能，可廣泛用作催化劑，常規升華法采用收塵風罩及布袋收集三氧化鑰，因粒子聚凝僅得到微米級產品，為了制取納米三氧化鑰，必須將升華的三氧化鑰氣體急驟冷卻，防止三氧化鑰粒子聚凝或團聚，從而得到納米級產品。US6468497公開了一種納米三氧化鑰的生產方法，將工業氧化鑰采用升華-驟冷法生產出納米三氧化鑰，生產工藝如下將粒度大約24 260 μ m的工業氧化鑰粉體(通常由三氧化鑰和二氧化鑰組成)經可控螺旋運輸機送入升華爐中，經入口鼓入空氣使二氧化鑰氧化為三氧化鑰，升華爐用電力加熱，用熱電偶檢測爐內溫度，當爐溫達到1100°C時， 三氧化鑰開始升華并沉積在似膜狀進料管中；已升華的納米三氧化鑰用液氮流驟冷，進入料斗，然后流入過濾器，經風機吸出冷氣，納米三氧化鑰產品經漏斗排出，反應升華溫度為 1093 1260°C，升華爐的作業時間為120min，可產出約長100 nm、寬25 nm、高20 nm的呈條狀納米級三氧化鑰。上述方法雖然可以制得納米級產品，但存在的問題在于升華時間長，一般在 120min以上，不能進行連續化生產。趙秦生等提出一種氧化鑰等離子物理氣相沉積法制取高純三氧化鑰的方法，以空氣等離子處理工業純的氧化鑰(即鑰焙砂)，利用三氧化鑰沸點比大多數雜質低的特點，令其在空氣等離子焰中迅速揮發，然后在等離子焰外引入大量冷空氣使氣態三氧化鑰驟冷， 獲得超細高純三氧化鑰粉末。因為采用等離子方法，預計生產時間可大大縮短，但該方法:
I、為保證在等離子體條件下三氧化鑰的迅速揮發，等離子焰必須保持較高溫度(2000°C以上)，致使原料鑰焙砂中的大多數雜質也揮發進入氣相，最終冷凝并伴隨三氧化鑰進入產品中，影響產品純度；2、該方法僅僅只是一個設想，無工業應用，甚至無實驗裝置(張啟修，趙秦生主編，《鎢鑰冶金》，2005年9月)。
發明內容
在現有技術的基礎上，本發明的目的在于提供一種以純三氧化鑰為原料采用等離子體升華制備納米三氧化鑰的方法，超短時間，可以實現自動化、連續化生產。一種制備納米三氧化鑰的方法，以純三氧化鑰為原料，通過等離子體升華制備納米三氧化鑰，其特征在于
將純三氧化鑰粉末通過加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進行升華， 操作時間10 100ms，獲得的氣態三氧化鑰采用驟冷介質驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鑰，MoO3 > 99. 80%ο升華條件為溫度2000 10000°C、真空度為IO3 IO5 Pa的微負壓。進一步地，所述驟冷介質為水、空氣或者液氮。進一步地,所述納米三氧化鑰粒度< 80nm。進一步地，產生所述等離子體流的等離子氣體為氬氣、氮氣、空氣、氧氣或其他合適氣體。本發明所稱純三氧化鑰，指采用鑰酸銨熱解或其他方法制得的純三氧化鑰，其化學組成符合相應行業標準。采用如上所述的技術方案，本發明至少具有如下有益效果
I、超高溫帶來超短時間
本發明中，由于等離子體的超高溫加熱，當三氧化鑰粉料進入等離子體升華爐時，在極短的時間內即完成熱量的傳遞及對粉料的充分加熱，升華操作可瞬間完成(< 100ms)，超高溫帶來超短時間，明顯優于現有的升華或升華-驟冷技術；
2、實現自動化、連續化生產
由于本發明用等離子體升華爐取代現有的旋轉電爐或新型升華爐，能夠一次、快速完成三氧化鑰的揮發升華，形成不斷加料、不斷收集成品的連續化生產過程，與現有各種升華方法制取三氧化鑰操作時間長、不能連續化生產相比，本方法真正實現了自動化、連續化生產，年產納米三氧化鑰400噸以上；
3、產品粒度細
本發明采用驟冷收集制備三氧化鑰，避免了三氧化鑰粒子的聚凝或團聚，從而獲得納米級產品，產品粒度可控制在80nm以內，與現有技術相比，可以滿足材料科學領域的特定要求。
圖I :本發明的制備納米三氧化鑰的工藝設備示意圖。圖中主要編號說明1等離子體升華爐；2收雜裝置；3水冷收集裝置；4真空系統； 5等離子氣體；6冷卻系統；7電源接口 ；8加料裝置；9收料裝置；10反吹氣體。
具體實施例方式以下結合附圖I及實施例詳細說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍包括但是不限于此
本發明的制備納米三氧化鑰的工藝設備布置如圖I所示，升華在等離子體升華爐I中進行，生產設備還包括加料裝置8、收料裝置9、收雜裝置2、真空系統4、冷卻系統6及水冷收集裝置3等；將純三氧化鑰原料粉末通過加料裝置8送入等離子體升華爐I中，在等離子氣體5噴焰產生的2000 10000°C等離子體流中進行升華，操作時間10 IOOms ;將升華產生的三氧化鑰引入水冷收集裝置3，用水作驟冷劑驟冷，收料裝置9收集，得到納米三氧化鑰；真空系統4控制系統真空度在IO3 IO5Pa,冷卻系統6設有進水口和出水口 ；水冷收集裝置3采用水冷脈沖反吹過濾器，工作狀態下不斷通入反吹氣體10實現氣固分離。本發明中，真空度控制在IO3 IO5 Pa的微負壓，能夠取得非常好的升華效果；在升華三氧化鑰的過程中，由于等離子體產生的超高溫度，升華速度很快，在超短時間即毫秒級的時間內完成。具體操作實施過程如下
1、打開供水系統6的冷卻水；
2、關閉進料閥，將原料三氧化鑰加入加料裝置8；
3、真空系統4抽真空到設定真空度；
4、通入等離子氣體5，由電源接口7接入等離子電源產生設定溫度的等離子體流；
5、向水冷收集裝置3通入脈沖氣體10；
6、打開進料閥，持續將加料裝置8中的料粉加入等離子體升華爐I中進行升華操作；
7、從收料裝置9收取產品三氧化鑰，從收雜裝置2收取雜質。實踐中還可以用空氣或液氮作驟冷介質。實施例I :原料純三氧化鑰粉末，其化學組成見表I。實施過程將純三氧化鑰原料送入等離子體升華爐中，控制等離子體流的溫度為 2000 10000°C、真空度為IO3 IO5Pa,用水作驟冷劑，驟冷收集，得到三氧化鑰，取樣檢測。實施參數與結果列于表2。從表2可以看出
1、以MoO399. 82%的純三氧化鑰為原料，采用等離子體升華法可以在IOOms以內的超短時間制得純度在99. 80%以上、粒度在80nm以下的高純納米三氧化鑰；
2、隨著等離子體升華溫度的升高，升華速度加快，真空度降低，產能提高。最后所應說明的是以上說明僅用以說明本發明而非限制，盡管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的保護范圍當中。表I原料化學組成
表2實施例I參數與結果
權利要求
1.一種制備納米三氧化鑰的方法，以純三氧化鑰為原料，通過等離子體升華制備納米三氧化鑰，其特征在于將純三氧化鑰粉末通過加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進行升華， 操作時間10 100ms，獲得的氣態三氧化鑰采用驟冷介質驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鑰，MoO3 > 99. 80%ο
2.根據權利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于所述等離子體升華條件為溫度2000 10000°C、真空度為IO3 IO5 Pa的微負壓。
3.根據權利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于所述驟冷介質為水、 空氣或者液氮。
4.根據權利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于進一步地，產生所述等離子體流的等離子氣體為氬氣、氮氣、空氣、氧氣或其他合適氣體。
5.根據權利要求I所述的制備納米三氧化鑰的方法，其特征在于進一步地，所述納米三氧化鑰粒度< 80nm。
全文摘要
本發明涉及有色金屬冶金技術領域，尤其是涉及一種以純三氧化鉬為原料制備納米三氧化鉬的方法。以純三氧化鉬為原料，通過等離子體升華制備納米三氧化鉬，將純三氧化鉬粉末通過加料裝置送入等離子體升華爐中，在等離子體流中進行升華，操作時間10～100ms，獲得的氣態三氧化鉬采用驟冷介質驟冷，收料裝置收集，得到納米三氧化鉬，MoO3＞99.80%。本發明采用等離子體升華法制備三氧化鉬，可以在超短時間內得到粒度在80nm以內的高純納米三氧化鉬，并且真正實現了自動化、連續化生產。
文檔編號C01G39/02GK102603005SQ201210057610
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者趙維保, 趙維根, 趙龍飛 申請人:洛陽開拓者投資管理有限公司