[發(fā)明專(zhuān)利]一種自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的清潔生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310380603.4
• 申請(qǐng)日: 2013-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103466648A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廷安;豆志河;呂國(guó)志;劉燕;趙秋月;張子木;蔣孝麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B35/02
• 分類(lèi)號(hào): C01B35/02;B22F9/20;C01F5/10;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專(zhuān)利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的清潔生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

超細(xì)粉體制備技術(shù)是伴隨現(xiàn)代高新技術(shù)和新材料產(chǎn)業(yè)，如微電子和信息技術(shù)、高技術(shù)陶瓷和耐火材料、高聚物基復(fù)合材料、生物化工、航空航天、新能源等以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和資源綜合利用及深加工等發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的工程技術(shù)，是一門(mén)新興的綜合性技術(shù)科學(xué)，對(duì)現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

超細(xì)粉體的制備技術(shù)從大的范圍可以劃分為氣相法、液相法和固相法目前工業(yè)上使用最多的是粉碎法，使用上述方法制備超細(xì)粉體多存在能耗高，成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。與上述生產(chǎn)方法相比，采用自蔓延冶金法生產(chǎn)難熔金屬粉、無(wú)定形硼粉或硼化物陶瓷粉等超細(xì)粉體具有原料成本低、能耗低、操作簡(jiǎn)單、對(duì)工藝條件要求低等特點(diǎn)，且產(chǎn)品的純度高、粒度小、粉末活性高。東北大學(xué)將自蔓延高溫合成工藝和冶金浸出工藝相結(jié)合，發(fā)明了自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的新技術(shù)（專(zhuān)利號(hào)分別為ZL200510047297.8，ZL200510047308.2，ZL201010233471.9，ZL201010233478.0，ZL200810011972.5），即將氧化物和還原劑鎂粉等原料混合、壓制成坯樣后放在自蔓延反應(yīng)爐內(nèi)，以局部點(diǎn)火或恒溫起爆等手段引發(fā)自蔓延反應(yīng)，冷卻得到產(chǎn)物彌散在海綿狀的氧化鎂基體中的粗產(chǎn)品，然后在室溫下以稀酸為浸出劑直接浸出粗產(chǎn)品，過(guò)濾分離得到超細(xì)粉體，由于引入了酸浸工藝在浸出過(guò)程產(chǎn)生了大量的酸性含鎂廢液。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的清潔生產(chǎn)方法，即采用鹽酸為浸出劑浸出自蔓延高溫合成得到的粗產(chǎn)品，除去其中的氧化鎂，過(guò)濾分離得到超細(xì)粉體和氯化鎂溶液，然后將氯化鎂溶液直接進(jìn)行噴霧熱分解得到納米級(jí)氧化鎂粉體，同時(shí)得到氯化氫氣體，氯化氫氣體經(jīng)吸收后可返回浸出過(guò)程循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)該過(guò)程的清潔生產(chǎn)。

本發(fā)明的自蔓延冶金法制備超細(xì)粉體的清潔生產(chǎn)方法按以下步驟進(jìn)行：

1、將粉狀的氧化物和鎂粉混合后球磨至粒度≤0.5μm，然后壓制成坯料，放入自蔓延反應(yīng)爐中引發(fā)自蔓延反應(yīng)；所述的氧化物為氧化硼、氧化鎢或氧化鋯；?

自蔓延反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)產(chǎn)物自然冷卻至常溫，得到粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品中的硼或金屬?gòu)浬⒃诤＞d狀氧化鎂基體中；

2、將粗產(chǎn)品經(jīng)過(guò)破碎后，采用鹽酸浸出的方式分離其中的氧化鎂；浸出采用的鹽酸濃度為1~5mol/L；鹽酸與粗產(chǎn)品的液固比為（4~20）:1ml/g，浸出采用常溫浸出的方式或在密閉條件下高溫浸出的方式；常溫浸出時(shí)，浸出溫度為25~90℃、浸出時(shí)間為10~40h；高溫浸出時(shí)，浸出溫度為100~150℃、浸出時(shí)間為30~180min；浸出后過(guò)濾獲得固相和浸出液；

3、浸出獲得的固相洗滌去除雜質(zhì)，再烘干去除水分，制成重量純度≥99%的超細(xì)粉體；

4、采用噴霧熱分解的方式處理浸出液；噴霧熱分解是在0.13~0.6MPa的壓力下通過(guò)霧化噴嘴將浸出液進(jìn)行霧化噴吹到高溫?zé)峤鉅t中，再熱解得到納米級(jí)氧化鎂和熱解尾氣；熱解尾氣中的氯化氫經(jīng)吸收后形成鹽酸，返回浸出過(guò)程循環(huán)使用；在高溫?zé)峤鉅t中的熱解溫度為200~700℃、熱解時(shí)間為0.5~60min。

上述方法中，壓制成坯料時(shí)的壓力為40~70MPa。

上述方法中，當(dāng)氧化物為氧化硼時(shí)，混合比例按質(zhì)量比為氧化硼:鎂粉=100:（110~128），當(dāng)氧化物為氧化鎢時(shí)，混合比例按質(zhì)量比為氧化鎢:鎂粉=100:（33~40），當(dāng)氧化物為氧化鋯時(shí)，混合比例按氧化鋯:鎂粉=100:（105~122）。

上述的自蔓延反應(yīng)通式如下：

MeO_x+xMg=xMgO+Me+△H

其中Me為B、W或Zr，△H代表自蔓延反應(yīng)發(fā)生過(guò)程反應(yīng)釋放的反應(yīng)熱；

上述方法中浸出過(guò)程反應(yīng)如下：

MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O；

上述方法中熱分解過(guò)程的反應(yīng)如下：

MgCl₂+H₂O=MgO+2HCl。

上述的超細(xì)粉體為粒度≤1μm的鎢粉、粒度≤400nm的鋯粉或粒度≤200nm的硼粉。

上述的浸出液中氯化鎂的質(zhì)量濃度為50~300g/L。

上述的納米級(jí)氧化鎂的的粒度為80~390?nm。

上述的氯化氫經(jīng)吸收后形成的鹽酸的濃度為1~5mol/L。