[发明专利]一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法

说明书

本发明公开了一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法，属于冶金和化工交叉技术领域。该方法首先将燃烧炉内产生的热气导入沸腾炉，加热其中的蓄热球并吹至悬浮状态；再将熔融硝酸盐雾化喷入沸腾炉中，经热解生成高温尘气进入旋风收尘装置，再经余热锅炉降温后进入收尘系统得到金属氧化物粉体，收尘后气一部分循环至燃烧炉，另一部分用于制备硝酸。本发明采用沸腾炉作为硝酸盐分解设备，操作压力高，处理量大，且体积较小，热效率相对较高。同时，沸腾炉是一种工业化很成熟的生产设备，故该工艺极易实现工业化与大型化。此外，本发明工艺简单高效，可操作性强，所制备的金属氧化物粉体和硝酸均为高附加值产品，经济效益显著。

技术领域

本发明属于冶金和化工交叉技术领域，具体涉及一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法。

背景技术

硝酸盐为一类阳离子为金属，阴离子为硝酸根的化合物的统称，广泛应用于石油、冶金、食品、材料制备等领域。常见的硝酸盐有：硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。总体上，硝酸盐的水溶性较好，几乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，碱式硝酸铋难溶于水，所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。

固体硝酸盐加热时能分解放出氧，分解产物也会由于其阳离子不同而有所不同。其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出部分氧而变成亚硝酸盐，其余大部分金属的硝酸盐分解为金属的氧化物、氧和二氧化氮。总的来说，硝酸盐的热分解产物分为三种情况：当阳离子金属元素较Mg活泼，如K、Ca、Na，其硝酸盐热解会生成相应的亚硝酸盐和氧气；阳离子金属元素的活泼性处在Mg和Cu之间的金属，其硝酸盐热分解时会生成相应的金属氧化物、二氧化氮和氧气；金属活泼性更小的金属(Cu之后)，其硝酸盐热分解时则会生成相应的金属、二氧化氮和氧气。

研究发现，硝酸铝、硝酸镁、硝酸铁、硝酸锌等硝酸盐在加热时会生成具有较高活性的氧化物，这是由于其在热解过程中会生成氧化氮、氧气等气体，促使氧化物表面形成多孔结构，从而使产物具有较大的比表面积及活性。此外，分解温度对产物性质有较大的影响，控制分解温度可以得到不同晶型的氧化物。

中国发明专利申请CN109721038A公开了一种硝酸盐热解回收硝酸的方法，该方法首先将硝酸盐输送到至少两级的预热装置中，进行加热，液化，再将硝酸盐热流体输送到分解器中，利用高温气体进行加热，使得硝酸盐分解产生混合气体和固体粉末；将混合气体和固体粉末分离，一部分混合气体输送到硝酸回收罐中，另一部分混合气体加热至500-800℃，然后回流至分解器中，用于加热硝酸盐热流体使之受热分解。该方法中所采用的分解炉为常压工作环境，气体流量小，故所需要的分解设备体积巨大，处理量相对较小。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷与不足，本发明公开了一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法，该方法采用沸腾炉作为硝酸盐的分解装置，较传统硝酸盐分解设备具有散热小，热能利用率高，操作简单，适应性强，操作压力高，处理量大等优点。同时，本发明实现了硝酸盐的快速分解，所得到的金属氧化物粉体及再生硝酸均是附加值很高的产品，经济价值显著。

为实现该发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用沸腾炉加热分解硝酸盐制备金属氧化物粉体的方法，包括以下步骤：

(1)将燃烧炉内燃料燃烧产生的大量热气经沸腾炉底部鼓入沸腾炉，将沸腾炉内的蓄热球加热并吹至悬浮状态，同时使炉体内的温度恒定在硝酸盐完全分解的温度；

(2)将加热熔化后的硝酸盐雾化，从沸腾炉底部喷吹到沸腾炉内，熔化的硝酸盐在高温气体的作用下快速分解，形成含金属氧化物、水蒸气和氮氧化物气体的高温尘气，该高温尘气经沸腾炉顶部出气口进入旋风收尘器；

(3)旋风分离后气经余热锅炉降温，再经过收尘系统得到金属氧化物粉体，收尘后气一部分返回燃烧炉再次加热后循环到沸腾炉内用于分解硝酸盐，另一部分进入硝酸吸收再生系统用于制备硝酸。