1.本發(fā)明屬于冶金和化工交叉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法。

背景技術(shù)：

2.硝酸鹽為一類陽(yáng)離子為金屬，陰離子為硝酸根的化合物的統(tǒng)稱，廣泛應(yīng)用于石油、冶金、食品、材料制備等領(lǐng)域。常見(jiàn)的硝酸鹽有：硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鈣、硝酸鉛、硝酸鈰等?？傮w上，硝酸鹽的水溶性較好，幾乎全部易溶于水，只有硝酸脲微溶于水，堿式硝酸鉍難溶于水，所以溶液中硝酸根不能被其他絕大多數(shù)陽(yáng)離子沉淀。

3.固體硝酸鹽加熱時(shí)能分解放出氧，分解產(chǎn)物也會(huì)由于其陽(yáng)離子不同而有所不同。其中最活潑的金屬的硝酸鹽僅放出部分氧而變成亞硝酸鹽，其余大部分金屬的硝酸鹽分解為金屬的氧化物、氧和二氧化氮?？偟膩?lái)說(shuō)，硝酸鹽的熱分解產(chǎn)物分為三種情況：當(dāng)陽(yáng)離子金屬元素較mg活潑，如k、ca、na，其硝酸鹽熱解會(huì)生成相應(yīng)的亞硝酸鹽和氧氣；陽(yáng)離子金屬元素的活潑性處在mg和cu之間的金屬，其硝酸鹽熱分解時(shí)會(huì)生成相應(yīng)的金屬氧化物、二氧化氮和氧氣；金屬活潑性更小的金屬(cu之后)，其硝酸鹽熱分解時(shí)則會(huì)生成相應(yīng)的金屬、二氧化氮和氧氣。

4.研究發(fā)現(xiàn)，硝酸鋁、硝酸鎂、硝酸鐵、硝酸鋅等硝酸鹽在加熱時(shí)會(huì)生成具有較高活性的氧化物，這是由于其在熱解過(guò)程中會(huì)生成氧化氮、氧氣等氣體，促使氧化物表面形成多孔結(jié)構(gòu)，從而使產(chǎn)物具有較大的比表面積及活性。此外，分解溫度對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)有較大的影響，控制分解溫度可以得到不同晶型的氧化物。

5.中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)cn109721038a公開(kāi)了一種硝酸鹽熱解回收硝酸的方法，該方法首先將硝酸鹽輸送到至少兩級(jí)的預(yù)熱裝置中，進(jìn)行加熱，液化，再將硝酸鹽熱流體輸送到分解器中，利用高溫氣體進(jìn)行加熱，使得硝酸鹽分解產(chǎn)生混合氣體和固體粉末；將混合氣體和固體粉末分離，一部分混合氣體輸送到硝酸回收罐中，另一部分混合氣體加熱至500

?

800℃，然后回流至分解器中，用于加熱硝酸鹽熱流體使之受熱分解。該方法中所采用的分解爐為常壓工作環(huán)境，氣體流量小，故所需要的分解設(shè)備體積巨大，處理量相對(duì)較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，該方法采用沸騰爐作為硝酸鹽的分解裝置，較傳統(tǒng)硝酸鹽分解設(shè)備具有散熱小，熱能利用率高，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，操作壓力高，處理量大等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了硝酸鹽的快速分解，所得到的金屬氧化物粉體及再生硝酸均是附加值很高的產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯著。

7.為實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

8.一種利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，包括以下步驟：

9.(1)將燃燒爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的大量熱氣經(jīng)沸騰爐底部鼓入沸騰爐，將沸騰爐內(nèi)

的蓄熱球加熱并吹至懸浮狀態(tài)，同時(shí)使?fàn)t體內(nèi)的溫度恒定在硝酸鹽完全分解的溫度；

10.(2)將加熱熔化后的硝酸鹽霧化，從沸騰爐底部噴吹到沸騰爐內(nèi)，熔化的硝酸鹽在高溫氣體的作用下快速分解，形成含金屬氧化物、水蒸氣和氮氧化物氣體的高溫塵氣，該高溫塵氣經(jīng)沸騰爐頂部出氣口進(jìn)入旋風(fēng)收塵器；

11.(3)旋風(fēng)分離后氣經(jīng)余熱鍋爐降溫，再經(jīng)過(guò)收塵系統(tǒng)得到金屬氧化物粉體，收塵后氣一部分返回燃燒爐再次加熱后循環(huán)到沸騰爐內(nèi)用于分解硝酸鹽，另一部分進(jìn)入硝酸吸收再生系統(tǒng)用于制備硝酸。

12.進(jìn)一步的，步驟(1)中所述燃料包括天然氣、煤制氣或重油，燃燒方式包括常規(guī)燃燒或富氧燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱氣的溫度為600

?

1100℃。

13.進(jìn)一步的，步驟(1)中鼓入沸騰爐的熱氣的壓強(qiáng)為5000

?

10000pa。

14.進(jìn)一步的，步驟(1)中沸騰爐內(nèi)蓄熱球的材質(zhì)包括剛玉或陶瓷，蓄熱球的直徑為1

?

10mm。

15.進(jìn)一步的，步驟(1)中沸騰爐爐體內(nèi)的溫度恒定在500

?

900℃。

16.進(jìn)一步的，步驟(2)中所述硝酸鹽包括硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鋅中的一種或多種組合復(fù)鹽。

17.進(jìn)一步的，步驟(2)中所述加熱熔化硝酸鹽的溫度范圍為80

?

200℃。

18.進(jìn)一步的，步驟(2)中所述硝酸鹽霧化的方式為壓縮空氣噴霧霧化，霧化氣的壓強(qiáng)為0.1

?

1.5mpa。

19.進(jìn)一步的，步驟(2)中熔化的硝酸鹽在沸騰爐內(nèi)分解的時(shí)間為5

?

60s，沸騰爐頂部出氣口高溫塵氣的溫度為400

?

800℃。

20.進(jìn)一步的，步驟(2)還包括高溫塵氣經(jīng)旋風(fēng)收塵器將其中的大顆粒粉體以及夾帶的少量蓄熱球分離出來(lái)，再次返回到沸騰爐中。

21.進(jìn)一步的，步驟(3)中所述旋風(fēng)分離后氣經(jīng)余熱鍋爐降溫至200

?

300℃。

22.進(jìn)一步的，步驟(3)中所述收塵系統(tǒng)包括高溫金屬膜除塵、靜電除塵、高溫布袋除塵、重力沉降除塵裝置中的一種或其組合形式。

23.進(jìn)一步的，步驟(3)中返回燃燒爐再次用于分解硝酸鹽的收塵后氣的體積百分?jǐn)?shù)為20

?

80％。

24.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有如下積極效果或技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

25.本發(fā)明首先將燃燒爐內(nèi)產(chǎn)生的大量熱氣經(jīng)沸騰爐底部導(dǎo)入沸騰爐，同時(shí)將沸騰爐內(nèi)的蓄熱球加熱并吹至懸浮狀態(tài)，使?fàn)t體內(nèi)的溫度恒定在硝酸鹽完全分解的溫度；隨后將加熱熔化后的硝酸鹽霧化，同樣經(jīng)沸騰爐底部噴入沸騰爐中，硝酸鹽熔體在分解爐內(nèi)快速分解生成meo

x

、no

x

、h2o、o2，沸騰爐內(nèi)的蓄熱球在氣體的作用下相互碰撞，球體表面上的金屬粉體隨之脫落；所得到的高溫含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)收塵裝置，粉體中的大顆粒以及少量吹出去的蓄熱球分離出來(lái)再次進(jìn)入到沸騰爐中；旋風(fēng)分離后的高溫氣體經(jīng)余熱鍋爐降溫，后經(jīng)收塵系統(tǒng)得到金屬氧化物粉體，收塵后的氣體一部分循環(huán)至燃燒爐再次加熱用于分解硝酸鹽熔體，另一部分送至硝酸吸收再生系統(tǒng)用于制備硝酸。

26.本發(fā)明采用沸騰爐作為硝酸鹽分解設(shè)備，該設(shè)備操作壓力高，處理量大，并且該設(shè)備的體積較小，熱效率相對(duì)較高。同時(shí)，沸騰爐是一種工業(yè)化很成熟的生產(chǎn)設(shè)備，因此，本發(fā)明所提供的工藝極易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與大型化。此外，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單高效，可操作性強(qiáng)，所制

備的金屬氧化物粉體和再生硝酸都是附加值很高的產(chǎn)品，提升了該工藝的綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

附圖說(shuō)明

27.圖1為本發(fā)明所述方法中所采用的沸騰爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

28.其中，a

?

燃燒爐熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，d1～d4

?

進(jìn)料噴嘴，p1～p2

?

壓力表，l1～l4

?

側(cè)補(bǔ)風(fēng)口，f1

?

側(cè)補(bǔ)風(fēng)口，e1～e6

?

熱電偶，a1

?

旋風(fēng)除塵器。

29.圖2為本發(fā)明所述方法中所采用的裝置的工藝流程示意圖。

30.其中，1

?

燃燒爐，2

?

硝酸鹽加熱熔融裝置，3

?

沸騰爐，4

?

旋風(fēng)除塵器，5

?

余熱鍋爐，6

?

引風(fēng)機(jī)，7

?

換熱器，8

?

氮氧化物氣體壓縮機(jī)，9

?

吸收塔。

具體實(shí)施方式

31.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

32.【實(shí)施例1】

33.天然氣和空氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，獲得大量溫度為1100℃的熱氣，將熱氣噴入到沸騰爐底部并將爐內(nèi)的蓄熱球吹至懸浮，蓄熱球的直徑為10mm，爐內(nèi)壓強(qiáng)為10000pa。爐內(nèi)溫度逐漸上升并保持在900℃。在熔融裝置內(nèi)將硝酸銅水合物加熱到110℃，得到硝酸銅熱流體后以1.5mpa的壓強(qiáng)霧化噴入到沸騰爐內(nèi)加熱分解60s，得到cuo、no

x

、o2、h2o高溫混合塵氣，溫度約為800℃。該塵氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器將其中的大顆粒以及少量夾帶的蓄熱球分離出來(lái)。旋風(fēng)分離后氣通過(guò)余熱鍋爐降溫到300℃，隨后進(jìn)入收塵系統(tǒng)，得到的cuo的粒度尺寸為3.4μm，收塵后的20％氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐加熱，再次進(jìn)入沸騰爐加熱分解硝酸銅。其余氣體進(jìn)入硝酸再生系統(tǒng)，所得到的硝酸濃度為48.2％，硝酸銅的分解率為99.7％。

34.【實(shí)施例2】

35.天然氣和空氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，獲得大量溫度為600℃的熱氣，將熱氣噴入到沸騰爐底部并將爐內(nèi)的蓄熱球吹至懸浮，蓄熱球的直徑為1mm，爐內(nèi)壓強(qiáng)為5000pa。爐內(nèi)溫度逐漸上升并保持在700℃。在熔融裝置內(nèi)將硝酸鎂水合物加熱到120℃，得到硝酸鎂熱流體后以1.2mpa的壓強(qiáng)霧化噴入到沸騰爐內(nèi)加熱分解5s，得到mgo、no

x

、o2、h2o高溫混合塵氣，溫度為400℃。該塵氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器將其中的大顆粒以及少量夾帶的蓄熱球分離出來(lái)。旋風(fēng)分離后氣通過(guò)余熱鍋爐降溫到200℃，隨后進(jìn)入收塵系統(tǒng)，得到的mgo的粒度尺寸為7.2μm，收塵后的80％氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐加熱，再次進(jìn)入沸騰爐加熱分解硝酸鎂。其余氣體到硝酸再生系統(tǒng)，所得到的硝酸濃度為47.9％，硝酸鎂的分解率為99.7％。

36.【實(shí)施例3】

37.天然氣和空氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，獲得大量溫度為700℃的熱氣，將熱氣噴入到沸騰爐底部并將爐內(nèi)的蓄熱球吹至懸浮，蓄熱球的直徑為5mm，爐內(nèi)壓強(qiáng)為7000pa。爐內(nèi)溫度逐漸上升并保持在600℃。在熔融裝置內(nèi)將硝酸鐵水合物加熱到110℃，得到硝酸鐵熱流體后以0.1mpa的壓強(qiáng)霧化噴入到沸騰爐內(nèi)加熱分解30s，得到fe2o3、no

x

、o2、h2o高溫混合塵氣，溫度為500℃。該塵氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器將其中的大顆粒以及少量夾帶的蓄熱球分離出來(lái)。旋風(fēng)分離后氣通過(guò)余熱鍋爐降溫到280℃，隨后進(jìn)入收塵系統(tǒng)，得到的fe2o3的晶型為α型，粒度尺寸為9.8μm，收塵后的60％氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐加熱，再次進(jìn)入沸騰爐加熱分解硝酸鐵。其余氣

體到硝酸再生系統(tǒng)，所得到的硝酸濃度為47.7％，硝酸鐵的分解率為99.3％。

38.【實(shí)施例4】

39.煤制氣和空氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，獲得大量溫度為800℃的熱氣，將熱氣噴入到沸騰爐底部并將爐內(nèi)的蓄熱球吹至懸浮，蓄熱球的直徑為3mm，爐內(nèi)壓強(qiáng)為8000pa。爐內(nèi)溫度逐漸上升并保持在500℃。在熔融裝置內(nèi)將硝酸鋅水合物加熱到100℃，得到硝酸鋅熱流體后以0.8mpa的壓強(qiáng)霧化噴入到沸騰爐內(nèi)加熱分解45s，得到zno、no

x

、o2、h2o高溫混合塵氣，溫度約為600℃。該塵氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器將其中的大顆粒以及少量夾帶的蓄熱球分離出來(lái)。旋風(fēng)分離后氣通過(guò)余熱鍋爐降溫到250℃，隨后進(jìn)入收塵系統(tǒng)，得到zno的粒度尺寸為3.5μm，收塵后的70％氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐加熱，再次進(jìn)入沸騰爐加熱分解硝酸鋅。其余氣體到硝酸再生系統(tǒng)，所得到的硝酸濃度為47.5％，硝酸鐵的分解率為99.2％。

40.【實(shí)施例5】

41.重油和空氣在燃燒爐內(nèi)燃燒，獲得大量溫度為900℃的熱氣，將熱氣噴入到沸騰爐底部并將爐內(nèi)的蓄熱球吹至懸浮，蓄熱球的直徑為7mm，爐內(nèi)壓強(qiáng)為6000pa。爐內(nèi)溫度逐漸上升并保持在500℃。在熔融裝置內(nèi)將硝酸鐵水合物加熱到100℃，得到硝酸鐵熱流體后以0.6mpa的壓強(qiáng)霧化噴入到沸騰爐內(nèi)加熱分解50s，得到fe2o3、no

x

、o2、h2o高溫混合塵氣，溫度為700℃。該塵氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器將其中的大顆粒以及少量夾帶的蓄熱球分離出來(lái)。旋風(fēng)分離后氣通過(guò)余熱鍋爐降溫到300℃，隨后進(jìn)入收塵系統(tǒng)，得到的fe2o3的晶型為γ型，粒度尺寸為3.0μm。收塵后的40％氣體經(jīng)過(guò)燃燒爐加熱，再次進(jìn)入分解爐加熱分解硝酸鐵。其余氣體到硝酸再生系統(tǒng)，所得到的硝酸濃度為47.3％，硝酸鐵的分解率為99.1％。

42.以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將燃燒爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的大量熱氣經(jīng)沸騰爐底部鼓入沸騰爐，將沸騰爐內(nèi)的蓄熱球加熱并吹至懸浮狀態(tài)，同時(shí)使?fàn)t體內(nèi)的溫度恒定在硝酸鹽完全分解的溫度；(2)將加熱熔化后的硝酸鹽霧化，從沸騰爐底部噴吹到沸騰爐內(nèi)，熔化的硝酸鹽在高溫氣體的作用下快速分解，形成含金屬氧化物、水蒸氣和氮氧化物氣體的高溫塵氣，該高溫塵氣經(jīng)沸騰爐頂部出氣口進(jìn)入旋風(fēng)收塵器；(3)旋風(fēng)分離后氣經(jīng)余熱鍋爐降溫，再經(jīng)過(guò)收塵系統(tǒng)得到金屬氧化物粉體，收塵后氣一部分返回燃燒爐再次加熱后循環(huán)到沸騰爐內(nèi)用于分解硝酸鹽，另一部分進(jìn)入硝酸吸收再生系統(tǒng)用于制備硝酸。2.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(1)中所述燃料包括天然氣、煤制氣或重油，燃燒方式包括常規(guī)燃燒或富氧燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱氣的溫度為600

?

1100℃；鼓入沸騰爐的熱氣的壓強(qiáng)為5000

?

10000pa。3.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(1)中沸騰爐內(nèi)蓄熱球的材質(zhì)包括剛玉或陶瓷，蓄熱球的直徑為1

?

10mm。4.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(1)中沸騰爐爐體內(nèi)的溫度恒定在500

?

900℃。5.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(2)中所述硝酸鹽包括硝酸銅、硝酸鋁、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鋅中的一種或多種組合復(fù)鹽。6.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(2)中所述加熱熔化硝酸鹽的溫度范圍為80

?

200℃；所述硝酸鹽霧化的方式為壓縮空氣噴霧霧化，霧化氣的壓強(qiáng)為0.1

?

1.5mpa；熔化的硝酸鹽在沸騰爐內(nèi)分解的時(shí)間為5

?

60s，沸騰爐頂部出氣口高溫塵氣的溫度為400

?

800℃。7.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(2)還包括高溫塵氣經(jīng)旋風(fēng)收塵器將其中的大顆粒粉體以及夾帶的少量蓄熱球分離出來(lái)，再次返回到沸騰爐中。8.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(3)中所述旋風(fēng)分離后氣經(jīng)余熱鍋爐降溫至200

?

300℃。9.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(3)中所述收塵系統(tǒng)包括高溫金屬膜除塵、靜電除塵、高溫布袋除塵、重力沉降除塵裝置中的一種或其組合形式。10.如權(quán)利要求1所述的利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，其特征在于，步驟(3)中返回燃燒爐再次用于分解硝酸鹽的收塵后氣的體積百分?jǐn)?shù)為20

?

80％。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用沸騰爐加熱分解硝酸鹽制備金屬氧化物粉體的方法，屬于冶金和化工交叉技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先將燃燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱氣導(dǎo)入沸騰爐，加熱其中的蓄熱球并吹至懸浮狀態(tài)；再將熔融硝酸鹽霧化噴入沸騰爐中，經(jīng)熱解生成高溫塵氣進(jìn)入旋風(fēng)收塵裝置，再經(jīng)余熱鍋爐降溫后進(jìn)入收塵系統(tǒng)得到金屬氧化物粉體，收塵后氣一部分循環(huán)至燃燒爐，另一部分用于制備硝酸。本發(fā)明采用沸騰爐作為硝酸鹽分解設(shè)備，操作壓力高，處理量大，且體積較小，熱效率相對(duì)較高。同時(shí)，沸騰爐是一種工業(yè)化很成熟的生產(chǎn)設(shè)備，故該工藝極易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化與大型化。此外，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單高效，可操作性強(qiáng)，所制備的金屬氧化物粉體和硝酸均為高附加值產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)效益顯著。益顯著。益顯著。

技術(shù)研發(fā)人員：王成彥 馬保中 趙林 但勇 金長(zhǎng)浩 陳永強(qiáng) 趙澎 高波 趙頂

受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川順應(yīng)動(dòng)力電池材料有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.06

技術(shù)公布日：2021/10/8