用喷雾燃烧法制备工TO纳米级粉末的研究.pdf

第5 2 卷第2 期有色金属 V o l5 2 ．N o2 2000 年5 月 N O N F E R R O U SM E T A L S M a y20 00 用喷雾燃烧法制备I T O 纳米级粉末的研究 陈世柱1 ，尹志民1 ，黄伯云‘，胡林轩2 1 中南工业大学，长沙4 1 0 0 8 3 ；2 柳州华锡集团公司．柳州6 4 5 0 0 5 摘要将金属锢和锅先配制成台盘．然后使I n s n 合金熔体过热，通过气雾喷粉工艺，由高压预热氧气使熔体雾化成 徽细的金属雾滴，井随即在高温反应室中进行直接地氧化燃烧而生成I T O 纳米级复台的氧化物粉体．其粒度3 0 r l l m ，制备l l g 的纳米级金属氧化物粉末仅仅需要约5 0s ，并且生产过程无任何污染． 关键词雾化氧化燃烧；金属氧化物．1 T O 纳米粉 中国分类号T F l 2 3 ．7 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 l l 2 0 唧位一嗍一0 3 金属铟和锡都是我国的富产有色金属，尤其是 铟的储量，我国约占全球总储量的一半以上。但 是，由于全世界铟的总储量相当有限，仅约8 0 0 0 t 左右，其高纯I n 的提炼过程又非常复杂，故金属 I n 的价格相当高，约为2 4 0 ～4 0 0 万元，t 左右。 要充分利用我国的这一重要资源优势，就有必要对 金属铟和锡进行深加工。而将金属铟和锡制成纳米 级的金属氧化物或者金属氧化物复合粉．是充分发 挥我国铟、锡资源优势的重要途径之一。例如纳米 级的二氧化锡是制造气敏“’、酒敏。及湿敏m 等 电子敏感元件的重要原材料，纳米级二氧化锡粉末 的价格要比金属锡高出3 ～5 倍左右；而由含9 0 ％ 的I n 2 0 ，和l O ％的S n O 的纳米级复合粉体，即 I T O I n d i u mT i nO x i d e 纳米级复合粉末，在通过 压型、烧结等工艺后可制得I T O 靶材。这种1 1 D 靶材再经磁控溅射，可制得用于各种电子显示器件 的I T O 透明导电薄膜⋯。以I n o ，为主要成分的 I T O 靶材的价格一般要高过铟价8 倍以上，国际市 场价可达1 2 0 万美元／t ，可见其增值之高。因此， 将金属铟、锡制备成纳米级的金属氧化物及其I T O 粉末，不仅具有重大的经济意义，同时，由于铟、 锡为我国富有金属．所以，从某种意义上讲，还具 有一定的战略意义。 以往制备金属氧化物纳米粉的工艺方法有溶胶 一凝胶法。、化学共沉淀法。等湿法工艺。这些 方法由于工艺流程长，生产效率低。且杂质不易去 除，还对环境构成严重的污染．并非是制备纳米级 s n o z 及I T O 粉体的理想工艺。为此我们研究开发 收稿日期1 9 9 9 0 7 0 9 ；修回日期1 9 9 9 0 8 2 5 基金项目国家自然科学基盒资助项目 编号5 9 9 7 2 0 4 4 作者简介豫世柱。男．5 3 岁，教授 了一种将金属熔体进行直接雾化燃烧以获得纳米级 金属氧化物的新方法，并先后制得了B i 0 ，、Z n O 和S n O z 等金属氧化物纳米粉“”。由于金属的氧 化燃烧反应是氧原子与各个金属原子间的化台反 应，则合金熔体在经雾化燃烧后可获得复合的金属 氧化物纳米粉。据此，我们采用雾化燃烧工艺首先 制备出了I n 2 0 3 含量为1 0 ％的S n 0 2 ／I n 2 0 ，复合 粉“”。但是后来我们发现随着I n 2 0 ，含量的提 高，雾化燃烧就越困难。在通过了一年多大量的试 验研究后．已经解决了合金熔体的高效雾化、合金 液雾的着火燃烧与燃烧完全以及高温多相流场的形 态控制等重要工艺要素所涉及到的有关雾化燃烧器 的结构与材质C IL 、氧化燃烧反应室的形式与温控 及系统的传热传质“o 等大量同题。现不仅制备出 了成分配比均匀、粒度≤3 0 h m ，I n 0 ，的含量为 9 0 ％的纳米级I T O 粉体，而且生产效率高，约 5 0s 就能制备出l k gI T O 粉体。又由于整个工艺过 程中除氧气外并没有其他任何酸、碱、盐及水等物 质参与反应，故对环境也不构成任何污染． 1试验方法 将高纯金属铟和锡按含9 0 ％的I n O ，和1 0 ％ 的S n O 的配比配好辩．于陶瓷坩埚中先熔制成 I n S n 合金熔体，然后将此熔体过热到7 5 0 ℃， 再引入一特制的雾化燃烧器中，借预热的高压氧气 对此过热的I n S n 合金熔体进行高效雾化．以形 成微细的合金液雾。液雾随即在高温反应室中进行 剧烈的氧化燃烧反应，发出耀眼的亮黄色强光．经 急冷生后成了黄色的微细粉末。 图1 是该工艺的流程框图。 万方数据 ‰H * { 1 H m m n H * I T O ㈣“ } M m ％ 【圃二西】 黠卜回一同卜匾南 匹j 互口一圈．匝当I f 1月 2 m ‰镕Ⅻ自I T O * * * ∞j * l h h k l №帅⋯dm I 俐”g 肿】o ⋯d m H m ‘a t o ⋯n ⋯Ⅲb m m n 【 t h n l q u r 『’R n ⋯㈨“⋯’L ⋯’m ％_ I n * P口⋯}州∞} ⋯ ⋯l3 m11]d}【H 2 试验结果与分斩 h Ⅲ* g 目“m ＆T E ⋯* ∞“ 镕＆x ‰* “ c R x D “ nc 目2 * 女Ⅲ ‰ ⅪT n 、o ，“ M m * * ＆月女女m tm ￡ ⅨS n D z ＆w 【n 、S n 镕8 自 №m Ⅻ dv “I - 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