一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法与流程

本发明涉及一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，属于红土镍矿资源利用技术领域。

背景技术：

二氧化锡(sno2)是一种具有直接带隙的宽禁带n型半导体材料，属于四方晶系金红石结构，由于其含有间隙原子和有氧空位，使其具有独特的气敏特性和光电性能，因此广泛应用于气敏元件、光电器件、光催化剂、太阳能电池的透明导电电极、气体传感器、锂离子电池的电极材料和玻璃涂层中，在制作电极材料、导电氧化薄膜、玻璃工业、电子行业、陶瓷工业中应用广泛。

目前二氧化锡的生产主要有湿法和火法两种，湿法以硝酸法为主，但该法硝酸消耗大、环境污染严重、锡消耗高、产品纯度低。此外还有溶胶-凝胶法、凝胶-燃烧法、化学沉淀法等生产钠米级二氧化锡。火法主要是气化法，又称电弧气化合成法，是当今生产二氧化锡粉末的主要方法。使用气化法制备的二氧化锡粉末虽有白度好、粒度细的特点，但其技术要求高，且各生产厂家对气化法的技术细节极为保密。由于气化法采用了电炉，每吨二氧化锡耗电量达2000kwh以上，设备投资高，相对成本也高。

因此，现有技术中二氧化锡粉末的方法都需要复杂的工艺流程，成本高，生产效率低，部分还存在污染物排放问题。

技术实现要素：

针对现有技术中二氧化锡超细粉末的制备问题，本发明提供一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，本发明将锡粉送入高温等离子焰流中快速熔化且蒸发形成锡蒸气，锡蒸气在氧化处理装置内与氧原子或氧分子发生反应，在等离子体射流的低温区经成核长大后形成二氧化锡，冷却后沉降收集得到二氧化锡超细粉末。本发明采用等离子喷涂法，枪体前端加装氧化处理装置，通过移动氧化处理装置内环形氧气管道的位置来改变微喇结构氧化处理内壁和微喇结构氧化处理外壁的开合度，改变装置内的锡蒸汽浓度以改变锡蒸汽与烟气分子或氧原子的反应速率以及二氧化锡凝聚速率，调控二氧化锡超细粉末的粒径。本发明可解决二氧化锡超细粉末生产中工艺复杂，产量低，粒径不可控等问题。

一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，具体步骤如下：

（1）将锡粉进行过筛和烘干预处理；

（2）将步骤（1）预处理的锡粉置于等离子喷涂的送粉器中，设置送粉工艺参数；

（3）将氧化处理装置安装在等离子喷涂喷枪的末端，调整环形氧气管道的位置，将氧气通过环形氧气管道通入到氧化处理装置中；

（4）设置等离子喷涂工艺参数：喷涂电压65v~75v，喷涂电流550a~600a，n2流量为2000~2400l/h，ar流量2000~2200l/h；

（5）待等离子焰流稳定后，通过等离子喷涂的送粉器将锡粉送至等离子焰流中，锡粉随等离子焰流进入氧化处理装置，锡粉熔化蒸发成锡蒸气，锡蒸气在氧化处理装置的富氧环境中氧化生成二氧化锡，二氧化锡在等离子焰流低温区经形核长大并随气流流动到氧化处理装置的后段冷却、逸散、沉降即得二氧化锡超细粉末。

所述步骤（1）锡粉过筛后的粒径为45μm~75μm，锡粉纯度为99.9%以上。

所述送粉电流为3~4a，送粉电压为6~8v。

所述环形氧气管道中的氧气流速为800~1200l/h。

所述氧化处理装置包括喷嘴连接口1、扇形外壁2、扇形内壁、环形氧气管道3，喷嘴连接口1的底部设置有除杂口5，扇形外壁2与扇形内壁交错布置且扇形外壁2位于扇形内壁的外侧，扇形外壁2形成微喇结构氧化处理外壁且相邻扇形外壁2之间通过弹簧6连接，扇形内壁形成微喇结构氧化处理内壁，扇形外壁2与扇形内壁均通过开合转轴与喷嘴连接口1连接且扇形外壁2与扇形内壁均可绕开合转轴转动，氧化处理装置底部的扇形内壁上开设有径向滑道7，环形氧气管道3的环形管道位于微喇结构氧化处理内壁内侧，环形管道上均匀开设有若干个氧气出口且氧气出口的喷气流指向环形氧气管道的圆心，环形氧气管道3的线性进氧管向下穿过径向滑道7且可沿径向滑道7滑动；氧化处理装置顶部的扇形外壁2的末端均匀开设有若干个圆形逸散孔4。

本发明利用等离子焰流的高温（焰心温度高达到30000℃），等离子喷涂的高温和高压可使锡粉末迅速熔化并雾化为细小液滴，在微喇结构的氧化处理装置中锡液滴与氧迅速反应生成二氧化锡，由于二氧化锡的熔点为1630℃，离开等离子焰流焰心后迅速凝固为粉末状二氧化锡并逸散、沉降，收集沉降粉末即得高纯度二氧化锡超细粉末。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用等离子喷涂法，利用高温等离子焰流制备氧化锡超细粉末，可解决锡粉氧化时团聚和氧化不充分的问题；

（2）本发明采用等离子喷涂法，枪体前端加装氧化处理装置，通过移动氧化处理装置内环形氧气管道的位置来改变微喇结构氧化处理内壁和微喇结构氧化处理外壁的开合度，改变装置内的锡蒸汽浓度以改变锡蒸汽与烟气分子或氧原子的反应速率以及二氧化锡凝聚速率，调控二氧化锡超细粉末的粒径。本发明可解决二氧化锡超细粉末生产中工艺复杂，产量低，粒径不可控等问题；

（3）本发明为单次氧化法相较于传统的多次氧化工艺，工艺流程短，效率高，同时也避免了传统干、湿法制备二氧化锡粉体的试剂消耗和污染物排放问题；

（4）本发明粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法的二氧化锡粉体只需沉降收集即可，无需复杂的收集装置，节省成本。

附图说明

图1为氧化处理装置立体结构示意图；

图2为氧化处理装置剖视图；其中，1-喷嘴连接口、2-扇形外壁、3-环形氧气管道、4-圆形逸散孔、5-除杂口、6-弹簧、7-径向滑道；

图3为喷嘴连接口与喷枪喷嘴连接示意图；

图4为氧化处理装置顶部的扇形外壁结构示意图；

图5为氧化处理装置底部的扇形内壁结构示意图；

图6为开合转轴结构示意图；

图7为环形氧气管道结构示意图；

图8为实施例1二氧化锡超细粉末的tem图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例中氧化处理装置如图1~7所示，氧化处理装置包括喷嘴连接口1、扇形外壁2、扇形内壁、环形氧气管道3，喷嘴连接口1的底部设置有除杂口5，扇形外壁2与扇形内壁交错布置且扇形外壁2位于扇形内壁的外侧，扇形外壁2形成微喇结构氧化处理外壁且相邻扇形外壁2之间通过弹簧6连接，扇形内壁形成微喇结构氧化处理内壁，扇形外壁2与扇形内壁均通过开合转轴与喷嘴连接口1连接且扇形外壁2与扇形内壁均可绕开合转轴转动，氧化处理装置底部的扇形内壁上开设有径向滑道7，环形氧气管道3的环形管道位于微喇结构氧化处理内壁内侧，环形管道上均匀开设有若干个氧气出口且氧气出口的喷气流指向环形氧气管道的圆心，环形氧气管道3的线性进氧管向下穿过径向滑道7且可沿径向滑道7滑动；氧化处理装置顶部的扇形外壁2的末端均匀开设有若干个圆形逸散孔4。

氧化处理装置靠近喷枪端为封闭端，另一端为开放端，开放端的直径大于封闭端的直径使其形成微喇结构；氧气从环形氧气管道的线性进氧管通入到环形管道中，再从环形管道的氧气出口喷向环形氧气管道的圆心；熔融锡液和其他未气化的杂质从喷嘴连接口的除杂口排出；氧化处理装置顶部的扇形外壁末端的圆形逸散孔有利于二氧化锡粉末颗粒随气流逸散在环境中，便于沉降收集；相邻扇形外壁之间通过弹簧连接可使扇形外壁自动关合。

氧化处理装置通过移动环形氧化管道的位置，改变扇形外壁和扇形内壁的开合角度，从而控制二氧化锡粉末的粒径尺寸：当环形氧气管道沿滑道向喷嘴方向移动，由于管道半径固定，扇形外壁和扇形内壁会随之向外打开，开合角度增加；锡蒸汽随焰流运动，穿过环形氧气管道中心并与氧化处理装置内的氧发生氧化反应，在等离子体射流的低温区经形核长大后形成二氧化锡超细颗粒；二氧化锡随气流逸散在环境中，冷却并沉降收集得到二氧化锡超细粉末。当环形氧气管道沿滑道向相反方向移动时，扇形外壁在弹簧的作用下关合，氧化处理装置内空间减小，同时锡蒸汽需移动较长的距离才能完成从氧化、形核长大到冷却的全部过程使得氧化处理装置内锡蒸汽的浓度升高，进而促进氧化反应的进行以及二氧化锡的形核长大，使二氧化锡粉末颗粒的粒径尺寸增大，冷却沉降后得到较大粒径尺寸的二氧化锡超细粉末。

实施例1：一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，具体步骤如下：

（1）将锡粉进行过筛和烘干预处理；其中锡粉过筛后的粒径为45μm~75μm；锡粉纯度为99.9%；

（2）将步骤（1）预处理的锡粉置于等离子喷涂的送粉器中，设置送粉工艺参数；其中送粉电流为3a，送粉电压为6v；

（3）将氧化处理装置安装在等离子喷涂喷枪的末端，调整环形氧气管道的位置使氧化处理装置扇形外壁和扇形内壁开合角度为45°，将氧气通过环形氧气管道通入到氧化处理装置中；其中环形氧气管道中的氧气流速为800l/h；

（4）设置等离子喷涂工艺参数：喷涂电压65v，喷涂电流550a，n2流量为2000l/h，ar流量2000l/h；

（5）待等离子焰流稳定后，通过等离子喷涂的送粉器将锡粉送至等离子焰流中，锡粉随等离子焰流进入氧化处理装置，锡粉熔化蒸发成锡蒸气，锡蒸气在氧化处理装置的富氧环境中氧化生成二氧化锡，二氧化锡在等离子焰流低温区经形核长大并随气流流动到氧化处理装置的后段冷却、逸散、沉降即得二氧化锡超细粉末；

本实施例二氧化锡超细粉末的tem图如图8所示，从图8中可知，二氧化锡超细粉末的粒径为5~20nm；

经xps检测，本实施例二氧化锡超细粉末的纯度为99.99%。

实施例2：一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，具体步骤如下：

（1）将锡粉进行过筛和烘干预处理；其中锡粉过筛后的粒径为45μm~75μm；锡粉纯度为99.95%；

（2）将步骤（1）预处理的锡粉置于等离子喷涂的送粉器中，设置送粉工艺参数；其中送粉电流为3a，送粉电压为8v；

（3）将氧化处理装置安装在等离子喷涂喷枪的末端，调整环形氧气管道的位置使氧化处理装置扇形外壁和扇形内壁开合角度为30°，将氧气通过环形氧气管道通入到氧化处理装置中；其中环形氧气管道中的氧气流速为1200l/h；

（4）设置等离子喷涂工艺参数：喷涂电压71v，喷涂电流600a，n2流量为2200l/h，ar流量2200l/h；

（5）待等离子焰流稳定后，通过等离子喷涂的送粉器将锡粉送至等离子焰流中，锡粉随等离子焰流进入氧化处理装置，锡粉熔化蒸发成锡蒸气，锡蒸气在氧化处理装置的富氧环境中氧化生成二氧化锡，二氧化锡在等离子焰流低温区经形核长大并随气流流动到氧化处理装置的后段冷却、逸散、沉降即得二氧化锡超细粉末；

本实施例中二氧化锡超细粉末的粒径为25~63nm；

经xps检测，本实施例二氧化锡超细粉末的纯度为99.97%。

实施例3：一种粒径可控的二氧化锡超细粉末的制备方法，具体步骤如下：

（1）将锡粉进行过筛和烘干预处理；其中锡粉过筛后的粒径为45μm~75μm；锡粉纯度为99.99%；

（2）将步骤（1）预处理的锡粉置于等离子喷涂的送粉器中，设置送粉工艺参数；其中送粉电流为4a，送粉电压为7v；

（3）将氧化处理装置安装在等离子喷涂喷枪的末端，调整环形氧气管道的位置使氧化处理装置扇形外壁和扇形内壁开合角度为20°，将氧气通过环形氧气管道通入到氧化处理装置中；其中环形氧气管道中的氧气流速为1000l/h；

（4）设置等离子喷涂工艺参数：喷涂电压70v，喷涂电流580a，n2流量为2400l/h，ar流量2100l/h；

（5）待等离子焰流稳定后，通过等离子喷涂的送粉器将锡粉送至等离子焰流中，锡粉随等离子焰流进入氧化处理装置，锡粉熔化蒸发成锡蒸气，锡蒸气在氧化处理装置的富氧环境中氧化生成二氧化锡，二氧化锡在等离子焰流低温区经形核长大并随气流流动到氧化处理装置的后段冷却、逸散、沉降即得二氧化锡超细粉末；

本实施例中二氧化锡超细粉末的粒径为76~100nm；

经xps检测，本实施例二氧化锡超细粉末的纯度为99.96%。