一種噴霧熱解制備鋁酸鑭/鉻酸鑭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種噴霧熱解制備鋁酸鑭/鉻酸鑭的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]LaAlO3具有介電常數(shù)較小、介電損耗低、晶格匹配好、熱膨脹系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好、能隙寬、比表面積大、有一定活性和熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，在電子器件、催化、高溫燃料電池、陶瓷、污水處理、襯底材料等方面得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]LaAlO3S用于下一代金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管器件柵介質(zhì)材料，可生產(chǎn)出更小、更快的芯片，鋁酸鑭有望成為一種比較理想的在未來(lái)的甚大規(guī)模集成電路中替代Si02。
[0004]LaCrO3最先被用作磁流體發(fā)電機(jī)的電極材料，隨后在高溫電熱元件和固體氧化物燃料電池(SOFC)方面得到了廣泛應(yīng)用。另外，1^&03在NTC熱敏電阻、等離子噴涂、磁性材料等方面的應(yīng)用也不斷地?cái)U(kuò)大。
[0005]LaAlO3.LaCrO3均屬于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ABO 3化合物具有與超導(dǎo)薄膜相匹配的晶格常數(shù)和相近似的熱膨脹系數(shù)，也被廣泛用作超導(dǎo)及微波器件的基板材料。
[0006]目前，LaA103、LaCr03合成通常采用固相法、燃燒法、溶膠-凝膠法、共沉淀法等；固相法合成，要求極高的合成溫度，一般都在1400~1700°C之間，同時(shí)研磨費(fèi)時(shí)，易受污染，且原料粒子的大小分布、形狀、凝聚都會(huì)給后續(xù)的材料制備帶來(lái)很大影響；燃燒法簡(jiǎn)單易行，但具有反應(yīng)過(guò)程不可控的特點(diǎn)；溶膠-凝膠法由于產(chǎn)品純度高低溫下就可形成單相的產(chǎn)品，但水解過(guò)程不易控制，而引起不同程度的團(tuán)聚問(wèn)題；共沉淀法簡(jiǎn)單易行，但團(tuán)聚問(wèn)題嚴(yán)重，很難得到均勻分體。
[0007]噴霧熱解技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為一種重要的微粉制備工藝，特別是在各種功能材料的制備中，顯現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)；隨著研宄的不斷深入，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，已制備出納米實(shí)粉，實(shí)心粒子，空心或多空粒子、纖維和薄膜等多種產(chǎn)物，制備材料包括各種金屬，金屬氧化物，無(wú)氧化物，多元復(fù)合氧化物及多組分復(fù)合材料。產(chǎn)品具有粒徑小、尺寸分布窄、大比表面積、純度高、成分分布均勻的特點(diǎn)。
[0008]中國(guó)申請(qǐng)?zhí)?201010534886.Χ、201010534886.Χ、201210081225.5 和201210190297.3的專利申請(qǐng)公開了噴霧熱解制備稀土氧化物的方法，提供了溶液濃度、焙燒溫度、氣流量等條件，并獲得了純度大于99%的稀土氧化物粉產(chǎn)品。但上述方法多為單純的氧化物制備；運(yùn)用噴霧熱解制備過(guò)程中獲得稀土氧化物復(fù)合材料及AB0x#土復(fù)合氧化物的方法還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)現(xiàn)有的鋁酸鑭和鉻酸鑭制備技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種噴霧熱解制備鋁酸鑭/鉻酸鑭的方法，通過(guò)控制稀土氯化物、氯化鋁和氯化鉻的濃度，控制焙燒溫度和氣體流速，在不產(chǎn)生污染的情況下，制成純度高的鋁酸鑭/鉻酸鑭。
[0010]本發(fā)明的噴霧熱解制備鋁酸鑭/鉻酸鑭的方法按以下步驟進(jìn)行: (1)將氯化鑭與氯化物溶于水中制成溶液，溶液中氯化鑭的濃度為10~350g/L;當(dāng)氯化物為氯化鋁時(shí)，溶液中鑭和鋁的摩爾比為1:1 ;當(dāng)氯化物為氯化鉻時(shí)，溶液中鑭和鉻的摩爾比為1:1;
(2)以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行噴霧熱解，焙燒爐的溫度為400~1700°C，噴霧熱解時(shí)間為l~60s，獲得焙渣；
(3)將焙渣在700~1000°C煅燒1~10h，獲得鋁酸鑭或鉻酸鑭。
[0011]上述方法中，所述的以空氣為載氣將溶液噴入焙燒爐內(nèi)進(jìn)行焙燒是通過(guò)壓縮機(jī)噴吹，噴吹過(guò)程中空氣流速為5~8000 L/h，空氣與溶液的流量比為(40~70):1。
[0012]上述方法中，噴霧熱解完成后的物料進(jìn)入旋風(fēng)分離裝置，分離后的固體為焙渣。
[0013]上述方法中，噴霧熱解完成后的物料進(jìn)入旋風(fēng)分離裝置，分離后的氣體進(jìn)入尾氣吸收塔。
[0014]上述方法制備的鋁酸鑭的粒徑在0.2-100 μ m，中位徑10~23 μ m，重量含量彡 99.20%ο
[0015]上述方法制備的鉻酸鑭的粒徑在0.2-100 μ m，中位徑10~23 μ m，重量含量彡 99.20%ο
[0016]上述方法的反應(yīng)式為:
LaCl3 + H20(g) = LaOCl + 2HC1 (g)(I)
2A1C13 + 3H20 (g) = Al2O3 + 6HC1 (g)(2)
2CrCl3 + 3H20 (g) = Cr2O3 + 6HC1 (g)(3)
4LaOCl + 2A1203 + O2 (g) = 4LaA103 + 2C12 (g)(4)
4LaOCl + 2Cr203 + O2 (g) = 4LaCr03 + 2Cl2(g)(5)
其中反應(yīng)式(I)發(fā)生在兩個(gè)方法中，當(dāng)氯化物為氯化鋁時(shí)，發(fā)生式(2)和(4)反應(yīng)，當(dāng)氯化物為氯化鉻是，發(fā)生式(3)和(5)反應(yīng)。
[0017]上述方法中，焙渣中的氯氧化鑭和氧化物以微晶狀態(tài)的固溶體形式存在，所述的氧化物為氧化鋁或氧化鉻。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)及其有益效果是:
(1)選用稀土氯化物經(jīng)兩步反應(yīng)得到制備獲得鋁酸鑭、鉻酸鑭，從而簡(jiǎn)化了工藝參數(shù)控制和設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了成本；
(2)采用三價(jià)稀土氯化物作為配制溶液的原料，因此生產(chǎn)工藝過(guò)程中不采用碳銨和有毒性的草酸，不產(chǎn)生傳統(tǒng)工藝中在灼燒過(guò)程中排放二氧化碳，極大的降低了對(duì)環(huán)境的污染。
[0019]本發(fā)明的方法制備的噴霧焙燒后的產(chǎn)品氯氧化鑭和氧化鋁或氧化鉻是以微晶狀態(tài)的固溶體形式存在，反應(yīng)物接觸面積大且完全，大大降低了生成鋁酸鑭的反應(yīng)溫度和時(shí)間，經(jīng)二次焙燒后產(chǎn)品的X射線衍射分析結(jié)果表明，產(chǎn)品的晶型為斜方六面體；本發(fā)明的方法有效避免了固相合成法的反應(yīng)高溫度，以及產(chǎn)品粒子大小分布不均，形狀不規(guī)則等缺點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是實(shí)施例1制備的鋁酸鑭的掃描電鏡圖；
圖2是實(shí)施例1制備的鋁酸鑭的XRD圖；
圖3是實(shí)施例1制備的鋁酸鑭的粒度分析圖； 圖4是實(shí)施例2制備的鋁酸鑭的掃描電鏡圖；
圖5是實(shí)施例2制備的鋁酸鑭的XRD圖；
圖6是實(shí)施例2制備的鋁酸鑭的粒度分析圖；
圖7是實(shí)施例3制備的鋁酸鑭的掃描電鏡圖；
圖8是實(shí)施例3制備的鋁酸鑭的XRD圖；
圖9是實(shí)施例3制備的鋁酸鑭的粒度分析圖；
圖10是實(shí)施例4制備的鋁酸鑭的掃描電鏡圖；
圖11是實(shí)施例4制備的鋁酸鑭的XRD圖；
圖12是實(shí)施例4制備的鋁酸鑭的粒度分析圖；
圖13是實(shí)施例5制備的鋁酸鑭的掃描電鏡圖；
圖14是實(shí)施例5制備的鋁酸鑭的XRD圖；
圖15是實(shí)施例5制備的鋁酸鑭的粒度分析圖；
圖16是實(shí)施例6制備的鉻酸鑭的掃描電鏡圖；
圖17是實(shí)施例6制備的鉻酸鑭的XRD圖；
圖18是實(shí)施例6制備的鉻酸鑭的粒度分析圖；
圖19是實(shí)施例7制備的鉻酸鑭的掃描電鏡圖；
圖20是實(shí)施例7制備的鉻酸鑭的XRD圖；
圖21是實(shí)施例7制備的鉻酸鑭的粒度分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中采用的LaCl3為市購(gòu)產(chǎn)品，純度多90%。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例中采用的AlCl^ CrCl 3為市購(gòu)分析純?cè)噭?br>[0023]本發(fā)明實(shí)施例中米用的掃描電鏡為德國(guó)蔡司公司生產(chǎn)Ultra Plus型場(chǎng)發(fā)射分析掃描電鏡。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)產(chǎn)品成分進(jìn)行半定量分析是采用EDS分析，包括點(diǎn)線面成分掃描定性及定量分析等。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例中采用EDTA滴定法來(lái)確定產(chǎn)品中La的含量，通過(guò)使用化驗(yàn)分析法，可以準(zhǔn)確的測(cè)得樣品中Cl—的含量。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例中采用遼寧丹東百特儀器有限公司生產(chǎn)BT-9300ST激光粒度分布儀進(jìn)行產(chǎn)品粒度分析。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中采用的X射線衍射設(shè)備為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)X射線衍射儀，衍射角(2 Θ )