本發(fā)明屬于材料制備，具體涉及一種金屬硒的制備方法與超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)以及方法。

背景技術(shù)：

1、作為分布極為分散的稀散非金屬元素，硒主要來源于銅陽極泥，其導(dǎo)電性良好，在化工工業(yè)、電子工業(yè)、冶金工業(yè)及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。隨著冶金技術(shù)的不斷成熟，各領(lǐng)域?qū)ξa(chǎn)品的需求也越來越大，而硒的提純對其后續(xù)應(yīng)用至關(guān)重要。

2、中國專利cn?112897475a公開了一種采用超聲強(qiáng)化還原生產(chǎn)高純硒的方法，其反應(yīng)過程在超聲條件下，利用局部攪拌，達(dá)到更大的還原勢，還原亞硒酸生成硒粉。但是，這種方法的缺點是將還原劑添加至亞硒酸溶液，還原劑濃度瞬間降低，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)體系體積越來越大，亞硒酸的濃度也越來越低，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)越來越慢，反應(yīng)周期變長，同時敞開體系可能會引入新雜質(zhì)，從而影響硒純度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種金屬硒的制備方法與超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)以及方法，本發(fā)明提供的制備方法得到的金屬硒的純度在99.99％以上。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種金屬硒的制備方法，包括以下步驟：

4、亞硒酸溶液撞擊流和還原劑溶液撞擊流碰撞混合發(fā)生還原反應(yīng)，再在超聲條件下繼續(xù)進(jìn)行還原反應(yīng)，得到金屬硒，純度為99.99％以上。

5、優(yōu)選的，所述亞硒酸溶液的質(zhì)量濃度為5～25％。

6、優(yōu)選的，所述還原劑溶液包括還原劑和水；所述還原劑包括亞硫酸、次亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、鹽酸羥胺、肼、葡萄糖、抗壞血酸、硼氫化合物、次磷酸和亞磷酸中的一種或幾種；所述還原劑溶液的質(zhì)量濃度為10～30％。

7、優(yōu)選的，所述亞硒酸溶液撞擊流和還原劑溶液撞擊流的流量獨立地為8～24ml/min。

8、優(yōu)選的，所述還原反應(yīng)的溫度為室溫，壓力為常壓，反應(yīng)時間為5～30min；所述還原反應(yīng)的超聲條件為：超聲波頻率為25～60khz，超聲波功率為0～120w，超聲時間為5～30min。

9、優(yōu)選的，所述碰撞為逆流碰撞。

10、本發(fā)明還提供了一種超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)，包括第一蠕動泵、第二蠕動泵、撞擊流反應(yīng)器、超聲反應(yīng)器、超聲波發(fā)生器和產(chǎn)物容器；所述撞擊流反應(yīng)器設(shè)置有兩個進(jìn)口，兩個進(jìn)口分別通過管路連接第一蠕動泵和第二蠕動泵；所述超聲反應(yīng)器包括殼體、超聲波振子和反應(yīng)器；所述殼體的底部設(shè)有超聲波振子，所述超聲波振子與所述超聲波發(fā)生器連接；所述反應(yīng)器安裝于所述殼體內(nèi)，所述反應(yīng)器的進(jìn)料口通過管路連接所述撞擊流反應(yīng)器的出口，所述反應(yīng)器的出料口通過出料管連接產(chǎn)物容器。

11、優(yōu)選的，所述撞擊流反應(yīng)器為三通結(jié)構(gòu)反應(yīng)器；所述三通結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的兩端端口為進(jìn)口；所述兩端端口的直徑為9～15mm；所述三通結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的中部端口為出口；所述中部端口的直徑為10～16mm。

12、優(yōu)選的，連接所述第一蠕動泵與撞擊流反應(yīng)器的進(jìn)口的管路為第一橡膠管；連接所述第二蠕動泵與撞擊流反應(yīng)器的進(jìn)口的管路為第二橡膠管；所述第一橡膠管和第二橡膠管的內(nèi)徑獨立地為9～15mm。

13、本發(fā)明還提供了一種利用上述方案所述超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)制備金屬硒的方法，包括以下步驟：

14、分別利用第一蠕動泵和第二蠕動泵，將亞硒酸溶液和還原劑溶液同時泵入撞擊流反應(yīng)器碰撞進(jìn)行還原反應(yīng)，所述還原反應(yīng)在超聲反應(yīng)器中持續(xù)進(jìn)行，得到金屬硒。

15、本發(fā)明提供了一種金屬硒的制備方法。本發(fā)明利用超聲波與撞擊流組合工藝，通過兩股反應(yīng)溶液流柱相互碰撞，顯著增大兩股反應(yīng)溶液接觸的比表面積和分子間的有效碰撞幾率，撞擊區(qū)微觀混合效果顯著，強(qiáng)化流體的相間傳遞和微觀混合，增大傳質(zhì)速率，并引入超聲波強(qiáng)化二氧化硒的還原反應(yīng)，從二氧化硒一步還原得到純硒粉體，反應(yīng)效率高，工藝流程短，產(chǎn)物粒度小，不易團(tuán)聚，有利于進(jìn)一步加工制造，所需設(shè)備少，成本低廉，容易工業(yè)化應(yīng)用。

16、進(jìn)一步的，所述還原反應(yīng)的溫度為室溫，壓力為常壓，反應(yīng)時間為5～30min；所述還原反應(yīng)的超聲條件為：超聲波頻率為25～60khz，超聲波功率為0～120w，超聲時間為5～30min。本發(fā)明提供的制備方法的優(yōu)點是：常溫常壓還原，還原效率高，產(chǎn)物不易團(tuán)聚，反應(yīng)條件簡單，反應(yīng)流程短，整體非常容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，從二氧化硒中一步還原得到具有良好研究前景的純硒粉體。

17、本發(fā)明還提供了一種超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明提供的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)，采用撞擊流制備純硒粉體，通過非接觸式超聲，反應(yīng)設(shè)備密閉，不引入雜質(zhì)，與一般超聲裝置相比，可以更高效地制備更高純度的純硒粉體。并且本發(fā)明提供的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，方便拆卸，部件可更換。

18、本發(fā)明提供的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)在工作時，兩臺蠕動泵保持相同的速度運行，兩種反應(yīng)溶液(亞硒酸溶液和還原劑溶液)分別經(jīng)由兩臺蠕動泵流進(jìn)撞擊流反應(yīng)器內(nèi)，在撞擊流反應(yīng)器內(nèi)碰撞、混合并反應(yīng)，然后通過反應(yīng)器，在超聲振動作用下在反應(yīng)器中持續(xù)生成產(chǎn)物(硒)，之后從出料管收集產(chǎn)物。本發(fā)明提供的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)利用超聲波與撞擊流組合工藝，能夠顯著增大反應(yīng)溶液接觸的比表面積和分子間的有效碰撞幾率，適用于液液反應(yīng)過程，撞擊區(qū)微觀混合效果顯著，反應(yīng)速率快，產(chǎn)物顆粒粒度小，不易形成團(tuán)聚體，有利于進(jìn)一步加工制造，非常適合不同粉體制造及工業(yè)化生產(chǎn)。

19、本發(fā)明還提供了一種利用上述方案所述超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)制備金屬硒的方法。本發(fā)明引入超聲波強(qiáng)化二氧化硒的還原反應(yīng)，超聲撞擊流反應(yīng)器反應(yīng)通道呈螺旋狀，反應(yīng)效率高，產(chǎn)物粒度均勻，不易團(tuán)聚，并且通道為密閉通道，不會引入雜質(zhì)，裝置結(jié)構(gòu)簡單有利于制造和維護(hù)，以及進(jìn)一步加工改造。本發(fā)明提供的方法自動化程度高，確保反應(yīng)過程和產(chǎn)物品質(zhì)的穩(wěn)定性，生產(chǎn)效率高，人工成本低，維護(hù)簡單，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種金屬硒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述亞硒酸溶液的質(zhì)量濃度為5～25％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述還原劑溶液包括還原劑和水；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述亞硒酸溶液撞擊流和還原劑溶液撞擊流的流量獨立地為8～24ml/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述還原反應(yīng)的溫度為室溫，壓力為常壓，反應(yīng)時間為5～30min；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述碰撞為逆流碰撞。

7.一種超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，包括第一蠕動泵(1)、第二蠕動泵(15)、撞擊流反應(yīng)器(2)、超聲反應(yīng)器(3)、超聲波發(fā)生器(4)和產(chǎn)物容器(11)；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述撞擊流反應(yīng)器(2)為三通結(jié)構(gòu)反應(yīng)器；

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，連接所述第一蠕動泵(1)與撞擊流反應(yīng)器(2)的進(jìn)口的管路為第一橡膠管(10)；

10.一種利用權(quán)利要求7～9任一項所述超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)制備金屬硒的方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬硒的制備方法與超聲強(qiáng)化撞擊流反應(yīng)系統(tǒng)以及方法。本發(fā)明利用超聲波與撞擊流組合工藝，通過兩股反應(yīng)溶液流柱相互碰撞，顯著增大兩股反應(yīng)溶液接觸的比表面積和分子間的有效碰撞幾率，強(qiáng)化流體的相間傳遞和微觀混合，增大傳質(zhì)速率，并引入超聲波強(qiáng)化二氧化硒的還原反應(yīng)，從二氧化硒一步還原得到具有良好研究前景的純硒粉體，本發(fā)明提供的制備方法實現(xiàn)常溫常壓還原，還原效率高，產(chǎn)物不易團(tuán)聚，反應(yīng)條件簡單，反應(yīng)流程短，整體非常容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。本發(fā)明裝置采用撞擊流制備純硒粉體，通過非接觸式超聲，反應(yīng)設(shè)備密閉，不引入雜質(zhì)，可以更高效地制備更高純度的純硒粉體。

技術(shù)研發(fā)人員：代林晴,張利波,鄔鵬程,陳展鵬,左勇剛,師雷成,夏洪應(yīng),張耕瑋,楊政
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9