14超细微粉及湿凝胶的干燥教程

原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是 熔融液或膏糊状稠浆。 干燥产品可根据生产要求制成粉状、颗粒状、空 心球或圆粒状
喷雾干燥的特点 干燥速度快，物料受热时间短。
干燥条件和产品的质量指标易于调节。
生产效率高，操作人员少。
生产过程简化，后续工序少。 设备较庞大，投资费用、动力和热能消耗均较大。 回收被废气夹带的成品粉未的装置复杂。
获得易烧结的陶瓷超微粉体，由此制得的大规模集成 电路基片平整度好，用来制备催化剂，则其表面积和 反应活性均较一般过程高； c. 操作简单，特别适合于高纯陶瓷材料用超微粉体的
制备。
14.5 喷雾干燥
14.5.1 概述 喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并 以热气流(空气、氮或过热蒸汽)干燥雾滴而获得粉 状或粒状物料的一种干燥方法。
3、团聚的根本原因 液-固、液-气界面张力的存在是干燥过程引起
凝胶变形和颗粒聚集的原因。水的存在是干燥过
程中形成硬团聚的根源。 4、消除团聚的方法 控制反应条件，选择合适的沉淀剂； 充分洗涤，去除固液混合态里液相中残存的各 种盐类杂质离子；
用表面张力比水低的醇、丙酮等有机溶剂洗涤
以取代剩留在颗粒间的水。
14.5.2 喷雾干燥工艺流程
工艺流程
空气→过滤→风机→加热 喷雾 料液→过滤→加压
干料
旋风分离→尾气
喷雾干燥法的基本过程（三个阶段） A、将浓缩液分散成细小的微滴；
B、将细小微滴与热气流混合，使水分迅速蒸发；
C、将干燥的粉粒体颗粒从干燥空气中分离出来
14.5.3 浆液的雾化
喷雾干燥系统的组成
举例：制备Y2O3-ZrO2超细微粉 方法 共沉淀法制得Y2O3-ZrO2凝胶，正丁醇为溶剂， 共沸蒸馏脱水，制得Y2O3-ZrO2超细微粉。 结果
无团聚、分散良好、烧结性能优良；
烧结密度=96-97.5%理论密度。
共沸蒸馏脱水的优越性 共沸蒸馏脱水所用溶剂不必是无水溶剂，溶剂所
含的水在共沸蒸馏中脱除；
1、团聚过程
伴随着成核和生长过程有聚结过程同时发生； 在固－液分离过程中形成团聚结构； 在粉体焙烧过程中可使已形成的团聚体因发生 局部烧结而结合得更牢固。 2、团聚机理 化学键的形成：微粉颗粒之间形成氢键，干燥灼 烧脱水形成-O-化学键-硬团聚 晶桥或晶颈的形成：物质的内聚力把微粉颗粒连
接起来形成
共沸蒸馏蒸出的含水有机溶剂蒸汽，冷凝分层后，
溶剂相可循环使用，不需添加大量溶剂；
分离出的水相易通过精馏回收，不造成溶剂的大 量损失和环境污染； 共沸脱水和回收水相溶剂的能耗<有机溶剂置换法
共
沸 蒸 馏 脱 水 流 程
含水微粉 正丁醇 共 沸 蒸 馏 釜 共 沸 精 馏 塔
部 分 冷 凝 器
冷 凝 器 相 分 离 器 相 分 离 器
5、消除团聚的干燥技术 有机溶剂置换法 共沸蒸馏脱水干燥法 冷冻脱水干燥法 超临界流体干燥法
喷雾干燥法
14.2 有机溶剂置换法
原理 用有机溶剂，例如乙醇和丙酮，进行多次洗涤、 置换出水，然后再进行干燥，即可消除硬团聚，制得 疏松易碎、有良好烧结活性的微粉。 特点 防止硬团聚； 多次洗涤脱水，有机溶剂耗量大； 回收用过的溶剂成为无水溶剂，能耗和成本更高
固-气界面张力：干区收缩
重新分配压力：固-气界面张力>液-固界面张力，驱 使湿区液体流向干区，使湿区有更大的收缩推动力。
3、干燥过程
蒸发→固相的粘性变形→微孔中流体(液体和蒸汽)的 流动
14.1.2 超细微粉的团聚
软团聚
团
聚 硬团聚
范德华力和库伦力 溶剂分散或研磨、超声
化学键力 研磨、超声和压实，也 不易被破坏
第14章 超细微粉及湿凝胶的干燥
14.1 干燥原理
干燥对微分的粒径分布、后续加工的难易，对
于凝胶的结构等都有重要的影响。
14.1.1 干燥过程的收缩
微粒形成的颗粒及凝胶在干燥过程中会发生收
缩和变形。变形收缩的推动力：毛细管应力。变形
收缩的程度取决于被干燥物质的本性和干燥过程的
阶段性及快慢。
1、凝胶种类与收缩 粉体性凝胶：收缩小 胶态性凝胶：收缩大 聚合凝胶：粘弹性变形，因收缩使粘性增加 2、凝胶收缩的推动力 液-固界面张力：含液体的湿区收缩，可能自发脱水 收缩
2→3：等温降压，固体；
3 4 3→4：等压升温，冰升华
成水蒸气逸出，留
Tc T 下粒间有空隙的疏 松微粉
3、冷冻干燥法的突出优点
a. 在溶液状态下均匀混合，适合于极微量组分的添加， 有效地合成复杂的陶瓷功能粉体材料并精确控制其最
终组成；
b. 制备的超微粉体粒度分布范围窄，在10-500 nm范
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围内，冷冻干燥物在煅烧时内含气体极易逸出，容易
烧炉内将盐分解，可制得超细粉体。
14.4.2 冷冻干燥原理及过程 1、纯物质的p-T图
P Pc
C 3 固 相 压缩流 体区
升华 气 1-2线 升华线 固 凝华 蒸发 汽 2-C线 汽化线 液 冷凝 溶化 2-3线 熔化线 固 液 凝固
液 相
2 气相
1 汽体
气体
Tc
T
2、冷冻干燥过程 P 2 1 升华 1→2：常温常压，急冷， 固体；
空气加热系统 原料液供给系统 雾化干燥系统 废气排放及微粉回收系统 系统控制装置及废热回收 装置
雾化器分类和特点 （1）旋转式雾化器 操作简便、适用
范围广；料液通道
大，不易堵塞；动 力消耗少；不适用 粘度大的浆液；不 需高压泵。
加工制造要求高，
检修不便。
冷 凝 器
水相 精馏塔
废水 含水 正丁醇储槽 无水微粉浆
14.4 冷冻干燥
14.4.1 冷冻干燥法 将配制好的阳离子盐溶液喷入到低温有机液
体中（用干冰或丙酮冷却的乙烷浴内），使液体
进行瞬间冷冻和沉淀在玻璃器皿的底部，将冷冻
球状液滴和乙烷筛选分离后放入冷冻干燥器，在
维持低温减压条件下，溶剂升华、脱水，再在煅
14.3 共沸蒸馏脱水干燥法
原理
把制成的微粉悬浮液或凝胶，用水洗尽无机杂质
后，再加入到与水部分互溶或不互溶、沸点比水高的 有机溶剂中，在搅拌下共沸蒸馏，使水与有机溶剂以 最低恒沸物的形式蒸馏除尽。 有机溶剂经冷凝分层后循环使用。脱尽水分的 悬浮物，分离去大量有机溶剂后，热力干燥，得到无 团聚的疏松微粉。