废铜丝制备微米铜粉的研究

1、废铜丝制备微米铜粉的研究 废铜丝制备微米铜粉的研究 摘要：本文介绍了以废铜丝为原料，利用铜自身的复原作用，通过形成低价铜化合物的歧化分解来制备微米铜粉，探讨制备过程中的各种影响因素，属于废铜再利用问题的研究。 关键词：微米；铜粉；歧化 Abstract: this paper introduces the copper scrap wire as raw material, USES the reduction of copper itself, through the formation of low copper compound decomposition to the dispropo

2、rtionation of micron copper powder preparation, discuss various influence factors in the process of preparation, belongs to the research of copper scrap recycling. Key words: microns; Copper powder; disproportionation 中图分类号：K876.41文献标识码：A 文章编号：2095-2104 一、引言 目前，关于超细颗粒(超微颗粒)的规定是根据所研究超细微粉的根本特性、制备、观察及应

3、用的难易程度的不同，而规定的为lm以下、1nm以上的微粉均可称为超细微粉。【1】 而迄今纳米铜粉的研制还停留在实验室阶段，各种制备方法均存在着本钱高、产率低、难以产业化的缺陷。铜超细粉体的实际应用根本是以微米铜粉为主体。微米铜粉具有许多优良的物理特性，因而被广泛应用于粉末冶金行业。其优良性能主要表现在粒径小、流动性强及优良的球状形貌等方面。【2】 二、原理综述 在锥形瓶中放入铜丝，参加浓氨水。通过参加氯化铵和冰乙酸控制pH值，用吹风机吹入空气，在3545下反响至铜全部溶解。发生的反响为： 2Cu+O2+4NH3+4NH42Cu(NH3)42+2H2O Cu(NH3)42+Cu2 Cu(NH3)

4、2+ 将杂质过滤后，向上述溶液中再次鼓入空气约1h,温度维持在40，发生以下反响：8Cu(NH3)2+O2+2H2O4Cu(NH3)42+4CuOH 将CuOH沉淀滤出，母液返回原系统循环使用。将CuOH沉淀转入另一锥形瓶，在搅拌中参加H2SO4溶液酸化,得到铜粉和CuSO4溶液,经过滤别离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，枯燥，得到铜粉，溶液结晶得到副产品CuSO4·5H2O。副产品CuSO4·5H2O循环利用。 三、实验仪器，药品和试剂 实验仪器 1.磁力加热搅拌器 2.PHS-3C精密pH计 3.SHB-95型循环水式多用真空泵 4.DHG-70电热鼓风枯燥箱 5.台式天平

5、 6.玻璃仪器：过滤漏斗，250ml锥形瓶，100ml量筒，100ml烧杯，0100温度计，玻璃棒 实验药品 铜丝，硫酸铜，氯化铵 实验试剂 硫酸，冰乙酸，氨水，无水乙醇 四、实验过程 溶解过程 将15g铜丝剪成1cm长的小段放入250ml锥形瓶中，参加100ml26%的氨水和50ml蒸馏水。通过参加氯化铵和冰乙酸控制pH值。参加硫酸铜。将锥形瓶放在磁力搅拌装置上，放入搅拌子，加热搅拌，插入温度计，控制温度在3545。吹入空气，反响至铜全部溶解，约3小时左右，发生的反响为： 2Cu+O2+4NH3+4NH42Cu(NH3)42+2H2O Cu(NH3)42+Cu2 Cu(NH3)2+ 析出Cu

6、OH过程 待铜丝全部溶解后，用漏斗将杂质过滤，将滤液转移至锥形瓶中，放入搅拌子，加热搅拌，鼓入空气约1h,温度维持在40，发生的反响为： 8Cu(NH3)2+O2+2H2O4Cu(NH3)42+4CuOH 歧化过程 将CuOH沉淀滤出，母液返回原系统循环使用。将CuOH沉淀转入另一锥形瓶，在搅拌中参加H2SO4溶液酸化,得到铜粉和CuSO4溶液,经过滤别离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，枯燥，得到銅粉；溶液结晶得到副产品CuSO4·5H2O。副产品CuSO4·5H2O循环利用。 溶液的制备 1.工作液Cu(NH3)42+的制备 在0.5mol/LCuSO4溶液中参加CuCl2，

7、使得CuCl2的浓度到达0.7mol/L.再参加NH4Cl(浓度为0.05mol/L),通入NH3,使NH3浓度为1011mol/L,经反响生成浓度为1.2mol/L的Cu(NH3)42+，游离的NH3为5.26.2mol/L,根据K=1.8×10-5,可以算出溶液的pH值为11.2711.35。 SO42-,Cl 的存在，可增加Cu(NH3)42+的浓度。NH4Cl浓度应在0.0160.1 mol/L，NH4Cl浓度太高，对以后沉淀CuOH不利,NH4Cl浓度太低，pH值太高，易于沉淀CuOH，但不利于下一步溶解铜的工作。 2.Cu(NH3)2+的制备 用工作液溶解铜：Cu(NH3

8、)42+ CuCu(NH3)2+ 该反响的平衡常数K(25)=1628，反响很完全。但在反响中应控制Cu+/Cu2+810，比值为10时，c(Cu(NH3)2+)=2mol/L，c(Cu(NH3)42+)=0.2mol/L。反响需时间约为45小时，温度在2535之间。温度高，可以加快反响速度，但是温度高，压力大，NH3易泄漏；因表压应不高于0.02Mpa,故温度高，压力大不平安。 3.CuOH的制备 向溶液中吹空气(O2)，发生如下反响： 8Cu(NH3)2+O2 +2H2O4Cu(NH3)42+4CuOH 吹O2,不生成CuOH，只生成Cu(OH)2，这可以根据以下数据判断： Ksp(CuO

9、H)=10-14 Ksp(Cu(OH)2)=2.2×10-20 无论游离的NH3为浓度多大，沉淀的只能是CuOH，而不是Cu(OH)2。 吹O2前，为了减少NH3的挥发损失(防止NH3被N2带走)，先采用真空泵将游离的NH3抽至另一装有工作液的反响器内。使本反响器游离NH3的浓度1.5mol/L以下，然后向溶液中吹空气，Cu(NH3)2+和O2的反响既完全又迅速，空气的利用率几乎是100%。 根据30，NH3的浓度1.5mol/L时，P(NH3)=17mmHg,可知生产每吨铜粉被N2带走挥发损失的NH3不超过30kg。 抽NH3的操作可以选择适当的水循环泵，使该项操作在1.5小时内完

10、成。 向Cu(NH3)2+ 溶液中吹O2的操作可以选择罗茨鼓风机，在3小时内完成。 吹O2后，溶液的温度由上升15到约32。当溶液中无Cu(NH3)2+后，停止向溶液中吹空气，此时溶液中c(Cu(NH3)42+)=1.2mol/L。 4.Cu的制备 将Cu(NH3)42+溶液和CuOH沉淀通过真空吸滤器别离。Cu(NH3)42+溶液再吸收NH3后，返回去溶解铜。CuOH沉淀经过H2SO4酸化: 2CuOH+H2SO4 =CuSO4+2H2O+Cu 得到产品Cu和副产品CuSO4，再经烘干装袋封存。 五、实验结论 在氨氯化铵的体系中，以氨为配合剂，使铜生成Cu(NH3)2+，进而转化为CuOH，通过CuOH的岐化反响制备微米级铜粉。 氨的浓度及pH值的控制对生成Cu(NH3)2+ 有重要影响，最正确反响条件是：反响温度为40，pH为11.2，NH4的浓度为0.1mol·L-1，NH3的浓度为12.6mol·L-1，此时，Cu(NH3)2+浓度、CuOH收率有一最大值。 在CuOH的岐化反响中，硫酸的浓度和酸化的时间影响产物的粒度，硫酸的浓度为20%，加酸流速为4ml/