废铜丝制备微米铜粉的研究.doc

1、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，利用铜自身的还原作用，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 disproportionation of

2、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（2013） 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基本特性、制备、观察及应用的难易程度的

3、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成本高、产率低、难以产业化的缺陷。铜超细粉体的实际应用基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，加入浓氨水。通过加入氯化铵和冰乙酸控制pH 值，用吹风机吹入空气，在 3545下反应至铜全部溶解。发生的反应为： 2Cu+O2+4NH3+4NH42Cu(NH3)42+2H2O Cu(NH3)42+Cu2 Cu(NH3)2+ 将杂质

4、过滤后，向上述溶液中再次鼓入空气约 1h,温度维持在 40，发生下列反应：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，在搅拌中加入 H2SO4 溶液酸化,得到铜粉和 CuSO4 溶液,经过滤分离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，干燥，得到铜粉，溶液结晶得到副产品 CuSO45H2O。副产品 CuSO45H2O 循环利用。 三、实验仪器，药品和试剂 （1）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 电热鼓风干燥箱 5.台

5、式天平 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 （2）实验药品 铜丝，硫酸铜，氯化铵 （3）实验试剂 硫酸，冰乙酸，氨水，无水乙醇 四、实验过程 （1）溶解过程 将 15g 铜丝剪成 1cm 长的小段放入 250ml 锥形瓶中，加入 100ml26%的氨水和 50ml 蒸馏水。通过加入氯化铵和冰乙酸控制 pH 值。加入硫酸铜。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，反应至铜全部溶解，约 3 小时左右，发生的反应为： 2Cu+O2+4NH3+4NH42Cu(NH3)42+2H2O

6、 Cu(NH3)42+Cu2 Cu(NH3)2+ （2）析出 CuOH 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，发生的反应为： 8Cu(NH3)2+O2+2H2O4Cu(NH3)42+4CuOH （3）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，在搅拌中加入 H2SO4 溶液酸化,得到铜粉和 CuSO4 溶液,经过滤分离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，干燥，得到銅粉；溶液结晶得到副产品 CuSO45H2O。副产品 CuSO45H2O 循环利用。 （4）溶液的制备 1.工

7、作液 Cu(NH3)42+的制备 在 0.5mol/LCuSO4 溶液中加入 CuCl2，使得 CuCl2 的浓度达到0.7mol/L.再加入 NH4Cl(浓度为 0.05mol/L),通入 NH3,使 NH3 浓度为1011mol/L,经反应生成浓度为 1.2mol/L 的 Cu(NH3)42+，游离的 NH3为 5.26.2mol/L,根据 K（NH3H2O）=1.810-5,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,N

8、H4Cl 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)42+ CuCu(NH3)2+ 该反应的平衡常数 K(25)=1628，反应很完全。但在反应中应控制Cu+/Cu2+810，比值为 10 时，c(Cu(NH3)2+)=2mol/L，c(Cu(NH3)42+)=0.2mol/L。反应需时间约为 45 小时，温度在 2535之间。温度高，可以加快反应速度，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，压力大不安全。 3.CuOH 的制备 向溶液中吹空气(O2)，发生如下反应：

9、 8Cu(NH3)2+O2 +2H2O4Cu(NH3)42+4CuOH 吹 O2,不生成 CuOH，只生成 Cu(OH)2，这可以根据下列数据判断： Ksp(CuOH)=10-14 Ksp(Cu(OH)2)=2.210-20 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应器内。使本反应器游离NH3 的浓度 1.5mol/L 以下，然后向溶液中吹空气，Cu(NH3)2+和 O2 的反应既完全又迅速，空气的利用率几乎是 100%。 根

10、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分离。Cu(NH3)42+溶液再吸收 NH3 后

11、，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 （1）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 的岐化反应制备微米级铜粉。 （2）氨的浓度及 pH 值的控制对生成 Cu(NH3)2+ 有重要影响，最佳反应条件是：反应温度为 40，pH 为 11.2，NH4的浓度为 0.1molL-1，NH3 的浓度为 12.6molL-1，此时，Cu(NH3)2+浓度、CuOH 收率有一最大值。 （3）在 CuOH 的岐化反应中，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/min 时，产物平均粒度最小。 （4）采用本工艺方法可利用废铜（如铜包钢、塑包铜等）为原料，以降低成本。生产过程能耗低，污染较小，具有较高的经济效益和环保效益。 参考文献 1田爱堂，刘维平，成钢超细铜粉的制备进展上海有色金属，2006，27(2):3842 2柳凤钢，高铁男，龚德兴 等化学法制备微米铜粉的研究天津师范大学学报，2005，25(1):2022