矿浆电解法制备超细铜粉.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 5 1 矿浆电解法制备超细铜粉 刘维平1 ，邱定蕃2 ，于月光2 1 ．江苏技术师范学院化学化工学院，江苏常州2 1 3 0 0 1 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要以铜精矿为原料，通过活化预处理。采用超声场辅助矿浆电解的方法直接利用铜精矿制备成平均 粒度小于l o “ m 的超细铜粉。研究了超细铜粉的粒度分布、形貌及比表面积特性．超细铜粉经油酸和 丙酮的表面改性处理后，抗氧化性能得到提高． 关键词超细铜粉；超声；矿浆电解 中图分类号T F 8 n 文献标识码A文章编号l 0 0 7 ～7 5 4 5 2 0 0 8 0 4 0 0 5 1 一0 3 P r e p a r i n go fU l t r a f i n eC o p p e rP o w d e rb yS l u r r yE l e c t r o l y s i s L I uw e i _ p i n 9 1 ，Q I uD i n g ．f a n 2 ，Y UY u P g u a n 矿． 1 ．s c h o o lo fC b e I I I i c a lE n g i n e e r i n g 。J i a r 呕s uT 髓c h 盯’5U 芏l i v e r s i t yo fT ∞h n o l o g y ．C h l l g z h o u2 1 3 0 0 1 ，C h h 墟l 2 ．B e 硒h gG e n e r a lR e s M 曲l n s t i t u t eo fM i n i 妪＆M e t a u u 堰y ，B e 菇i n g1 0 0 0 4 4 。C h i M A b s t r 能t A f t e ra c t i v a t i o np r e t r ∞t m e n t ，u l t r 以n e ∞p p e rp o w d e rw K c ha v e r a g es 汝i sl 鹪st h 锄1 0 弘mh 勰b ∞n p r e p a r e db yu s i r l gc o p p e rc o n c 朗t r a t ea sr a wm a t e r i a la n du l t r a S O T l i cs l u r 巧e I e c t r o l y s i s ．S ．冼d i S t r i b u t i o n ，s h a p e 缸l d s p e c i f i cs u r f a c ea r e a0 fu l t r a f i n e ∞p p e rp o 、柑e rh a v eb 酏nS t u d i e d ．T h ea n t i o 】【i 如t i o np e 点 r m a I l c eo fu l 仃a f i n ec o p p e rp d w d e rh 弱b e e ni m p r 0 V e db ys u r f a c et r a m f o mt r e a t m e n tu S i n go l e i ca c i da n da c e t o 舱． K 州0 r d s U l t r a f i n ec o p p e rp o 、砌e r ；U 1 t r a S 0 面c ；S l 岍ye l e c t r o l y s i s 铜及铜基粉末的生产方法很多，如新型电解法[ 1 ] 、 气体还原法、雾化机械粉碎法、置换法、高压氢还原法 和微生物浸出法等。本研究采用超声场辅助矿浆电解 法利用铜精矿直接制备超细铜粉。矿浆电解可解决金 属的富集和回收问题，是一很有前景的湿法冶金方 法阶3 ] ，而超声场对于超细铜粉的形成具有重要作 用[ ‘- 1 u 。通常而言，矿浆电解得到的阴极金属粉末为 几十微米或几百微米的普通粉末，颗粒粗、且形状多为 海绵状或树枝状、粒度分布不均匀，这种粉末一般不能 直接作为最终产品使用。通过超声波作用，浓差极化 基本消除，阴极表面浓度接近整个溶液的浓度。从而消 除了阴极钝化现象。因此，超声波的引入，对于提高制 粉效率、改善粉体的分散性具有显著作用。 1试验原料与方法 试验采用某铜矿选矿厂的铜精矿为原料，主要 作者简介刘维平 1 9 6 5 一 ，男，江西吉安人，教授，博士． 矿物为黄铜矿，铜精矿成分 ％ C u2 4 ．1 8 3 、S i 4 ．9 5 6 、O1 3 ．5 2 1 、S2 8 ．1 2 6 、F e2 3 ．3 9 0 、A l2 ．1 8 0 、K 0 ．6 9 3 、C aO ．8 3 1 、Z nO ．0 8 7 、M g0 ．5 1 1 、P bO ．1 8 6 、 M oO ．1 5 4 、S b0 ．1 6 3 、A s0 ．2 6 l 。 试验由铜精矿预处理、电解制粉和超细铜粉抗 氧化处理三部分组成。 预处理采用的设备为实验室型间歇式高能机械 搅拌球磨机 简称搅拌磨 。搅拌磨主要由一带冷却 央套的磨腔和搅拌棒组成，搅拌棒装在高速旋转的 中心转动轴上。试验时，搅拌磨转速为6 0 0r ／m i n ， 以钢球作为研磨介质，钢球直径为3m m 。铜精矿 在磨腔内通过高能球磨作用得到活化，同时脱除了 浮选过程带来的药剂。 制备超细铜粉采用超声场辅助矿浆电解法，和 普通矿浆电解相比，该装置增加了一个超声波发生 器。试验时，铜精矿首先经过搅拌磨活化和脱药，再 万方数据 5 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 在超声场中进行不同时间的超声处理，采用超声场 辅助矿浆电解法制备超细铜粉。矿浆电解电解液采 用H C l N a C l 体系，液固比1 0 1 ，极距4 ．5c m ， p H 1 ．O ，电流密度2 5 0A ／m 2 ，电解温度3 4 3K 。电 解过程在自制的矿浆电解槽中进行。析出的铜粉经 洗涤、抗氧化处理后，再在真空干燥箱中干燥。 超细铜粉的抗氧化处理采用油酸和丙酮为表面 改性剂，将超细铜粉置于油酸和丙酮组成的混合液 中浸泡，使铜粉表面钝化。试验过程如下矿浆电解 制备得到的超细铜粉经盐酸、蒸馏水和乙醇充分洗 涤后，置于油酸和丙酮体积比为1 5 的混合液中浸 泡，并置于磁力搅拌器上搅拌3 0m i n ，离心分离后 在真空干燥箱中干燥。 2 试验结果与讨论 2 ．1 铜精矿预处理 为消除浮选药剂对后续粉末制备的影响及提高 铜精矿的浸出效率，采用机械力化学方法对铜精矿进 行预处理，使其活化和脱药，将预处理后的铜精矿作 为矿浆电解制粉的原料。预处理后，铜精矿粒度特性 的相关指标是D s 。一9 ．9 8 肛m ，n o 4 弘m ，耽5 6 ．5 6 肛m ，D 7 5 1 8 ．8 9 扛m ，D g o 一1 7 ．6 9 肛m ，D 4 ，3 一1 0 ．5 4 “m ，D 3 ，2 7 ．0 3 肚m ，S S A 一0 ．8 5m 2 ／g 。 2 ．2 超声场对超细铜粉制备的影响 采用湿法冶金中的矿浆电解方法制备超细铜 粉，矿浆电解的原料为经过机械活化预处理的铜精 矿，预处理后的铜精矿进行超声处理，当超声处理时 间不同时 时间为0m i n 时，表明未经超声处理 ，通 过矿浆电解制备得到的超细铜粉的中位径D 5 。、体 积平均径D 4 ，3 、面积平均径D 3 ，2 和比表面积 S S A 的变化规律见图1 所示。从图1 看出，铜粉的 各粒度特征值均小于1 0 肛m 。铜粉的粒度微分分布 如图2 所示。从图1 ～2 可以看出，铜粉制备过程 中，经过超声处理和未经过超声处理的效果是不一 样的，随着超声处理时间的延长，铜粉的各特征粒度 值变小，粒度分布变窄，比表面积增加，说明超声场 对于超细铜粉的形成及改善铜粉的粒度分布有明显 效果。经过超声处理和未经超声处理的超细铜粉形 貌如图3 所示。 图1 粉末特性与超声处理的关系 F i g ．1 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e ∞t h ec h a r 跹t e ro f p o w d e ra n du l t r a s O n i ch ．e a t i n g 、 粒嘘，“m 图2 粉末粒度分布与超声处理时间的关系 F i g ．1 T h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o p p e r p o w d e rs i z ed i f f e r e n t i a ld i s t r i b u t i o n 卸du l t r 嬲o n i ct r e a t i n gt i m e 图3 超细铜粉S E M 形貌 F i g ．3 S E Mp a t t e r no fc o p p e rp o w d e r 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年4 期 5 3 分析不进行超声和进行超声电解的铜粉粒度值 和粒度分布可以看出，超声电解铜粉的粒度趋于下 降，比表面积上升，且随超声时间的延长，粒度下降 越多，比表面积增加越大，说明铜粉的分散性能和超 声时间成正比。 2 ．3 抗氧化处理 采用油酸和丙酮的混合液对超细铜粉进行表面 改性处理，经过表面处理后的超细铜粉的S E M 照 片如图4 所示，和图3 比较发现，经过油酸和丙酮混 合液处理后的超细铜粉，其形貌更规则、更接近球 形。 肉眼观察发现，刚制备得到的铜粉为深紫红色， 干燥后很快变为黑色，说明发生了氧化，但经油酸和 丙酮包覆处理的铜粉，干燥放置一个月后，颜色仍为 紫红色，说明此时铜粉的抗氧化性能较好。 铜粉干燥放置一个月后，未经抗氧化处理和经 过抗氧化处理超细铜粉的X R D 分析结果如图5 所 示。从X R D 分析可以看出，超细铜粉的氧化物为 C u 0 ，经抗氧化处理后，铜氧化物的衍射峰明显降 低。 F i g ．4 a 未抗氧化处理 图4 超细铜粉S E M S E Mo fu l t r a f i n ec o p p e rp O w d e r 3 43 63 84 04 2 4 44 6 舶， 。 b 抗氧化处理后 c 1 1 C u 2 0 人心L ⋯ 图5 超细铜粉S E M F i g ．5X R Dp a t t e r n0 fu l t r a f i n ec O p p e rp O w d e r 3 结论 1 采用高能机械球磨预处理和超声场辅助矿 - 浆电解法，可直接利用铜精矿制备粒度小于1 0 弘m 的超细铜粉。超声对于铜粉的分散性能有明显的改 善； 2 经过油酸和丙酮的表面改性处理后，超细铜 粉的抗氧化性能明显提高，铜粉颗粒形貌更接近球 形。‘ 致谢江西理工大学尹艳红、祝成波参加了实验 研究工作，作者深表感谢 参考文献 [ 1 ] 何峰．制备超细金属粉末的新型电解法口] ．金属学报， 2 0 0 0 ，3 6 6 6 5 9 6 6 1 ． [ 2 ] 王成彦，邱定蕃，江培海．脆硫锑铅矿矿桨电解机理研究 [ J ] ．有色金属，2 0 0 3 ，5 5 1 z 5 2 8 ． [ 3 ] 王维熙，罗建平，李利军．矿浆电解法从复杂银精矿中提 取银的研究[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 6 ， 3 4 3 4 5 ． [ 4 ] 李春喜，王子镐．超声技术在纳米材料制备中的应用 口] ．化学通报，2 0 0 1 5 2 6 8 2 7 1 ． [ 5 ] 王菊香，赵恂。潘进，等．超声电解法制备超细金属粉的 研究[ J ] ．材料科学与工程，2 0 0 0 ，1 8 4 7 0 一7 4 ． [ 6 ] 符剑刚，钟宏，彭斌．超声强化电氧化法湿法分解辉钼矿 [ J ] ．过程工程学报，2 0 0 5 ，5 4 3 8 9 3 9 2 ． [ 7 ] 刘丽，张翔．超声作用对芳纶纤维表面性质的影响[ J ] ． 复合材料学报，2 0 0 3 ，2 0 2 3 5 4 0 ． [ 8 ] C h ∞n - H oL e e ，S u n - I lK i r n ．P r e p a r a t i o no fP b M g l ，3 N b ，3 0 3 一P b T i 0 3t h i nf i l m sb yM O C V D ∞i n gt l l t r a S o I l i o n e b u l i z a t i o n [ J ] ．J o u r I l a lo fE l e c t r o c e r a m i c s ，2 0 0 6 ，1 7 2 4 1 5 7 1 6 0 ． [ 9 ] G i l - Y o n gL e e ，R a k H y u I lS o n g ，J o n g H e eK i m ，e ta 1 ． P r o p e r t i 酷o fC u ，N i ，a n dVd o p e d - L a C r 0 3i n t e r c o n n e c t m a t e r i a l sp r e p a r e db yp e c h i n i ，u l t r a s o n i cs p r a yp y r o l y s i s a n dg l y c i n en i t r a t ep r o c e s s e sf o rS F c [ J ] ．J o u r n a lo f E l e c t r o c e r a m i c s ，2 0 0 6 ，1 7 2 4 7 2 3 7 2 7 ． [ 1 0 ] Y u i c h iS a i t o ，S h u j iM o n o n o b e ，M o t o i c h i0 h t s u ，e ta 1 ． E 1 e c t r 0 1 骼sN i c k e 】P l a t i n gu I l d e fC D n t i n u o u sU 1 t r a s o n i c I r r a d i a t i o nt oF a b r i c a t eaN e a r - F i e l dP r o b eW h o s eM e t a l C o a tD e c r e a s e si nT h i c k n e s st o w a r dt h eT i p 口] ． p t i c a l R e v i e w 。2 0 0 6 。1 3 4 2 2 5 2 2 7 ． [ 1 1 ] R a m i r e zEB ，H u a n o s t aA ，。{ ；e b a s t i a nJP ，e ta 1 ．S t r u c ’ t u r e ．c o m p o s i t i o na n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so fY S Zf i l m s 、d e p o s i t e db yu l t r a s o n i cs p r a yp y r 0 1 y s i s [ J ] ．J o u r n a lo f M a t e r i a l ss c i e n c e ，2 0 0 7 ，4 Z 3 9 0 1 9 0 7 ． 万方数据