电解法制取金属铜粉
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2 电解法制粉工艺流程
电解法制取铜粉的经典流程是: 铜原料 干燥、 还原 熔铸 筛分 电解 成品。 铜粉
电解出来的铜粉经洗涤后 , 进入还原炉, 在氢气 氛下进行干燥、 还原处理, 再经筛分得到产品。 2004年新材料 公司在原有生产工艺的基础上 进行了优化 , 开发出生产电解铜粉的新工艺, 其流程 如下: 阳 极、阴 极、电 解 液 洗涤、 缓蚀 筛分 成品。 离心甩干 电解 铜粉 真空干燥
[ 1] 汪成兵 . U 型钢可缩性支架支护设计 及应用研究 [ J] . 有 色金属 ( 矿山部分 ), 2006 , 58 ( 3) : 30 - 34. [ 2] 徐志英 . 岩石力学 [ M ] . 北京 : 中国水利水电出版社 , 2002 . [ 3] 关宝树 , 杨其 新 . 地 下工 程概 论 [ M ] . 成 都 : 西 南交通 大学 出版 社 , 2003. [ 4] 李志业 , 曾艳华 . 地下结构设计原理与 方法 [ M ] . 成 都: 西南交通 大学出版社 , 2003 . [ 5] 杜正国 . 结构分析 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2003. [ 6] 单辉祖 . 材料力学 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 1999.
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图 1 电解铜粉的 SEM 照片
( 下转第 4页 )
4 撑和定位连接件等防滑防倒构件。
铜
业
工
程
2007
3
在松散破碎围岩中进行巷道掘进时, 支护结构 主要承受围岩的 ∀ 松动 #压力 , 采用一般的锚喷支护 很难有效发挥其优越性 , 且经济成本很高。利用普 氏理论和主动荷载模型, 提出了松散破碎围岩条件 下巷道支护的设计方法 , 工程实践表明 , 其运用效果 良好。 参考文献 :
表 1 电解铜粉化学成分 元素 Cu Fe Pb As O S C lH 2O HNO3 不溶物 FTD3 标准要求 (% ) 产品分析结果 (% ) > 99 . 7 99. 92 < 0. 02 < 0. 00005 < 0. 05 0. 002 < 0. 005 < 0. 00005 < 0. 20 0. 072 < 0. 004 0 . 0017 < 0. 004 < 0. 00005 < 0. 05 < 0 . 05 < 0. 05 < 0 . 05
工艺的生产流程及所生产铜粉的 粉末性能 , 并与国家标准进行了比较 。 关键词 : 电解法 ; 铜粉 ; 生产流程 ; 粉末性能
中图分类号 : TF111 . 52
文献标识码: B
1 前言
制取铜粉的方法主要有雾化法, 还原法和电解 法。由于电解法制取的铜粉纯度高、 物理规格好、 活 性高, 广泛应用于电碳制品、 摩擦材料、 含油轴承和 粉末冶金零件等方面 , 在我国得到了迅速的发展。 用电解法制取铜粉的方法, 前苏联于 1934 年即 已研究成功。我国起步较晚 , 到 1970年才兴建了第 一条电解铜粉的生产线。目前, 我国生产规模超过 1000t / a 的厂家主要有重冶集团、 北京有研粉末、 天 津瑞尔普以及上海 901 。江铜集团新材料公司 ( 以 下简称新材料公司 ) 于 2002 年开发了 电解铜粉产 品 , 现每年的产量为 200 t 。
20 文章编号: 1009 3842( 2007) 03 0020 02
铜பைடு நூலகம்
业
工
程
2007
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电解法制取金属铜粉
杨玉其 ( 江西铜业集团公司新材料有限公司 , 江西 贵溪
摘
335424)
要 : 江西铜业集团 ( 贵溪 ) 新材料有限公司于 2004 年开发了电解法制取金属铜粉的新工 艺 , 本文 介绍了新
3 . 2 粉末的粒度组成 电解铜粉的粒度组成见表 2 。根据客户的不同 需求 , 可以对粒度组成进行调整。
表 2 电解铜粉粒度分布 目数 + 200 - 200~ + 350 - 350~ + 480 - 480 分析 结果 (% ) 0. 8 28 . 9 29 . 2 41 . 1
3 . 3 松装密度 合理控制电解过程的参数 , 电解铜粉的松装密 3 度可以控制在 1. 5~ 1 . 9g / cm 之间, 也可以根据客 户的要求生产松装密度低于 1 . 0g / c m 电解铜粉。 3 . 4 粉末颗粒形状 电解铜粉颗粒呈树枝状, 比表面积大, 压制性能 好, 对铜粉进行的形貌观察所拍摄的电镜照片如图 1所示:
( 2) U 型 钢支 架 插 入 巷 道 底 板 深 个 度 应 在 200mm 以 上, 节 与 节 间 的 搭 接 长 度 不 应 小 于 200mm, 夹板连接件应牢固可靠 , 以保证有较大的初 撑力。 ( 3) 轨道下山掘进至压实后的 采空区时, 应减 小掘进循环进尺 , 浅打轻放, 以减小迎头空顶面积 , 减轻掘进爆破对煤岩体的损伤和破坏。 ( 4) 由于在掘进过 程中, 可能揭 露采空区和 老巷, 因此要做好超前探放水、瓦斯的工作, 做到 ∀ 有疑必探, 先探后掘 #, 以保证现场作业人员的 人身安全。
新工艺具有以下特点: 其一, 阳极直接采用贵冶 电解车间生产的高纯阴极铜, 不需要进行熔铸处理, 简化了操作; 其二, 采用自己研制的缓蚀液对洗涤后 的铜粉进行表面处理, 提高了铜粉的抗氧化能力 , 使 产品贮存时间从 3个月提高到 6 个月; 其三, 铜粉采 用真空干燥机进行低温干燥, 提高了干燥效率, 从而 取消了氢还原工序。由于新工艺省略了熔铸和还原 两道工序 , 从而大幅度降低了电解铜粉的生产成本, 在市场上具有较强的竞争优势。 2 . 1 阳极 采用贵冶电解车间生产的阴极铜作为阳极 , 随 着电解的进行而被溶解 , 需要定期进行更换 , 残极率 约 15 % 左右。 2 . 2 阴极 电解铜粉生产用的阴极可以采用铅合金板 , 不 锈钢板、 钛板以及冷轧铜板。铅板会造成产品铅超 标, 并且导电性不好, 一般很少使用 ; 不锈钢板在电 洗涤 解的过程中会腐蚀溶解 , 造成电解液铁浓度增加 ; 使 用钛板可以生产出松比低于 1 . 0g / c m 的电解铜粉 , 但产品容易氧化 , 主品位只能达到 99 . 3 % 左右 ; 铜 板导电导热性好, 即使溶解也不会造成杂质超标 , 应 用最广泛。新材料公司采用冷轧铜板作为阴极 , 表 面作抛光处理 , 尺寸较阳极小。 2 . 3 电解 它是电解制粉的主要工序 , 产品的粒度、 松装密 度须通过电解过程来进行调整。主要控制参数有铜 离子浓度、 酸度、 电流密度、 电解液温度、 刷粉周期、 添加剂和槽电压等。
5 结论
O ptim ization of D rift Support in Loose and Fractured H ost R ock
YANG X u , L IU C hang- w u , SHEN Rong - xi ( Colleg e of H ydrau lic and H ydroelectric, Shichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China) Abstrac t : W hen driv ing and m a inta in ing a dr ift in loose and fractured ho st rock, carry ing capacity o f host rock tends to be poo r and unde rground pressure be intensifying 。 In the progress o f tunnelling of track dip in N o . 9 coal of K angda m ine at X ingta,i defective sectors such as abandoned o ld goaf are poss ible to be encountered 。 A nd suppo rt prob le m s w ill be appear ing in loo se and frac tured host rock。 By the theo re tica l ca lcu la tion and co m prehensiv e ana ly sis based on the princ iples and me thods o f Struc tura lM echan ics , a dr ift support schem e unde r the spec ia l host rock is de ter m ined, the co rresponding construction require m en t is put fo r w ard, wh ich can prov ide a theoretical ev idence fo r the construction secu rity of dr ifts in fractured host rock 。 K ey W ords : D r ift ; G oa ; f loo se host rock; Suppo rt para m ete rs; O pti m iza tion
可以采用合批的方法, 使产品的松装密度趋于一致。
3 粉末性能
生产工艺的差异以及控制条件的改变, 会影响 到粉末的性能 , 一般根据用户的需要, 对粉末性能进 行合理控制。 3 . 1 化学成分 采用上述工艺生产的电解铜粉, 化学成分优于国 家标准 GB5246- 85 的要求, 产品化学成分见表 1 。
收稿日期 : 2007 09 18
2007
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杨玉其: 电解法制取金属铜粉
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2 . 3 . 1 铜离子浓度 电解实验证实: 只有金属离子的浓度迅速降低 到一定值时 , 才能析出松散的粉末。在能析出粉末 的浓度范围内, 铜离子浓度越低 , 粉末颗粒愈细。电 流效率随着铜离子浓度增大而提高, 松装密度也随 着铜离子浓度增大而增高。 2 . 3 . 2 酸度 提高酸度有利于氢的析出, 得到松散的粉末沉积 物, 但酸浓度太高, 会导致钝化, 影响电流效率。酸度 的影响较复杂, 要针对不同的电解条件进行适当调整。 2 . 3 . 3 电流密度 据资料介绍采用铜离子浓度为 13g /L 的电解液 2 时 , 要得到粉 末, 则电流 密度 至少 在 1000A /m 以 上。电流密度愈高, 在阴极上单位时间内放电的离 子数目愈多 , 金属离子的沉积速度远大于晶粒长大 的速度 , 从而形成的晶核数也愈多, 故粉末愈细。 2 . 3 . 4 电解液温度 提高电解液温度 , 扩散速度增加 , 晶粒长大速度 也增大 , 所以粉末变粗。高温作业可提高电流效率 和降低槽电压, 但温度高于 60! 时, 酸雾蒸发量增 大 , 作业环境恶化。 2 . 3 . 5 刷粉周期 刷粉时间延长时 , 松装密度增大 , 粉末变粗。因 为长时间不刷粉 , 阴极表面积增大, 相对降低了电流 密度。通常 , 粉末是用刷子机械刷下来的 , 另一种方 法是采用硫酸十二烷基钠自动从阴极上除粉。 2 . 3 . 6 添加剂 在电解液中添加胶体材料 , 例如 , 骨胶或葡萄糖 可生成细粉状沉积物。这可能是由于胶体阻碍在阴 极上析出氢所致。电解液中加入少量氯化铜 , 可增 强粉末颗粒的枝晶特征 ; 同时由于氯化物离子的极 化效应 , 细粉的获得率增高。 2 . 4 洗涤、 缓蚀 刷下来的铜粉沉积在电解槽底部, 一个班次后 放入洗粉槽 , 采用去离子水进行洗涤 , 先将铜粉中的 硫酸根离子清洗干净, 再加入配制的缓蚀液进行防 氧化处理。 2 . 5 离心甩干 缓蚀后的铜粉, 用去离子水清洗干净 , 再铲入离 心机进行脱水, 得到含水量 < 20% 的铜粉。 2 . 6 真空干燥 离心后的铜粉倒入真空干燥机进行低温真空干 燥 , 再进行筛分得到产品。如果产品松装密度偏高 ,
( 上接第 21页 )
下降 , 在市场上具有较强的竞争优势。 ( 2)在洗粉工序采用缓蚀液对电解铜粉进行防氧 化处理, 可保持铜粉贮存 6 个月不氧化, 该项技术在国 内处于领先地位, 为以后的扩产提供了技术储备。 参考文献 :
2 电解法制粉工艺流程
电解法制取铜粉的经典流程是: 铜原料 干燥、 还原 熔铸 筛分 电解 成品。 铜粉
电解出来的铜粉经洗涤后 , 进入还原炉, 在氢气 氛下进行干燥、 还原处理, 再经筛分得到产品。 2004年新材料 公司在原有生产工艺的基础上 进行了优化 , 开发出生产电解铜粉的新工艺, 其流程 如下: 阳 极、阴 极、电 解 液 洗涤、 缓蚀 筛分 成品。 离心甩干 电解 铜粉 真空干燥
[ 1] 汪成兵 . U 型钢可缩性支架支护设计 及应用研究 [ J] . 有 色金属 ( 矿山部分 ), 2006 , 58 ( 3) : 30 - 34. [ 2] 徐志英 . 岩石力学 [ M ] . 北京 : 中国水利水电出版社 , 2002 . [ 3] 关宝树 , 杨其 新 . 地 下工 程概 论 [ M ] . 成 都 : 西 南交通 大学 出版 社 , 2003. [ 4] 李志业 , 曾艳华 . 地下结构设计原理与 方法 [ M ] . 成 都: 西南交通 大学出版社 , 2003 . [ 5] 杜正国 . 结构分析 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 2003. [ 6] 单辉祖 . 材料力学 [ M ] . 北京 : 高等教育出版社 , 1999.
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图 1 电解铜粉的 SEM 照片
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4 撑和定位连接件等防滑防倒构件。
铜
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在松散破碎围岩中进行巷道掘进时, 支护结构 主要承受围岩的 ∀ 松动 #压力 , 采用一般的锚喷支护 很难有效发挥其优越性 , 且经济成本很高。利用普 氏理论和主动荷载模型, 提出了松散破碎围岩条件 下巷道支护的设计方法 , 工程实践表明 , 其运用效果 良好。 参考文献 :
表 1 电解铜粉化学成分 元素 Cu Fe Pb As O S C lH 2O HNO3 不溶物 FTD3 标准要求 (% ) 产品分析结果 (% ) > 99 . 7 99. 92 < 0. 02 < 0. 00005 < 0. 05 0. 002 < 0. 005 < 0. 00005 < 0. 20 0. 072 < 0. 004 0 . 0017 < 0. 004 < 0. 00005 < 0. 05 < 0 . 05 < 0. 05 < 0 . 05
工艺的生产流程及所生产铜粉的 粉末性能 , 并与国家标准进行了比较 。 关键词 : 电解法 ; 铜粉 ; 生产流程 ; 粉末性能
中图分类号 : TF111 . 52
文献标识码: B
1 前言
制取铜粉的方法主要有雾化法, 还原法和电解 法。由于电解法制取的铜粉纯度高、 物理规格好、 活 性高, 广泛应用于电碳制品、 摩擦材料、 含油轴承和 粉末冶金零件等方面 , 在我国得到了迅速的发展。 用电解法制取铜粉的方法, 前苏联于 1934 年即 已研究成功。我国起步较晚 , 到 1970年才兴建了第 一条电解铜粉的生产线。目前, 我国生产规模超过 1000t / a 的厂家主要有重冶集团、 北京有研粉末、 天 津瑞尔普以及上海 901 。江铜集团新材料公司 ( 以 下简称新材料公司 ) 于 2002 年开发了 电解铜粉产 品 , 现每年的产量为 200 t 。
20 文章编号: 1009 3842( 2007) 03 0020 02
铜பைடு நூலகம்
业
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电解法制取金属铜粉
杨玉其 ( 江西铜业集团公司新材料有限公司 , 江西 贵溪
摘
335424)
要 : 江西铜业集团 ( 贵溪 ) 新材料有限公司于 2004 年开发了电解法制取金属铜粉的新工 艺 , 本文 介绍了新
3 . 2 粉末的粒度组成 电解铜粉的粒度组成见表 2 。根据客户的不同 需求 , 可以对粒度组成进行调整。
表 2 电解铜粉粒度分布 目数 + 200 - 200~ + 350 - 350~ + 480 - 480 分析 结果 (% ) 0. 8 28 . 9 29 . 2 41 . 1
3 . 3 松装密度 合理控制电解过程的参数 , 电解铜粉的松装密 3 度可以控制在 1. 5~ 1 . 9g / cm 之间, 也可以根据客 户的要求生产松装密度低于 1 . 0g / c m 电解铜粉。 3 . 4 粉末颗粒形状 电解铜粉颗粒呈树枝状, 比表面积大, 压制性能 好, 对铜粉进行的形貌观察所拍摄的电镜照片如图 1所示:
( 2) U 型 钢支 架 插 入 巷 道 底 板 深 个 度 应 在 200mm 以 上, 节 与 节 间 的 搭 接 长 度 不 应 小 于 200mm, 夹板连接件应牢固可靠 , 以保证有较大的初 撑力。 ( 3) 轨道下山掘进至压实后的 采空区时, 应减 小掘进循环进尺 , 浅打轻放, 以减小迎头空顶面积 , 减轻掘进爆破对煤岩体的损伤和破坏。 ( 4) 由于在掘进过 程中, 可能揭 露采空区和 老巷, 因此要做好超前探放水、瓦斯的工作, 做到 ∀ 有疑必探, 先探后掘 #, 以保证现场作业人员的 人身安全。
新工艺具有以下特点: 其一, 阳极直接采用贵冶 电解车间生产的高纯阴极铜, 不需要进行熔铸处理, 简化了操作; 其二, 采用自己研制的缓蚀液对洗涤后 的铜粉进行表面处理, 提高了铜粉的抗氧化能力 , 使 产品贮存时间从 3个月提高到 6 个月; 其三, 铜粉采 用真空干燥机进行低温干燥, 提高了干燥效率, 从而 取消了氢还原工序。由于新工艺省略了熔铸和还原 两道工序 , 从而大幅度降低了电解铜粉的生产成本, 在市场上具有较强的竞争优势。 2 . 1 阳极 采用贵冶电解车间生产的阴极铜作为阳极 , 随 着电解的进行而被溶解 , 需要定期进行更换 , 残极率 约 15 % 左右。 2 . 2 阴极 电解铜粉生产用的阴极可以采用铅合金板 , 不 锈钢板、 钛板以及冷轧铜板。铅板会造成产品铅超 标, 并且导电性不好, 一般很少使用 ; 不锈钢板在电 洗涤 解的过程中会腐蚀溶解 , 造成电解液铁浓度增加 ; 使 用钛板可以生产出松比低于 1 . 0g / c m 的电解铜粉 , 但产品容易氧化 , 主品位只能达到 99 . 3 % 左右 ; 铜 板导电导热性好, 即使溶解也不会造成杂质超标 , 应 用最广泛。新材料公司采用冷轧铜板作为阴极 , 表 面作抛光处理 , 尺寸较阳极小。 2 . 3 电解 它是电解制粉的主要工序 , 产品的粒度、 松装密 度须通过电解过程来进行调整。主要控制参数有铜 离子浓度、 酸度、 电流密度、 电解液温度、 刷粉周期、 添加剂和槽电压等。
5 结论
O ptim ization of D rift Support in Loose and Fractured H ost R ock
YANG X u , L IU C hang- w u , SHEN Rong - xi ( Colleg e of H ydrau lic and H ydroelectric, Shichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China) Abstrac t : W hen driv ing and m a inta in ing a dr ift in loose and fractured ho st rock, carry ing capacity o f host rock tends to be poo r and unde rground pressure be intensifying 。 In the progress o f tunnelling of track dip in N o . 9 coal of K angda m ine at X ingta,i defective sectors such as abandoned o ld goaf are poss ible to be encountered 。 A nd suppo rt prob le m s w ill be appear ing in loo se and frac tured host rock。 By the theo re tica l ca lcu la tion and co m prehensiv e ana ly sis based on the princ iples and me thods o f Struc tura lM echan ics , a dr ift support schem e unde r the spec ia l host rock is de ter m ined, the co rresponding construction require m en t is put fo r w ard, wh ich can prov ide a theoretical ev idence fo r the construction secu rity of dr ifts in fractured host rock 。 K ey W ords : D r ift ; G oa ; f loo se host rock; Suppo rt para m ete rs; O pti m iza tion
可以采用合批的方法, 使产品的松装密度趋于一致。
3 粉末性能
生产工艺的差异以及控制条件的改变, 会影响 到粉末的性能 , 一般根据用户的需要, 对粉末性能进 行合理控制。 3 . 1 化学成分 采用上述工艺生产的电解铜粉, 化学成分优于国 家标准 GB5246- 85 的要求, 产品化学成分见表 1 。
收稿日期 : 2007 09 18
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杨玉其: 电解法制取金属铜粉
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2 . 3 . 1 铜离子浓度 电解实验证实: 只有金属离子的浓度迅速降低 到一定值时 , 才能析出松散的粉末。在能析出粉末 的浓度范围内, 铜离子浓度越低 , 粉末颗粒愈细。电 流效率随着铜离子浓度增大而提高, 松装密度也随 着铜离子浓度增大而增高。 2 . 3 . 2 酸度 提高酸度有利于氢的析出, 得到松散的粉末沉积 物, 但酸浓度太高, 会导致钝化, 影响电流效率。酸度 的影响较复杂, 要针对不同的电解条件进行适当调整。 2 . 3 . 3 电流密度 据资料介绍采用铜离子浓度为 13g /L 的电解液 2 时 , 要得到粉 末, 则电流 密度 至少 在 1000A /m 以 上。电流密度愈高, 在阴极上单位时间内放电的离 子数目愈多 , 金属离子的沉积速度远大于晶粒长大 的速度 , 从而形成的晶核数也愈多, 故粉末愈细。 2 . 3 . 4 电解液温度 提高电解液温度 , 扩散速度增加 , 晶粒长大速度 也增大 , 所以粉末变粗。高温作业可提高电流效率 和降低槽电压, 但温度高于 60! 时, 酸雾蒸发量增 大 , 作业环境恶化。 2 . 3 . 5 刷粉周期 刷粉时间延长时 , 松装密度增大 , 粉末变粗。因 为长时间不刷粉 , 阴极表面积增大, 相对降低了电流 密度。通常 , 粉末是用刷子机械刷下来的 , 另一种方 法是采用硫酸十二烷基钠自动从阴极上除粉。 2 . 3 . 6 添加剂 在电解液中添加胶体材料 , 例如 , 骨胶或葡萄糖 可生成细粉状沉积物。这可能是由于胶体阻碍在阴 极上析出氢所致。电解液中加入少量氯化铜 , 可增 强粉末颗粒的枝晶特征 ; 同时由于氯化物离子的极 化效应 , 细粉的获得率增高。 2 . 4 洗涤、 缓蚀 刷下来的铜粉沉积在电解槽底部, 一个班次后 放入洗粉槽 , 采用去离子水进行洗涤 , 先将铜粉中的 硫酸根离子清洗干净, 再加入配制的缓蚀液进行防 氧化处理。 2 . 5 离心甩干 缓蚀后的铜粉, 用去离子水清洗干净 , 再铲入离 心机进行脱水, 得到含水量 < 20% 的铜粉。 2 . 6 真空干燥 离心后的铜粉倒入真空干燥机进行低温真空干 燥 , 再进行筛分得到产品。如果产品松装密度偏高 ,
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下降 , 在市场上具有较强的竞争优势。 ( 2)在洗粉工序采用缓蚀液对电解铜粉进行防氧 化处理, 可保持铜粉贮存 6 个月不氧化, 该项技术在国 内处于领先地位, 为以后的扩产提供了技术储备。 参考文献 :