CN102887491B - 高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法 - Google Patents

高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法 Download PDF

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本发明公开了高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，采用过量的金属粉与氨基磺酸，金属粉平均粒度小于100nm，通入40-60℃纯水，高压氧气的参与下，在带研磨装置的滚桶式密闭反应罐中，边研磨边搅拌进行反应，过滤后得氨基磺酸盐液，浓度最高可达180g/L（按金属量计），回收滤渣（金属粉）可重新利用。氨基磺酸镍和氨基磺酸钴，由于原料简单，生产过程中，没有加强酸、碱等引发剂，无其他杂离子污染，氨基磺酸盐的纯度只受金属粉和氨基磺酸纯度影响；受金属粉的平均粒度越小，产率越高，硫酸根小于600ppm，钠离子以及其他金属离子含极低，常规方法检测不到。

Description

高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地说是用金属粉与氨基磺酸直接反应，生产金属氨基磺酸盐高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法。
背景技术
各种金属（镍、钴、铜、铬等）氨基磺酸盐广泛地用于电镀工业中，它与一般的硫酸可卡因、氯化物、氰氢酸和硅氟化物电镀液相比，具有操作简单、易控、沉积速度快、毒性小及腐蚀低等特点，而且电镀产品光泽美观内应力小，其晶粒结构和延展性能都十分优良。特别是氨基磺酸镍（分子式：Ni(NH2SO3)2英文名：Nickel sulfamate，CAS :13770-89-3，EINECS :237-396-1，物化性质：透明深绿色溶液）浓缩液是近年来国际上发展较快的一种电镀镍主盐，能获得比传统的硫酸镍镀液机械性能更优良的金属镀层，因其内应力低、沉积速度快，而在汽车、摩托车、冶金、电子、镍网、铝合金等行业得到了广泛应用。随着科技发展，对氨基磺酸镍 (NICKEL SULFAMATE SOLUTION)的浓度、纯度要求越来越高，质量好的氨基磺酸镍浓缩液无需任何添加剂就能产生低应力之镀层，如配合添加剂的使用，则能得到外观更佳,内应力更低的镀层。
氨基磺酸镍主要生产方法为（陈兆斌，陈淑丽，薛鹏冲《氨基磺酸镍制备的研究》精细化工 2011 18（9））：1、用镍粉制氨基磺酸镍；2、由碳酸镍制氨基磺酸镍；3、由氢氧化镍制氨基磺酸镍。4、萃取法。
目前大多采用碳酸镍和氢氧化镍制备氨基磺酸镍，而碳酸镍又是由金属镍与强酸反应后，再与碳酸铵反应制成。氢氧化镍则是金属镍与氢氧化钠反应后制成。
中国专利200710146350.9 一种用含镍物料萃取转型生产镍盐的方法，涉及一种在镍盐产品制备过程中使用硫酸镍介质溶液萃取转型技术。特别是对氯化镍和氨基磺酸镍的制备。将净化后的硫酸镍溶液用P204萃取剂萃取，使主金属镍进入有机相，再以不同的酸溶液反萃有机相，将镍转型为其它镍盐溶液，再经过深度除杂、蒸发结晶等工序生产成为其它镍盐产品。
中国专利201010573261.4， 《萃取法制备氨基磺酸镍工艺》将高冰镍经二段逆流浸出液经萃杂萃取除去杂质后的萃余液作为原液，在与特定比例的有机相和氢氧化纳溶液形成的钠皂发生萃取反应；负载有机相经酸洗后，用氨基磺酸做反萃剂制得氨基磺酸镍溶液。此溶液经蒸发浓缩离心等工序后，产出氨基磺酸镍成品。
由此可见氨基磺酸镍的生产过程中，直接或间接地使用了强酸或强碱，虽然反应速度快，导致氨基磺酸镍杂质增多；为提高产品质量，不得不采用各种手段除杂，使得生产过程更加繁锁，成本加大。
直接用镍粉与氨基磺酸反应，生产氨基磺酸镍无疑是一种既简单、产品纯度又高的方法，但是由于镍和氨基磺酸镍的特性，其反应速度极慢，几乎无法察觉，事实上无法应用。为解决这个问题，有人采用过氧化氢作为引发剂，在不断加入过氧化氢的同时将氨基磺酸、金属粉与水混合制备氨基磺酸镍。
中国专利200410025138.3《一种氨基磺酸镍的制备方法》在金属镍与氨基磺酸直接反应中，加入一种引发剂，引发剂加入量为金属镍重量的0.5-10wt％，金属镍∶氨基磺酸∶水＝1∶3～4∶7～8，处于搅拌状态中再缓慢加入H2O2，使当量镍完全反应。引发剂为盐酸、硫酸或磷酸。
由此可见，单纯滴加过氧化氢，反应效果也不是十分理想，不得不在反应过程中加入盐酸、硫酸或磷酸促进反应，这样又产生了杂质。
发明内容
本发明的目的是，为了解决直接用金属粉和氨基磺酸制备氨基磺酸盐反应慢的问题，而提供一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，用于生产高纯度金属氨基磺酸盐。
一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，将过量的金属粉、氨基磺酸粉加入带研磨装置的密闭反应罐中，通入40-60℃纯水，加高压氧气至反应压力为0.5至1标准大气压，边搅拌边研磨反应，反应充分后，过滤得金属氨基磺酸盐液；所述的金属粉为镍粉或钴粉；平均粒径为小于100nm。
优选地是将金属粉、氨基磺酸粉加入带研磨装置的反应罐中，搅拌研磨后，再通入热纯水；
所述的镍粉、氨基磺酸粉和纯水的重量比为0.5-2︰1：4-6。
所述的纯水温度为60℃。
所述的研磨装置是在滚桶式密闭反应罐中加入了氧化锆球或玛瑙球。
本发明采用金属粉平均粒度小于100nm，过量的金属粉与氨基磺酸，通入40-60℃纯水，高压氧气的参与下，在带研磨装置的滚桶式密闭反应罐中，边研磨边搅拌进行反应，过滤后得氨基磺酸盐液，浓度最高可达180g/L（按金属量计），回收滤渣（金属粉）可重新利用。氨基磺酸镍和氨基磺酸钴，由于原料简单，生产过程中，没有加强酸、碱等引发剂，无其他杂离子污染，氨基磺酸盐的纯度只受金属粉和氨基磺酸纯度影响；金属粉的平均粒度越小，产率越高，硫酸根小于600ppm，钠离子以及其他金属离子含极低，常规方法检测不到。
附图说明
 图1为本发明的制备氨基磺酸盐的密闭式反应装置剖面示意图。
    图2为本发明的制备氨基磺酸盐的密闭式反应装置灌盖的放大剖面示意图。
具体实施方式
实施例1
镍粉、氨基磺酸粉和纯水按重量0.5︰1：4-6比例，加热纯水至40-60℃，将镍粉、氨基磺酸粉和纯水，加入装有磨球（氧化锆球或玛瑙球）的滚桶式密闭反应罐内，加高压氧气至反应压力为0.5至1标准大气压，研磨搅拌反应90分钟后，过滤反应液得氨基磺酸镍溶液。加热蒸发后可得氨基磺酸镍晶体。所述的镍粉平均柆径小于100nm。
实施例2
镍粉、氨基磺酸粉和纯水按重量1.0︰1：4-6比例，将镍粉和氨基磺酸粉，加入装有磨球（氧化锆球或玛瑙球）的密闭反应罐内，搅拌球磨90分钟，加入40-60℃纯水，加高压氧气至反应压力为0.5至1标准大气压，研磨搅拌反应90分钟后，过滤反应液得氨基磺酸镍溶液。加热蒸发后可得氨基磺酸镍晶体；所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
实施例3
镍粉、氨基磺酸粉和纯水按重量1.5︰1：4-6比例，加热纯水至40-60℃，将镍粉、氨基磺酸粉和纯水，加入装有磨球（氧化锆球或玛瑙球）的反应罐内，磨球的总体积为纯水体积的一半，加高压氧气至反应压力为0.5至1标准大气压，球磨搅拌反应90分钟后，过滤反应液得氨基磺酸镍溶液。加热蒸发后可得氨基磺酸镍晶体。所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
实施例4
请参阅图1、2，制备氨基磺酸盐的密闭式反应装置，该装置包括：反应罐本体3、横杠7、支撑架1、罐盖5，本体1为圆形，横杠7与反应罐本体3成一体，横杠7固定在支撑架3上，罐盖5在反应罐本体3一端顶部，横杠与驱动装置相连接，反应罐本体3内装有固定的梳子式扒犁搅拌装置4，本体3还设有带阀的压缩空气口9、带阀的加水口8，罐盖内设有过滤装置；反应罐内还装有氧化锆球2；所述的罐盖5设有放料用的带阀出料口51，过滤装置为两层筛网52中间夹有滤布53。
实施例5
参见附图1、2，打开盖5，按重量份，将镍粉0.5-2份和干粉氨基磺酸1份，倒入反应罐内，盖上罐盖5，电机驱动横杠7带动反应罐本体3转动，梳子式扒犁搅拌装置4、氧化锆球2也随之转动，搅拌研磨90分钟，从进水口8加入60℃热纯水4-6份，关闭进水口8，在密闭的反应罐内再搅拌90分钟；所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
从压缩空气口9，注入压缩空气，打开出料口51，反应物通过罐盖5的过滤装置过滤后，氨基磺酸镍浓缩液从出料口51流出，得氨基磺酸镍溶液。所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
实施例6
参见附图1、2，打开盖5，按重量份，将镍粉0.5-2份和干粉氨基磺酸1份，倒入反应罐内，盖上罐盖5，电机驱动横杠7带动反应罐本体3转动，梳子式扒犁搅拌装置4、氧化锆球2也随之转动，搅拌研磨90分钟，从进水口8加入60℃热纯水4-6份，关闭进水口8，在密闭的反应罐内再搅拌90分钟；所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
从压缩空气口9，注入压缩空气，打开出料口51，反应物通过罐盖5的过滤装置过滤后，氨基磺酸镍浓缩液从出料口51流出，得氨基磺酸镍溶液。
实施例7
参见附图1、2，镍粉（氢还原方法生产；粒度100nm，杂质指标，纯度等满足GB-T 19588-2004 纳米镍粉要求），打开盖5，将720公斤镍粉和2355公斤干粉氨基磺酸，倒入反应罐内，盖上罐盖5，电机驱动横杠7带动反应罐本体3转动，梳子式扒犁搅拌装置4、氧化锆球2也随之转动，搅拌研磨90分钟，从进水口8加入60℃热纯水7200公斤，关闭进水口8，加氧气至罐内压力至1个大气压，在密闭的反应罐内再搅拌研磨90分钟；所述的镍粉平均柆径为50-100nm。
从压缩空气口9，注入压缩空气，打开出料口51，反应物通过罐盖5的过滤装置过滤后，氨基磺酸镍浓缩液从出料口51流出，得氨基磺酸镍溶液。收集滤渣（镍粉），可用于下次生产，重新利用。
用钴粉和氨基磺酸生产氨基磺酸钴的方法同实施例1、2、3、5、6和7。
上述实施例生产的氨基磺酸镍和氨基磺酸钴，由于原料简单，生产过程中，没有加强酸、碱等引发剂，无其他杂离子污染，氨基磺酸盐的纯度只受金属粉和氨基磺酸纯度影响；反应速度快、工艺流程短、纯度高。硫酸根小于600ppm、钠离子以及其他金属离子含极低，常规方法检测不到。金属粉粒度平均粒度小于100nm，粒度越小，反应时间越短，氨基磺酸盐的质量越好。采用过量的金属粉，控制纯水的比例，在高压氧气的参与下，和氨基磺酸反应，过滤后得氨基磺酸盐液，最高可达180g/L（按金属量计），回收滤渣（金属粉）可重新利用。

Claims (5)

1.一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，其特征在于：将过量的金属粉、氨基磺酸粉加入带研磨装置的密闭反应罐中，通入40-60℃纯水，加高压氧气至反应压力为0.5至1标准大气压，边搅拌边研磨反应，反应充分后，过滤得金属氨基磺酸盐液；所述的金属粉为镍粉或钴粉；平均粒径为小于100nm。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，其特征在于：金属粉、氨基磺酸粉加入带研磨装置的反应罐中，搅拌研磨后，再通入热纯水。
3.根据权利要求1所述的一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，其特征在于：所述的镍粉、氨基磺酸粉和纯水的重量比为0.5-2︰1：4-6。
4.根据权利要求1所述的一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，其特征在于：所述的纯水温度为60℃。
5.根据权利要求1所述的一种高纯度金属氨基磺酸盐快速生产方法，其特征在于：所述的研磨装置是在滚桶式密闭反应罐中加入了氧化锆球或玛瑙球。
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