CN107225250B - 金属粒的形成方法及制备金属粒的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属粒的形成方法及制备金属粒的装置，其中金属粒的形成方法包括：提供金属原材料和保温容器，所述保温容器的底部具有开孔；将所述金属原材料熔化，形成金属熔化液；将所述金属熔化液浇注于所述保温容器中，使所述金属熔化液从所述开孔中滴出，形成分立的金属液滴；将所述金属液滴凝固，形成金属粒。所述金属粒的形成方法能够保证金属粒的纯度，且提高工艺效率。

Description

金属粒的形成方法及制备金属粒的装置
技术领域
本发明涉及金属加工领域，尤其涉及一种金属粒的形成方法及制备金属粒的装置。
背景技术
在金属加工领域中，需要将整个金属块体加工成金属粒应用于不同的领域。
如，将铝块体加工成铝粒，应用于高纯铝活化直接水解法制备氧化铝的过程中。在高纯铝活化直接水解法制备氧化铝的过程中，采用铝粒作为反应的原料之一，能够增加反应接触面积，提高反应效率。当所述氧化铝用于纯度为99.999％以上蓝宝石制备时，需要使得氧化铝的纯度较高，此时需要所述铝粒的纯度也较高。
另外，在制备金属粒的过程中，需要满足工艺效率高的要求。
然而，现有技术形成的金属粒的纯度和金属粒的生产效率难以同时得到保证。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种金属粒的形成方法及制备金属粒的装置，以保证金属粒的纯度，且提高工艺效率。
为解决上述问题，本发明提供一种金属粒的形成方法，包括：提供金属原材料和保温容器，所述保温容器的底部具有开孔；将所述金属原材料熔化，形成金属熔化液；将所述金属熔化液浇注于所述保温容器中，使所述金属熔化液从所述开孔中滴出，形成分立的金属液滴；将所述金属液滴凝固，形成金属粒。
可选的，所述金属原材料为铝原材料或铜原材料。
可选的，所述金属原材料的纯度为4N5～6N。
可选的，采用熔化炉将所述金属原材料熔化。
可选的，所述熔化炉为真空炉、电阻炉或感应炉。
可选的，当所述金属原材料为铝原材料时，所述熔化炉中的温度为760摄氏度～820摄氏度。
可选的，当所述金属原材料为铜原材料时，所述熔化炉中的温度为1200摄氏度～1280摄氏度。
可选的，当所述金属原材料为铝原材料时，所述保温容器中的保温温度为710摄氏度～750摄氏度。
可选的，当所述金属原材料为铜原材料时，所述保温容器中的保温温度为1150摄氏度～1200摄氏度。
可选的，所述开孔的底部开口小于等于顶部开口。
可选的，所述开孔的底部开口的尺寸为0.5mm～1mm。
可选的，相邻开孔之间的距离至少为20mm。
可选的，所述开孔的数量为一个或多个。
可选的，将所述金属液滴凝固的方法包括：提供收集器；将所述收集器置于所述保温容器的下方；所述金属液滴滴落在所述收集器中，从而凝固形成金属粒。
可选的，所述收集器与所述保温容器的底部表面的距离为20mm～60mm。
可选的，所述收集器为可旋转的金属盘或者金属传送带。
可选的，还包括：对所述金属粒进行清洗处理。
可选的，所述清洗处理的方法包括：采用异丙醇溶液或乙醇中的一种或其组合清洗所述金属粒。
可选的，所述清洗处理的方法包括：采用硝酸与氢氟酸的混合溶液清洗所述金属粒。
本发明还提供一种制备金属粒的装置，包括：熔化炉，所述熔化炉适于将金属原材料熔化为金属熔化液；保温容器，所述保温容器的底部具有开孔，所述保温容器适于容置所述金属熔化液，所述开孔作为金属融化液从保温容器中滴落形成金属液滴的通道；收集器，所述收集器适于将所述金属液滴凝固为金属粒并收集所述金属粒
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明将金属原材料熔化为金属融化液，然后将金属融化液从保温容器的开孔中滴落的方式形成金属液滴，之后将所述金属液滴冷却形成金属粒，避免了需要采用机械加工的方法形成金属粒，从而避免了在形成金属粒的过程中机械作用力作用于金属粒；由于没有机械作用力作用于金属粒，一方面减少了杂质的来源，从而保证了金属粒的纯度，另一方面，降低了杂质进入金属粒的深度，利于后续清洗，从而提高了工艺效率。
另外，金属融化液从保温容器的开孔中滴落可在较短的时间完成，降低了形成金属粒需要的时间，从而提高了工艺效率。
进一步的，对所述金属粒进行清洗处理，去除金属粒表面的杂质，以进一步提高金属粒的纯度；同时，由于金属粒表面的杂质较少，无需采用较多周期的重复清洗，效率较高；且由于避免了机械加工的方法形成金属粒，少量的杂质不会嵌入金属粒，因而降低了清洗难度。
附图说明
图1是本发明第一实施例中金属粒形成过程的流程图；
图2至图6是本发明第一实施例中金属粒形成过程的实施示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中形成的金属粒的纯度和金属粒的生产效率难以同时得到保证。
一实施例中，金属粒的形成方法为：提供金属原材料；依次冲压和剪切所述金属原材料，形成金属粒；对所述金属粒进行清洗。
研究发现，上述实施例中，主要采用机械加工的工艺(如冲压和剪切工艺)形成金属粒。在形成每个金属粒时，机械加工工艺采用的刀具均需要和金属原材料接触，且机械加工工艺采用的刀具对金属原材料产生压力，使得容易给金属粒引入较多的杂质元素。由于引入的杂质元素较多，需要对金属粒进行多次清洗，以去除杂质元素，效率较低。且生产所述金属粒采用的机械加工工艺，如冲压和剪切工艺均需要耗费较长的时间，进一步的降低了工艺效率。
此外，在采用机械加工工艺形成金属粒的过程中，容易使得杂质嵌入金属粒内，增加了清洗的难度。清洗难度增加也会增加清洗的时间。
上述实施例中，金属粒的纯度和金属粒的生产效率难以同时得到保证。
在此基础上，本发明提供一种金属粒的形成方法，参考图1，包括步骤：
步骤S01，提供金属原材料和保温容器，所述保温容器的底部具有开孔；
步骤S02，将所述金属原材料熔化，形成金属熔化液；
步骤S03，将所述金属熔化液浇注于所述保温容器中，使所述金属熔化液从所述开孔中滴出，形成分立的金属液滴；
步骤S04，将所述金属液滴凝固，形成金属粒。
所述金属粒的形成方法能够保证金属粒的纯度，且提高工艺效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图2，提供金属原材料100。
所述金属原材料100为后续形成金属粒的初始材料来源，所述金属原材料100选择的材料根据实际需要确定。
所述金属原材料100可以为铝原材料或铜原材料。
所述金属原材料100的纯度大于4N5。
具体的，所述金属原材料100的纯度为5N或6N，其中，5N表示纯度为99.999％，而6N表示纯度为99.9999％。
参考图3，提供保温容器200，所述保温容器200的底部具有开孔201。
所述保温容器200适于后续容置金属融化液，并使金属融化液从开孔201中滴落。
所述保温容器200的材料可以为碳化硅、氧化硅和氧化铝的混合材料，使得所述保温容器200具有耐高温和保温作用好的优点。
所述保温容器200的表面还可以涂覆隔离层，所述隔离层的作用为：(1)后续金属熔化液浇注于所述保温容器中后，防止保温容器200中的杂质元素进入金属融化液中；(2)所述隔离层的表面光滑，避免金属融化液粘附在保温容器200的表面。
所述隔离层的材料可以为氮化硼。当后续保温容器200容置的金属融化液为铝融化液时，所述隔离层的材料还可以为氧化铝。
所述保温容器200具有保温温度，使得后续金属融化液浇注在保温容器200中后，不会将金属融化液凝固。
具体的，采用加热装置提供给保温容器200热量，使得保温容器200具有保温温度。所述加热装置可以为电阻丝或液化石油气喷灯。
所述保温容器200的底部具有开孔201。所述开孔201作为后续金属融化液从保温容器200中向下滴落的通道。
所述开孔201的底部开口小于等于顶部开口。在一个实施例中，所述开孔201的底部开口小于顶部开口，所述开孔201的底部开口的尺寸为A，所述开孔201的顶部开口的尺寸为B，A小于等于B；在另一个实施例中，所述开孔的底部开口等于顶部开口。
本实施例中，所述开孔201的底部开口小于顶部开口，使得后续待形成金属粒后，对所述保温容器200的清洗更为方便，具体的，对开孔201的清洗更为方便。
所述开孔201的底部开口的尺寸A为0.5mm～1mm。所述开孔201的底部开口的尺寸A选择此范围的意义为：若所述开孔201的底部开口的尺寸A小于0.5mm，导致后续开孔201对金属融化液造成阻塞，金属融化液难以从开孔201中顺利滴出；若所述开孔201的底部开口的尺寸A大于1mm，将导致后续金属融化液容易从开孔201连续流出，不能形成分立的金属液滴。
所述开孔201的数量根据实际需要进行设定。所述开孔201的数量为一个或多个。
当所述开孔201的数量为多个时，有利于后续在不同的开孔201中同时形成金属液滴，增加工艺的效率。
当所述开孔201的数量为多个时，相邻开孔201之间的距离至少为20mm，好处为：由于后续金属液滴从所述开孔201中滴落后，金属液滴与收集器发生碰撞会引起金属液滴变形，在平行于金属液滴与收集器的碰撞面上，金属液滴的尺寸会变大，容易引发从相邻开孔201中滴落到收集器中的金属液滴之间部分重合，难以形成分立的金属粒；相邻开孔201之间的距离至少为20mm，能够有效的避免从相邻开孔201中滴落到收集器中的金属液滴在收集器中重合，从而避免金属粒部分重合。具体的，相邻开孔201之间的距离可以为20mm～40mm。
参考图4，将所述金属原材料100(参考图2)熔化，形成金属熔化液101。
本实施例中，采用熔化炉300将所述金属原材料100熔化，具体的，将所述金属原材料100置于熔化炉300中进行熔化，形成金属熔化液101。
所述熔化炉300为真空炉、电阻炉或感应炉。
所述熔化炉300达到的温度需要能够将所述金属原材料100熔化。若所述熔化炉300中的温度过低，导致不能将所述金属原材料100熔化；若所述熔化炉300中的温度过高，导致工艺浪费，且需要提高相应的熔化炉300对温度的承受能力。另外，考虑到后续浇注金属熔化液101的过程中，会有部分热量散发，而浇注后的金属熔化液101需要具有保温温度，故熔化炉300中的温度会高于保温温度。
综上所述，所述熔化炉300需要选择合适范围的温度，且针对不同的金属原材料100，熔化炉300需要的温度不同。当所述金属原材料100为铝原材料时，设定所述熔化炉300中的温度为760摄氏度～820摄氏度；当所述金属原材料为铜原材料时，设定所述熔化炉300中的温度为1200摄氏度～1280摄氏度。
参考图5，将所述金属熔化液101浇注于所述保温容器200中，使所述金属熔化液101从所述开孔201(参考图3)中滴出，形成分立的金属液滴102。
所述保温容器200的保温温度为保温容器200中的金属融化液101提供恒定的热量，使得保温容器200中的金属融化液具有保温温度。且需要使得在浇注金属熔化液101于保温容器200的初始瞬间，不会将金属熔化液101凝固而堵塞开孔201，所述保温温度需要至少高于金属原材料100的熔点50摄氏度。另外，所述保温温度的选择需要使得保温容器200中的金属熔化液101具有合适的黏度。若保温温度过大，导致保温容器200中的金属熔化液101的黏度过小，金属熔化液101容易从开孔201中连续流出；若保温温度过小，导致保温容器200中的金属熔化液101的黏度过大，不能顺利的从开孔201中滴出。再次，所述保温温度最高值的设定需要考虑工艺成本。
综上所述，所述保温温度需要选择合适范围的温度，且根据不同的金属原材料100而设定。当所述金属原材料100为铝原材料时，所述保温容器200中的保温温度为710摄氏度～750摄氏度，当所述金属原材料100为铜原材料时，所述保温容器200中的保温温度为1150摄氏度～1200摄氏度。
需要说明的是，当所述金属原材料100为铝原材料时，若保温温度高于750摄氏度，导致保温容器200中的金属熔化液101中的含氢量过高，所述金属熔化液101中的氢元素的来源为空气中水气和对熔化炉300清洗后残留的水，后续将对应形成的所述金属液滴凝固的过程中，所述氢元素释放，导致形成的金属粒的内部具有大量的孔，金属粒的形貌较差。而本实施例中，当所述金属原材料100为铝原材料时，将保温容器200中的保温温度控制在750摄氏度以下，能够避免金属粒内部出现较多的气孔，使形成的金属粒的形貌较好。
所述金属熔化液101能够从所述开孔201中滴出而形成分立的金属液滴102，一方面与所述保温容器200中金属熔化液101的黏度有关，另一方面与所述开孔201的底部开口的尺寸有关。而所述保温容器200中金属熔化液101的黏度主要由保温容器200的保温温度决定，关于保温容器200的保温温度与形成分立的金属液滴102的关系在前述内容已经做出说明。关于所述开孔201的底部开口的尺寸与形成分立的金属液滴102的关系在前述内容已经做出说明。不在详述。
参考图6，将所述金属液滴102凝固，形成金属粒103。
具体的，将所述金属液滴102凝固的方法包括：提供收集器400；将所述收集器400置于所述保温容器200的下方；所述金属液滴102滴落在所述收集器400中，从而凝固形成金属粒103。
本实施例中，形成的金属粒103的大小可以达到2mm～12mm。
所述收集器400可以为可旋转的金属盘、也可以为金属传送带。当所述收集器400选择可旋转的金属盘或金属传送带时，避免从同一开孔201中滴落的金属粒103均落在收集器400的同一个位置，错开从同一开孔201中滴落的金属粒103滴落在收集器400的位置。
所述收集器400与所述保温容器200的底部表面的距离需要选择合适的范围。若所述收集器400与所述保温容器200的底部表面的距离小于20mm，导致当前滴落在收集器400中的金属液滴102和从同一开孔201中滴落的前一金属液滴102之间的距离过小，使得从同一开孔201中滴落在收集器400中的相邻两金属液滴102之间的隔间时间过小，收集器400来不及传送金属液滴102凝固形成的金属粒103，导致金属液滴102会滴落在金属粒103的部分表面；若所述收集器400与所述保温容器200的底部表面的距离大于60mm，导致收集器400与所述保温容器200的底部表面的距离过大，金属液滴102滴落在收集器400的瞬间具有的动能过大，容易将形成的金属粒103打碎。故本实施例中，所述收集器400与所述保温容器200的底部表面的距离选择为20mm～60mm。
另外，在收集器400的表面形成油膜，使得金属粒103形成后与收集器400的粘合力较小，从而使得所述金属粒103容易从收集器400的表面脱离。
所述油膜可以为脱膜油，如蓖麻油。
所述收集器400的材料为金属，如不锈钢。
另外，当连续作业凝固金属液滴102时，收集器400的温度可能过高，金属液滴102凝固需要的时间较长。为了避免连续凝固金属液滴102时导致的收集器400的温度过高，采用冷却装置为收集器400进行降温。所述冷却装置中的冷却液为可以为水。
本实施例中，将金属融化液从开孔中滴落的方法形成金属粒，避免了需要采用机械加工的方法形成金属粒，从而避免了在形成金属粒的过程中机械作用力作用于金属粒；由于没有机械作用力作用于金属粒，一方面减少了杂质的来源，从而保证了金属粒的纯度，另一方面，降低了杂质进入金属粒的深度，利于后续清洗，从而提高了工艺效率。
另外，金属融化液从保温容器的开孔中滴落可在较短的时间完成，降低了形成金属粒需要的时间，从而提高了工艺效率。
第二实施例
第二实施例与第一实施例的区别在于：形成金属粒后，对所述金属粒进行清洗处理，以进一步的提高金属粒的纯度。
本实施例中，对所述金属粒进行清洗处理，去除金属粒表面的杂质，以进一步提高金属粒的纯度；同时，由于金属粒表面的杂质较少，无需采用较多周期的重复清洗，效率较高；且由于避免了机械加工的方法形成金属粒，少量的杂质不会嵌入金属粒，因而降低了清洗难度。
具体的，采用清洗液对金属粒进行清洗处理。
若金属粒接触到油污染物，如油膜材料，需要去除金属粒表面接触到油污染物，采用的清洗液为醇类有机物溶液，如异丙醇溶液、乙醇溶液或者其组合，所述异丙醇溶液中异丙醇的质量百分比浓度为99.99％，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分比浓度为99.99％。
若金属粒表面具有金属杂质，采用的清洗液可以为硝酸与氢氟酸的混合溶液，能够去除金属杂质，硝酸的体积百分比浓度为2％～8％，氢氟酸的体积百分比浓度为0.5％～1％。
在一个具体的实施例中，所述清洗处理的方法为：依次采用自来水、异丙醇溶液、硝酸与氢氟酸的混合溶液、以及纯水清洗所述金属粒。
采用所述自来水清洗金属粒，能够润湿金属粒的表面，对金属粒进行预清洗；采用纯水清洗金属粒，将残余在金属粒表面的异丙醇、硝酸与氢氟酸去除。
所述清洗处理采用的工艺可以为气体喷射工艺。
所述气体喷射工艺指的是：通过气泵给予清洗液动力，且在清洗液流动的管道前端的喷头中具有通入高压气体的通道，将高压气体通过所述通道施加给所述清洗液，将所述清洗液喷射在金属粒表面，使得所述清洗液对金属粒表面产生高的冲击力。气体喷射工艺采用的高压气体可以为N2，N2的流量可以为4000sccm～80000sccm。
所述清洗处理采用的工艺也可以为：将金属粒放置于清洗液中，采用搅拌的方式使金属粒和清洗液充分接触，以达到清洗的目的。
第三实施例
本实施例提供一种制备金属粒的装置，包括：熔化炉300(参考图4)，所述熔化炉300适于将金属原材料熔化为金属熔化液；保温容器200(参考图3)，所述保温容器200的底部具有开孔201(参考图3)，所述保温容器200适于容置所述金属熔化液，所述开孔201作为金属融化液从保温容器200中滴落形成金属液滴的通道；收集器400(参考图6)，所述收集器400适于将所述金属液滴凝固为金属粒并收集所述金属粒。
关于所述熔化炉300、保温容器200和收集器400的说明参照第一实施例，不再详述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种金属粒的形成方法，其特征在于，包括：
提供金属原材料和保温容器，所述金属原材料为铝原材料或铜原材料，所述保温容器的底部具有开孔，开孔的数量为一个或多个，开孔数量为多个时相邻开孔之间的距离至少为20mm，所述开孔的底部开口的尺寸为0.5mm～1mm，所述开孔为底部开口小于等于顶部开口的倒锥形孔，所述保温容器具有保温温度，当所述金属原材料为铝原材料时，所述保温容器的保温温度为710摄氏度～750摄氏度，当所述金属原材料为铜原材料时，所述保温容器的保温温度为1150摄氏度～1200摄氏度；
采用熔化炉将所述金属原材料熔化，形成金属熔化液，当所述金属原材料为铝原材料时，所述熔化炉中的温度为760摄氏度～820摄氏度；当所述金属原材料为铜原材料时，所述熔化炉中的温度为1200摄氏度～1280摄氏度；将所述金属熔化液浇注于所述保温容器中，使所述金属熔化液从所述开孔中滴出，形成分立的金属液滴；
所述金属液滴滴落在所述保温容器下方的收集器中，从而凝固形成金属粒，所述金属粒的大小可以达到2mm，所述收集器与所述保温容器的底部表面的距离为20mm，所述收集器为可旋转的金属盘或者金属传送带，并通过冷却液进行冷却；
对所述金属粒进行清洗处理，所述清洗处理的方法包括：依次采用自来水、异丙醇溶液、硝酸与氢氟酸的混合溶液、以及纯水作为清洗液，并分别通过气体喷射工艺清洗所述金属粒；或者，依次采用自来水、乙醇溶液、硝酸与氢氟酸的混合溶液、以及纯水作为清洗液，并分别通过气体喷射工艺清洗所述金属粒；
所述气体喷射工艺指的是：通过气泵给予清洗液动力，且在清洗液流动的管道前端的喷头中具有通入高压气体的通道，将高压气体通过所述通道施加给所述清洗液，将所述清洗液喷射在所述金属粒表面，使得所述清洗液对所述金属粒表面产生高的冲击力，所述气体喷射工艺采用的高压气体为氮气，氮气的流量为4000sccm～80000sccm。
2.根据权利要求1所述的金属粒的形成方法，其特征在于，所述金属原材料的纯度为4N5～6N。
3.根据权利要求1所述的金属粒的形成方法，其特征在于，所述熔化炉为真空炉、电阻炉或感应炉。
4.根据权利要求1所述的金属粒的形成方法，其特征在于，所述异丙醇溶液中异丙醇的质量百分比浓度为99.99％，所述乙醇溶液中乙醇的质量百分比浓度为99.99％。
5.根据权利要求1所述的金属粒的形成方法，其特征在于，所述硝酸与氢氟酸的混合溶液中，硝酸的体积百分比浓度为2％～8％，氢氟酸的体积百分比浓度为0.5％～1％。
6.一种制备金属粒的装置，所述金属粒为由权利要求1～5任一项所述的金属粒的形成方法获得的金属粒，所述制备金属粒的装置包括：
熔化炉，所述熔化炉适于将金属原材料熔化为金属熔化液，所述金属原材料为铝原材料或铜原材料；
保温容器，所述保温容器具有保温温度，当所述金属原材料为铝原材料时，所述保温容器的保温温度为710摄氏度～750摄氏度，当所述金属原材料为铜原材料时，所述保温容器的保温温度为1150摄氏度～1200摄氏度，所述保温容器的底部具有开孔，开孔的数量为一个或多个，开孔数量为多个时相邻开孔之间的距离至少为20mm，所述开孔的底部开口的尺寸为0.5mm～1mm，所述开孔为底部开口小于等于顶部开口的倒锥形孔，所述保温容器适于容置所述金属熔化液，所述开孔作为金属融化液从保温容器中滴落形成金属液滴的通道；
收集器，所述收集器适于将所述金属液滴凝固为金属粒并收集所述金属粒，所述金属粒的大小可以达到2mm，所述收集器位于所述保温容器下方，所述收集器与所述保温容器的底部表面的距离为20mm，所述收集器为可旋转的金属盘或者金属传送带，并通过冷却液进行冷却；
清洗器，用于对所述金属粒进行清洗处理，所述清洗处理的方法包括：依次采用自来水、异丙醇溶液、硝酸与氢氟酸的混合溶液、以及纯水作为清洗液，并分别通过气体喷射工艺清洗所述金属粒；或者，依次采用自来水、乙醇溶液、硝酸与氢氟酸的混合溶液、以及纯水作为清洗液，并分别通过气体喷射工艺清洗所述金属粒；所述气体喷射工艺指的是：通过气泵给予清洗液动力，且在清洗液流动的管道前端的喷头中具有通入高压气体的通道，将高压气体通过所述通道施加给所述清洗液，将所述清洗液喷射在所述金属粒表面，使得所述清洗液对所述金属粒表面产生高的冲击力，所述气体喷射工艺采用的高压气体为氮气，氮气的流量为4000sccm～80000sccm。
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