CN108611500B - 一种低熔点金属提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低熔点金属提纯方法，所述方法为：①将MAX相粉末与含有A金属组元的被提纯合金按比例混合，并于球磨机中球磨；②将上述经过球磨的粉体冷压成薄片；③将薄片置于热处理炉中，在接近A金属熔点TA温度下热处理1～300min，然后自然降温；④在室温下放置1～30天，待试样表面生长出A金属晶须；⑤收集样品表面的A金属晶须。本发明的提纯方法具有工艺简单、成本低、环保、提纯所得金属纯度高等优点，解决了目前金属提纯技术中存在的工艺复杂、成本高、环境污染等问题。

Description

一种低熔点金属提纯方法
技术领域
本发明属于金属提纯领域，具体涉及一种低熔点金属提纯方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，尤其是电子行业的迅猛发展，对各种合金焊料的研究和利用也同时发展着。但是，由于消费类电子产品发展迅速，更新换代极为频繁，越来越多的电子电器设备因为各种各样的原因被淘汰、废弃。而焊料作为电路连接必不可少的部分，随着电子电器设备的废弃而被废弃。为了减少废弃的焊料对环境的污染，以及对资源的重复有效利用，合金焊料使用后的回收问题受到了越来越广泛的关注。
目前，低熔点高纯金属的提纯工艺主要是区域熔炼、电解精炼、真空蒸馏、固相电迁移等，以及这些工艺的结合使用。
其中，区域熔炼是将原料制成烧结棒，利用高频线圈或聚焦红外线加热烧结棒的局部，通过金属试料的局部熔化，使金属试料与其中含的微量杂质达到分离的过程，该工艺提纯纯度高，但是产量较小；电解精炼利用不同元素的阳极溶解或阴极析出难易程度的差异而提取纯金属，产量高，工业上易于生产，但纯度相对较低；真空蒸馏是利用蒸馏物各组分某些物理特性的差异而进行的分离提纯，提纯纯度较高、产量高、环保，但蒸馏炉为非标设备，需特殊设计；固相电迁移是一种应用电迁移原理提纯金属的技术，提纯纯度高，但耗能大，速度慢。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低熔点金属提纯方法，能在固相下直接提纯得到高纯金属单质，而且对被提纯的原料杂质含量要求低，操作简单，流程少。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种低熔点金属提纯方法，包括以下步骤：
步骤1)将MAX相粉末与含有被提纯金属A的合金按比例混合，并进行球磨处理，其中，所述MAX相也含有A元素；
步骤2)将经步骤1)球磨处理后的粉末冷压成薄片；
步骤3)将经步骤2)处理得到的薄片置于热处理炉中，在接近金属A的熔点TA温度下热处理1～300min，再自然冷却至室温；
步骤4)将经步骤3)处理后的薄片置于室温下，培养合金中A金属在MAX相表面生长晶须达到提纯A金属的目的；
步骤5)收集薄片表面的金属A的晶须。
进一步地，步骤1)所述MAX相与所述被提纯金属A混合的摩尔比例为1:0.001～1:0.5。
进一步地，步骤1)所述球磨时间为1～100h，转速为100～1000r/min，磨球与原料的质量比为1:1～100:1。
进一步地，步骤2)所述薄片的厚度为1μm～10cm。
进一步地，步骤3)所述热处理采用氩气或氮气进行气氛保护。
进一步地，步骤4)所述室温下培养晶须的时间为1～30天。
进一步地，所述被提纯金属A为出现在MAX相中的低熔点金属元素，包括Sn、In、Cd、Pb、Ga。
本发明的有益效果如下：
本发明是基于MAX相体系，通过将含有A元素的MAX相与含A金属组元的合金球磨、热处理等步骤，MAX相会选择性催化A金属的自发生长，从而达到提纯A金属的目的。本发明的提纯方法能在固相下直接提纯得到高纯A金属单质，而且对体系的条件，如真空度、温度、湿度要求非常低，操作简单，流程少，仪器设备常见且操作简单，是一种简单、环保的金属提纯技术。
附图说明
图1为实施例1制备的Sn晶须的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例进一步说明本发明的技术方案，但是本发明的保护范围不局限于此。
实施例1
一种低熔点金属提纯方法，具体步骤如下：
(1)按MAX相与被提纯金属Sn混合的摩尔比1:0.01称量Ti2SnC粉和42Sn-58Bi合金粉末；采用不锈钢球作为磨球，磨球与原料的质量比为30:1；将称量好的原料粉末与磨球一起加入不锈钢球磨罐中；将密封好的球磨罐装入行星式球磨机中，球磨转速设置为500r/min，球磨时间设置为20h。
(2)球磨后取出粉体，冷压成薄片样品，薄片厚度为1mm。
(3)将薄片样品置于热处理炉中，在氮气气氛中230℃保温300min，再自然冷却至室温(此步骤可跳过，直接进行下一步)。
(4)将薄片样品置于室温下，12天后(若跳过第3步，则此时间会延长，但＜30天)，薄片样品表面长出Sn晶须，Sn晶须的扫描电镜图如图1所示。
(5)收集样品表面的Sn晶须，纯度可达99at.％。
实施例2
(1)按MAX相与被提纯金属In混合的摩尔比1:0.005称量Ti2InC粉和66In-34Bi合金粉末；采用不锈钢球作为磨球，磨球与原料的质量比为10:1；将称量好的原料粉末与磨球一起加入不锈钢球磨罐中；将密封好的球磨罐装入行星式球磨机中，球磨转速设置为800r/min，球磨时间设置为8h。
(2)球磨后取出粉体，冷压成薄片样品，薄片厚度为1mm。
(3)将薄片样品置于热处理炉中，在氩气气氛中150℃保温300min，再自然冷却至室温(此步骤可跳过，直接进行下一步)。
(4)将薄片样品置于室温下，16天后(若跳过第3步，则此时间会延长，但＜30天)，薄片样品表面长出In晶须。
(5)收集样品表面的In晶须，纯度可达99at.％。
实施例3
(1)按MAX相与被提纯金属Ga混合的摩尔比1:0.1称量Cr2GaC粉和0.66Bi-99.34Ga合金；采用不锈钢球作为磨球，磨球与原料的质量比为3:1；将称量好的原料粉末与磨球一起加入不锈钢球磨罐中；将密封好的球磨罐装入行星式球磨机中，球磨转速设置为300r/min，球磨时间设置为80h。
(2)球磨后取出粉体，冷压成薄片样品，薄片厚度为500μm。
(3)将薄片样品置于热处理炉中，在氩气气氛中25℃保温300min，再自然冷却至室温(此步骤可跳过，直接进行下一步)。
(4)将薄片样品置于室温下，2天后(若跳过第3步，则此时间会延长，但＜30天)，薄片样品表面长出Ga晶须。
(5)收集样品表面的Ga晶须，纯度超过99at.％。
以上实施例中所述被提纯金属包括但不限于Sn、In、Cd、Pb、Ga等出现在MAX相中的低熔点金属元素。

Claims (6)

1.一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)将MAX相粉末与含有被提纯金属A的合金按比例混合，并进行球磨处理，其中，所述MAX相也含有A元素，所述A元素为低熔点金属元素，包括Sn、In、Ga；
步骤2)将经步骤1)球磨处理后的粉末冷压成薄片；
步骤3)将经步骤2)处理得到的薄片置于热处理炉中，在接近金属A的熔点TA温度下热处理1～300min，再自然冷却至室温；
步骤4)将经步骤3)处理后的薄片置于室温下，培养合金中A金属在MAX相表面生长晶须达到提纯A金属的目的；
步骤5)收集薄片表面的金属A的晶须。
2.根据权利要求1所述的一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，步骤1)所述MAX相与所述被提纯金属A混合的摩尔比例为1:0.001～1:0.5。
3.根据权利要求1所述的一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，步骤1)所述球磨时间为1～100h，转速为100～1000r/min，磨球与原料的质量比为1:1～100:1。
4.根据权利要求1所述的一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，步骤2)所述薄片的厚度为1μm～10cm。
5.根据权利要求1所述的一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，步骤3)所述热处理采用氩气或氮气进行气氛保护。
6.根据权利要求1所述的一种低熔点金属提纯方法，其特征在于，步骤4)所述室温下培养晶须的时间为1～30天。
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