CN1799734A

CN1799734A - 用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法

Info

Publication number: CN1799734A
Application number: CN 200510062008
Authority: CN
Inventors: 骆张国; 祝淳清; 胡仁良; 诸国强; 唐卫东; 孙生谷
Original assignee: SHAOXING JILILAI METALS MATERIAL CO Ltd
Current assignee: Zhejiang Jililai New Materials Co.,Ltd.
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: CN100450674C

Abstract

本发明是一种用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法。现有不经氧化直接进行还原的方法，铜粉所需的还原时间长，炉温的温度较高，所需的能耗大，成本仍较高；劳动强度大，工序效率低，运送成本高；不能用于生产高性能的粉末冶金制品。本发明用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于采用环形多焦点喷射水流对铜液进行雾化，然后直接将雾化后的铜粉烘干成干粉，经还原烧结、破碎、筛分处理，得到细颗粒团聚状的不规则铜粉。本发明采用多焦点水雾化后经烘干得到的干粉直接进行还原烧结，取得了缩短还原时间、用较低的温度即可实现还原烧结、大大降低能耗和制造成本的有益效果；劳动强度小，工效高；能用于制造高性能的粉末冶金制品。

Description

用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域内铜粉的制备方法，具体地说是一种用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法。

背景技术

铜粉在粉末冶金工业、金刚石工具工业及电碳工业中用途广泛，铜粉的松装密度(以下称松比)越低，压缩性、成形填充性和烧结活性越好。国内现有铜粉的生产方法主要有以下三种：电解法、水雾化后氧化还原法(AOR法)、水雾化不经氧化直接进行还原的方法。

电解法得到的铜粉的颗粒呈树枝状，比表面发达，因而压缩性与烧结活性优异，但流动性差，生产耗电量大，尤其是生产中采用的硫酸盐溶液会严重污染环境，目前已逐步限制和淘汰。

水雾化法后氧化还原法(AOR法)主要采用以下步骤：将电解铜块及其它原料按比例熔炼、用水雾化、离心脱水、干燥、氧化、破碎、还原、粉碎、筛分获得低松比铜粉。这种方法的优点是铜粉的松比低于2.9g/cm³，但工艺流程长、复杂，由于高温氧化时烧结严重，需经破碎工序处理，能耗大，生产成本高。

不经氧化直接进行还原的方法，可以中国专利申请号为03136699.6的技术方案为例，具有声称的“工艺流程缩短、后处理工序简单”等特点，但由于该方法用脱水湿粉按化学处理方法来降低铜粉的松比，仍存在以下缺点：1)在该申请的说明书中称雾化后的脱水湿粉“无需经过干燥及氧化工序”，意为该方法排除了已有技术的将被雾化铜粉进行干燥的工序，而用经过离心脱水后的脱水湿粉直接进行还原。由于脱水湿粉的含水量在3～5％，铜粉所需的还原时间长，炉温的温度较高(450～620℃)，所需的能耗大，成本仍较高；2)脱水湿粉所处的物态使其不能被直接输送至还原炉，通常要经历排除上层水、将铜粉装入布袋等容器内、再将容器内的铜粉移至还原炉中等步骤，劳动强度大，工序效率低，运送成本高；3)雾化水流为单焦点，只有一个交汇处，对铜液粒只能进行一次击打。造成铜粉的松比在2.5～2.7g/cm³之间，松比仍较高，烧结活性较差，不能用于生产高性能的粉末冶金制品。

发明内容

本发明的目的是提供一种用水雾化干粉还原制备铜粉的方法，缩短还原时间，降低还原温度、能耗、劳动强度和成本，提高工效，产出低松比的铜粉。

本发明另一个目的在于提供一种细颗粒团聚状的不规则形状低松比铜粉，使制备的铜粉能用于生产高性能的粉末冶金制品。

为此，本发明采用如下的技术方案：用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于采用环形多焦点喷射水流对铜液进行雾化，然后直接将雾化后的铜粉烘干成干粉，经还原烧结、破碎、筛分处理，得到细颗粒团聚状的不规则铜粉。

本发明由于采用水雾化干粉进行还原烧结，相对现有脱水湿粉的还原烧结，具有还原效果好、生产量大、缩短还原时间、降低还原温度、能耗小(一般可降低20-30％的能耗)的优点。干粉可通过运输机械由管路直接送入还原炉，所需的劳动强度小，工效高，运送方便。

本发明采用环形多焦点喷射水流进行雾化，喷射水流可形成一个主焦点和多个辅焦点，对铜液粒进行多次击打，改变了现有技术雾化水流的单焦点、一次击打的惯例和定势，使铜粉粒度更小，通过物理细化方式，使团聚更容易，为降低铜粉的松比提供了良好的基础。此时的松比已为2.5～3.5g/cm³，氢损在0.5％以下，这样的铜粉就不需要经过单独的氧化、破碎工序，直接进入还原烧结工序，最后得到细颗粒团聚状的不规则粉末，松比在1.8～2.5g/cm³，氢损在0.3％以下，流动性≤40s/50g。本制备方法得到的铜粉性能接近于电解铜粉，流动性要超过电解铜粉。

本发明用水雾化干粉还原制备低松比铜粉方法的全过程如下：

1)称取电解铜块料，逐步装入熔炼炉；

2)在铜熔炼覆盖剂覆盖保护下，于1150～1250℃温度下将铜熔化；

3)开启高压水泵；

4)调雾化桶内气氛至氧化性，调整桶内压力至常压或负压，这样在雾化时也将铜粉进行了氧化，此处的氧化改变了铜粉的表面张力，使团聚更容易；

5)将熔化后的铜液转到中间漏包，保持温度在1150～1250℃之间，用环形多焦点喷射水流对通过中间漏包下漏的铜液进行雾化；

6)将雾化后得到的铜粉烘干成干粉，送氨分解还原炉还原烧结成粉块；

7)破碎、水冷粉碎机粉碎粉块，筛分粉碎后的铜粉得细颗粒团聚状的铜粉。

所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，通过环形喷嘴喷射形成环形多焦点喷射水流，所述的喷嘴上设置有8～12个孔，孔的等效孔径优选为1.8～2.6mm；雾化水压的优选为8～15Mpa，孔的喷流角优选为9～25°，由于孔存在喷流角，多个孔喷射的水流形成了环形多焦点喷射水流，喷嘴的喷射主焦点的水柱夹角的优选在25～45°。实践证明，上述优选参数有利于降低铜粉松比。

所用中间漏包的漏嘴孔径优选为3～6mm。

所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，干粉直接还原烧结时，温度优选在300～450℃，相对脱水湿粉还原所需的450～620℃温度而言，温度低，能耗小。

所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，采用真空蒸汽烘干铜粉，除去铜粉中的水份，自动化程度高，能耗低、效率高，细颗粒团聚形状完好。

所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，筛分后的铜粉进行了抗氧化处理，防止铜粉在空气中被氧化，保存时间长。

由上述制备方法得到的低松比铜粉，铜粉中纯铜的重量占总重量的比例：≥99.5％，杂质≤0.2％，氢损≤0.3％，松比g/cm³：1.8～2.5，流速：s/50g≤40，粒度：-100目～-325目，细颗粒团聚状的不规则形状。粉末具有发达的表面、优良的流动性，良好的烧结活性，良好的压制成型性、压缩性和成型填充性能，能用于制造高性能的粉末冶金制品。

本发明通过物理细化和化学处理二者的结合，有效控制和降低铜粉的松装密度，具有以下优点：1)雾化工序的喷射水流能多次击打铜液粒，使之显著改变雾化铜粉颗粒形状及内部结构，提高了铜粉的细颗团聚效果，大大降低了铜粉的松比；2)能加速铜粉的氧化速度及深度，还原烧结时有助于获得细颗粒团聚状铜粉，降低铜粉的松比；3)无需设置单独的氧化、破碎工序，可以直接还原烧结得到松比在1.8～2.5g/cm³的铜粉，工艺流程短，生产成本低；4)相对于脱水湿粉制得铜粉的方法，本发明采用多焦点水雾化后经烘干得到的干粉直接进行还原烧结，使两者雾化铜液的技术手段不同、雾化后铜粉的加工路径不同，取得了缩短还原时间、用较低的温度即可实现还原烧结、大大降低能耗和制造成本的有益效果；5)可将干粉直接输送至还原炉内，便于连续化生产，所需的劳动强度小，工效高；6)本发明制得的铜粉性能接近于电解铜粉，流动性超过电解铜粉，能用于制造高性能的粉末冶金制品。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例1低松比水雾化纯铜粉末的细颗粒团聚不规则形状形貌。

图2为实施例2低松比水雾化纯铜粉末的细颗粒团聚不规则形状形貌。

具体实施方式

实施例1

本发明的制备方法如下：

1)称取优质的1#电解铜块250kg，逐步装入熔炼炉；

2)在铜熔炼覆盖剂覆盖保护下，在熔炼炉中于1150～1250℃温度下，将铜熔化；

3)开启高压水泵；

4)调雾化桶内气氛至氧化性，调整桶内压力至常压；

5)将熔化后的铜液转到中间漏包，中频感应保温，温度保持在1150～1250℃之间，漏孔孔径为Φ5.0mm；采用环形多焦点喷嘴喷出的多焦点水流对通过中间漏包下漏的铜液进行雾化，喷嘴设置的孔数为12个，孔的等效孔径为Φ2.0mm，雾化水压为14Mpa，孔的喷流角为18°，环形喷嘴的喷射主焦点的水柱夹角为45度；

6)将雾化后的铜粉经真空蒸汽烘干得到粉末的氢损为0.45％，干铜粉的松比为3.11g/cm³；烘干后的干铜粉送氨分解还原炉还原烧结成粉块，还原温度为400～420℃；

7)破碎、水冷粉碎机粉碎粉块，筛分粉碎后的铜粉，然后对铜粉的表面进行抗氧化处理。制得的铜粉，Cu99.52％，松比2.24g/cm³，流速34.15g/50g，粒度-100目，氢损0.20％，颗粒形状为细颗粒团聚不规则形状，如附图1所示。

实施例2

本发明的制备方法如下：

1)称取优质的1#电解铜块250kg，逐步装入熔炼炉；

3)开启高压水泵；

4)调雾化桶内气氛至氧化性，调整桶内压力至负压；

5)将熔化后的铜液转到中间漏包，中频感应保温，温度保持在1150～1250℃之间，漏孔孔径为Φ4.5mm；采用环形多焦点喷嘴喷出的多焦点水流对通过中间漏包下漏的铜液进行雾化，喷嘴上设置的孔数为9个，孔的等效孔径为Φ2.4mm；雾化水压为9Mpa，孔的喷流角为10°，环形喷嘴的喷射主焦点的水柱夹角为30度；

6)将雾化后的铜粉经真空蒸汽烘干得到粉末的氢损为0.4％，干铜粉的松比为3.23g/cm³；烘干后的干铜粉送氨分解还原炉还原烧结，还原温度为380～400℃；

7)破碎、水冷粉碎机粉碎粉块，筛分粉碎后的铜粉，然后对铜粉的表面进行抗氧化处理。制得的铜粉Cu99.76％，松比2.30g/cm³，流速33.5g/50g，粒度-100目，氢损0.19％，颗粒形状为细颗粒团聚不规则形状，如附图2所示。

Claims

1、用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于采用环形多焦点喷射水流对铜液进行雾化，然后直接将雾化后的铜粉烘干成干粉，经还原烧结、破碎、筛分处理，得到细颗粒团聚状的不规则形状铜粉。

2、根据权利要求1所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

1)称取电解铜块，装入熔炼炉；

3)开启高压水泵；

4)调雾化桶内气氛至氧化性，调整桶内压力至常压或负压；

3、根据权利要求1或2所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于通过环形喷嘴喷射形成环形多焦点喷射水流，所述的喷嘴上设置有8～12个孔，孔的等效孔径为1.8～2.6mm。

4、根据权利要求3所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于雾化水压在8～15Mpa，孔的喷流角为9～25°，喷嘴的喷射主焦点的水柱夹角在25～45°。

5、根据权利要求4所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于中间漏包的漏嘴孔径为3～6mm。

6、根据权利要求5所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于所述的干粉直接还原烧结时，温度在300～450℃。

7、根据权利要求6所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于采用真空蒸汽烘干铜粉。

8、根据权利要求7所述的用水雾化干粉还原制备低松比铜粉的方法，其特征在于对筛分后的铜粉进行抗氧化处理。

9、根据权利要求1-8任一项权利要求所述的制备方法制备的低松比铜粉，其特征在于所述的铜粉中纯铜的重量占总重量的比例：≥99.5％，杂质≤0.2％，氢损≤0.3％，松比g/cm³：1.8～2.5，流速：s/50g≤40，粒度：-100目～-325目，形状：细颗粒团聚状的不规则形状。