JP2002502915A - 低密度高表面積銅粉末およびそれを製造する電析プロセス - Google Patents

低密度高表面積銅粉末およびそれを製造する電析プロセス

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JP2002502915A
JP2002502915A JP2000530646A JP2000530646A JP2002502915A JP 2002502915 A JP2002502915 A JP 2002502915A JP 2000530646 A JP2000530646 A JP 2000530646A JP 2000530646 A JP2000530646 A JP 2000530646A JP 2002502915 A JP2002502915 A JP 2002502915A
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powder
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copper powder
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JP2000530646A
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スティーブン ジェイ. コーヒュート,
ロナルド ケイ. ヘインズ,
ニコラス ディー. ソプチャック,
ウェンディ ゴート,
Original Assignee
エレクトロカッパー プロダクツ リミテッド
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    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25C5/02Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グラムの範囲の見かけ密度、および1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メートルの表面積を有する低密度高表面積銅粉末に関する。本発明はまた、プロセスパラメータの重要な組み合わせを用いて、前述の銅粉末を電解液から電析することにより、この銅粉末を製造する電析プロセスに関する。これらの重要なパラメータには、以下が挙げられる:1リットルあたり、約2〜約7グラムの範囲のこの電解液用の銅イオン濃度;約8〜約20ppmの範囲のこの電解液用の遊離塩化物イオン濃度;1リットルあたり、約1.0グラム以下のこの電解液用の不純物レベル;および有機添加剤を含まない電解液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、低密度高表面積銅粉末に関し、それを製造する電析プロセスに関す
る。
【0002】 (発明の背景) 銅粉末は、焼結製品を製造するために、粉末冶金用途で使用できる。この銅粉
末は、典型的には、しばしば、スズのような合金化粉末と組み合わせて、鉄粉ま
たはグラファイト粉末とブレンドされる。それは、次いで、コンパクト化され焼
結されて、所望製品が製造される。この技術は、何年にもわたって、広く使用さ
れているものの、さらに高い強度の製品が引き続いて必要とされている。このよ
うなより高い強度の製品を得ることに付随した問題は、これらの製品を製造する
のに使用される焼結プロセスが、本来、比較的に高い空隙濃度を持った製品を生
じるという事実に関する。本発明は、現在入手できるものよりも低い見かけ密度
を有する銅粉末を提供することにより、この問題に対する解決法を与える。本発
明の銅粉末は、1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グラムの
範囲の見かけ密度を有する。一方、現在入手できる低密度銅粉末は、一般に、1
立方センチメートルあたり、約0.65グラムを超える見かけ密度、典型的には
、1立方センチメートルあたり、約0.8グラムを超える見かけ密度を有する。
本発明により提供された低密度銅粉末により、コンパクト化および焼結中におい
て、この銅粉末と、それらがブレンドされる粉末(例えば、鉄粉、グラファイト
粉末など)との間で、さらに密な接触が可能となる。このさらに密な接触により
、空隙濃度が低い高強度製品が見込まれる。
【0003】 米国特許第5,458,746号;第5,520,792号;および第5,6
70,033号は、銅含有物質から銅金属粉末を製造するプロセスを開示してお
り、このプロセスは、以下を包含する:(A)上記銅含有物質を、有効量の少な
くとも1種のリーチング水溶液と接触させて、上記リーチング水溶液に銅イオン
を溶解させ、そして銅豊富リーチング水溶液を形成する工程;(B)上記銅豊富
リーチング水溶液を、有効量の少なくとも1種の水不溶性抽出剤と接触させて、
上記銅豊富リーチング水溶液から上記抽出剤へと銅イオンを移動させ、銅豊富抽
出剤および銅欠乏リーチング水溶液を形成する工程であって、上記抽出剤は、以
下を含有する:(i)炭化水素結合により特徴づけられる少なくとも1種のオキ
シムであって、上記炭化水素結合は、上記炭化水素結合上の異なる炭素原子に結
合された少なくとも1個の−OH基および少なくとも1個の=NOH基を有する
;(ii)少なくとも1種のベータジケトン(betadiketone);ま
たは(iii)少なくとも1種のイオン交換樹脂;(C)上記銅欠乏リーチング
水溶液から上記銅豊富抽出剤を分離する工程;(D)上記銅豊富抽出剤を、有効
量の少なくとも1種のストリッピング水溶液と接触させて、上記抽出剤から上記
ストリッピング溶液へと銅イオンを移動させ、銅豊富ストリッピング溶液および
銅欠乏抽出剤を形成する工程;(E)上記銅欠乏抽出剤から上記銅豊富ストリッ
ピング溶液を分離して、電解液を形成する工程;(F)上記電解液を、少なくと
も1個のアノードおよび少なくとも1個のカソードを備えた電解槽に進めて、上
記アノードおよび上記カソードに渡って有効量の電圧を適用し、上記カソード上
に銅金属粉末を析出させる工程;および(G)上記カソードから銅金属粉末を取
り除く工程。
【0004】 米国特許第5,516,408号は、銅含有物質から銅線を直接製造する方法
を開示しており、この方法は、以下を包含する:(A)上記銅含有物質を、有効
量の少なくとも1種のリーチング水溶液と接触させて、上記リーチング水溶液に
銅イオンを溶解させ、そして銅豊富リーチング水溶液を形成する工程;(B)上
記銅豊富リーチング水溶液を、有効量の少なくとも1種の水不溶性抽出剤と接触
させて、上記銅豊富リーチング水溶液から上記抽出剤へと銅イオンを移動させ、
銅豊富抽出剤および銅欠乏リーチング水溶液を形成する工程;(C)上記銅欠乏
リーチング水溶液から上記銅豊富抽出剤を分離する工程;(D)上記銅豊富抽出
剤を、有効量の少なくとも1種のストリッピング水溶液と接触させて、上記抽出
剤から上記ストリッピング溶液へと銅イオンを移動させ、銅豊富ストリッピング
溶液および銅欠乏抽出剤を形成する工程;(E)上記銅欠乏抽出剤から上記銅豊
富ストリッピング溶液を分離させる工程;(F)上記銅豊富ストリッピング溶液
をアノードとカソードとの間に流して、上記アノードおよび上記カソードに渡っ
て有効量の電圧を適用し、上記カソード上に銅を析出させる工程;(G)上記カ
ソードから上記銅を取り除く工程;および(H)(G)から除去した上記銅を、
上記銅の融点より低い温度で、銅線に変える工程。1実施態様では、工程(F)
中でカソードに析出した銅は、銅粉末の形状であり、そしてこのプロセスは、(
H−1)この銅粉末を押し出して、銅ロッドまたは銅線を成形する工程、および
(H−2)この銅ロッドまたは銅線を引き出して所望の断面を形成する工程、を
包含する。
【0005】 I.D.Enchevらによる文献、「Production of Cop
per Powder by the Method of Electrol
ytic Extraction Using a Reversing Cu
rrent」(Poroshkovaya Metallurgiya,No.
9(141),1974年9月、pp.95〜98)は、イオン交換および逆電
解抽出(reversing electrolytic extractio
n)により鉱物含有率の低い鉱石(lean ore)の溶液から調製した電解
質からの銅製造の研究結果を開示している。鉱石廃棄物をリーチングすることに
引き続いて、灯油に溶解したABFで抽出することにより調製した電解液が使用
された。この文献は、銅粉末の電解抽出のための以下の最適条件を報告している
:1200A/m2の逆(reversing)流量密度;それぞれ、5分間お よび1分間の正常および逆極性期間の持続時間;それぞれ、1リットルあたり、
100〜160グラムの電解質酸性度および40〜50℃の温度;1リットルあ
たり、10グラムの銅イオン濃度;グラファイトアノードおよびチタンカソード
;および純度が99.95%の銅で100ミクロンの粉体粒径。この参考文献は
また、試験した電解液が、1リットルあたり、0.01グラム(10ppm)の
塩素含量および1リットルあたり、0.90〜1.20グラムの鉄含量を有して
いたことを明らかにしている。
【0006】 (発明の要旨) 本発明は、1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グラムの範
囲の見かけ密度、および1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メートルの表
面積を有する低密度高表面積銅粉末に関する。本発明はまた、プロセスパラメー
タの重要な組み合わせを用いて、銅粉末を電解液から電析することにより、前述
の銅粉末を製造する電析プロセスに関する。これらの重要なパラメータには、以
下が挙げられる:1リットルあたり、約2〜約7グラムの範囲のこの電解液用の
銅イオン濃度;約8〜約20ppmの範囲のこの電解液用の遊離塩化物イオンの
濃度;1リットルあたり、約1.0グラム以下のこの電解液用の不純物レベル;
および有機添加剤を含まない電解液。
【0007】 (好ましい実施態様の説明) 本発明に従って提供される低密度高表面積銅粉末は、広範囲の用途(とりわけ
、粉末冶金用途)に特に適当な特性の独特の組み合わせを有する。これらの特性
は、このような粉末を製造するのに使用されるプロセス(これは、上で言及し以
下でさらに詳細に述べるプロセスパラメータの重要な組み合わせを用いて、電解
液から、この粉末を電析することを包含する)の結果として、達成される。
【0008】 (銅粉末) 本発明により提供される銅粉末は、低密度高表面積粉末である。この銅粉末は
、樹状成長および分枝により特徴づけられる。1実施態様では、この粉末は、二
次および三次樹状分枝により、特徴づけられる。1実施態様では、本発明の銅粉
末は、共通の背骨部分(spine)の回りに、規則的で対称的な樹状分枝成長
を有する;図3〜5および特に、図5を参照せよ。
【0009】 この銅粉末は、1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グラム
、1実施態様では、1立方センチメートルあたり、約0.30〜約0.60グラ
ム、1実施態様では、1立方センチメートルあたり、約0.30〜約0.50グ
ラムの範囲の見かけ密度を有する。見かけ密度は、ASTM Test Met
hod B703を用いて、測定される。
【0010】 この銅粉末は、1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メートル、1実施態
様では、1グラムあたり、約0.5〜約5平方メートル、1実施態様では、1グ
ラムあたり、約0.5〜約2平方メートル、1実施態様では、1グラムあたり、
約0.5〜約1.5平方メートル、1実施態様では、1グラムあたり、約0.5
〜約1平方メートルの表面積を有する。表面積は、BET(Bennett、E
dward、Teller)手順を用いて、測定される。
【0011】 1実施態様では、この銅粉末の平均粒径は、約5〜約50ミクロンの範囲、1
実施態様では、約10〜約35ミクロンの範囲、1実施態様では、約15〜約3
0ミクロンの範囲である。1実施態様では、この粉末の少なくとも約90重量%
は、約75ミクロンより小さい粒径を有する;この粉末の少なくとも約50重量
%は、約25ミクロンより小さい粒径を有する;そしてこの粉末の少なくとも約
10重量%は、約10ミクロンより小さい粒径を有する。粒径は、ASTM T
est Method B822を用いて、測定される。
【0012】 1実施態様では、この銅粉末は、1立方センチメートルあたり、約4〜約8グ
ラムの範囲、1実施態様では、1立方センチメートルあたり、約5.4〜約6.
3グラムの範囲の未焼結密度を有する。
【0013】 1実施態様では、この銅粉末は、約3,500〜約7,000psiの範囲、
1実施態様では、約4,500〜約6,500psiの範囲の未焼結強度を有す
る。未焼結強度は、ASTM Test Method B312を用いて、測
定される。
【0014】 この銅粉末は、メッキしたとき、ASTM Test Method B41
7で規定されるような非自由流動性(non−free flowing)であ
る。しかしながら、メッキに引き続いてこの粉末を処理(例えば、集塊にするこ
と)することにより、この粉末を流動性にすることができることが分かる。
【0015】 この銅粉末は、少なくとも約99重量%、1実施態様では、少なくとも約99
.2重量%、1実施態様では、少なくとも約99.8重量%、1実施態様では、
少なくとも約99.9重量%、1実施態様では、少なくとも約99.99重量%
の銅含量を有する。
【0016】 本発明の銅粉末の前述の特性は、この粉末を洗浄および乾燥後にメッキした(
as plated)形状にしたとき、決定される。「メッキした」との用語は
、この粉末が受け得る任意の引き続いた焼結、ミリング、篩い分けまたはブレン
ド操作の前に、カソードから取り出した後の銅粉末を意味する。メッキした銅粉
末には、このカソードからの取り出しに引き続いて洗浄され乾燥された銅粉末が
挙げられる。メッキした銅粉末には、また、集塊された銅粉末が挙げられ、この
集塊は、破壊される。
【0017】 本発明の銅粉末は、幅広い種々の用途を有する。それらは、鉄ブレンド、青銅
ブレンドなどの特性を高めるための粉末冶金用途で有用である。「鉄ブレンド」
との用語は、本明細書中では、殆ど鉄を含有する元素粉末のブレンドを意味する
ように使用される。この鉄ブレンドはまた、他の粉末元素(例えば、C、Ni、
Mo、Agなど)、ならびに少量の1種またはそれ以上の潤滑剤(これは、典型
的には、乾燥粉末形態である)を含有し得る。「青銅ブレンド」との用語は、本
明細書中では、元素CuおよびSn粉末のブレンドを意味するように使用される
。この青銅粉末は、他の粉末元素(例えば、C)、ならびに少量の1種またはそ
れ以上の潤滑剤(これは、典型的には、乾燥粉末形態である)を含有し得る。本
発明の銅粉末は、焼結前にて、前述の粉末ブレンドの未焼結強度を高めるための
添加剤として有用であるだけでなく、機械的特性(例えば、焼結製品の強度)を
改良するための添加剤として、有用である。この粉末ブレンドは、典型的には、
部品を成形するプレスに配置される;この部品は、次いで、焼結され、その後、
所望の最終製品を製造するために、公知の二次操作を受け得る。この最終製品は
、時には、鉄(または鋼)または青銅粉末冶金(P/M)部品と呼ばれる。この
鉄ブレンドは、典型的には、約1重量%〜約3重量%の濃度で、本発明の銅粉末
を使用する。この青銅ブレンドは、典型的には、約85重量%〜約95重量%の
濃度で、本発明の銅粉末を使用する。
【0018】 本発明の銅粉末は、グラファイトおよび必要に応じて有機結合剤と配合されて
、エンジン、発電機および家庭用電気製品のブラシを製造できる。この銅粉末の
低密度高表面積の特性は、そのグラファイト粒子間にて、高い結合力を与える。
これらの製品は、典型的には、約20重量%〜約80重量%、1実施態様では、
約30重量%〜約70重量%のレベルで、本発明の銅粉末を使用する。
【0019】 この銅粉末は、摩擦材料(例えば、ブレーキ、クラッチなど)を製造する際に
有用であり、この場合、この粉末の低密度高表面積の特性により、より低い濃度
の銅粉末およびより高い濃度の摩擦材料(例えば、シリカ、酸化アルミニウムな
ど)を使用することが可能になる。これらの摩擦材料は、典型的には、約30重
量%〜約90重量%、1実施態様では、約40重量%〜約60重量%のレベルで
、本発明の銅粉末を使用する。
【0020】 本発明の銅粉末は、潤滑剤および食品添加剤として有用である。それらは、導
電性の高い用途(熱的および電気的の両方)を有する製品を製造する際に、有用
である。それらは、運動エネルギー浸入度計(penetrator)を製造す
る際に、また、塗料および高分子用の殺菌性添加剤として、有用である。本発明
の銅粉末は、金属射出成形操作および熱管理(thermal managem
ent)装置の製造に有用である。それらは、導電性ペースト用途に有用であり
、そして、導電性高分子組成物用の添加剤として有用である。それらは、冶金用
途での合金化添加剤として有用である。それらは、押出成形製品を製造する際に
有用であり、または押出成形製品を製造するための粉末供給材料への添加剤とし
て有用である。それらは、酸化第二銅および酸化第一銅への転化に、特に有用で
ある。
【0021】 (電析プロセス) 1実施態様では、本発明の銅粉末は、この銅供給材料として、銅を電析するの
に使用する任意の従来の銅供給材料(銅ショット、スクラップ銅金属、スクラッ
プ銅ワイヤ、再生銅、酸化第二銅、酸化第一銅などを含めて)を使用する電析プ
ロセスを用いて、形成される。この実施態様では、この銅粉末は、複数のカソー
ドおよびアノードを備えた電鋳槽で電析される。典型的には、これらのカソード
は、垂直に取り付けられ、平坦な面を有し、そして正方形または長方形形状であ
る。これらのアノードは、これらのカソードに隣接しており、典型的には、カソ
ードと同じ形状を有する平板形状である。これらのカソードとアノードとの間の
間隙は、典型的には、約1〜約4インチ、1実施態様では、約1.5〜約3イン
チ、1実施態様では、約1.75インチである。このアノードは、寸法的に安定
なアノードであり、これは、例えば、鉛、鉛合金から製造されているか、または
白金族金属(すなわち、Pt、Pd、Ir、Ru)またはその酸化物を被覆した
チタンから製造されている。このカソードは、チタンから構成されており、典型
的には、各側面において、電析した銅粉末を受容するための滑らかな面を有する
。その電解液は、この銅供給材料を硫酸に溶解することにより、形成される。
【0022】 この電解液は、これらのアノードとカソードとの間の間隙を流れ、これらのア
ノードおよびカソードに渡って有効量の電圧を適用してカソード上に銅を析出さ
せるために、電流が使用される。この電流は、直流、または直流バイアスを備え
た交流であり得る。この電鋳槽を通る電解液の流速は、一般に、浸漬カソード表
面積1平方フィートあたり、1分間に約0.01〜約0.3ガロン(gpm/c
sa)の範囲、1実施態様では、約0.1〜約0.2gpm/csaの範囲であ
る。この電解液は、一般に、1リットルあたり、約100〜約200グラムの範
囲、1実施態様では、1リットルあたり、約120〜約190グラムの範囲、1
実施態様では、1リットルあたり、約165〜約185グラムの範囲の遊離硫酸
濃度を有する。1実施態様では、この電鋳槽中の電解液の温度は、重要であり、
約15℃〜約35℃の範囲、1実施態様では、約20℃〜約30℃の範囲である
。その銅イオン濃度は、重要であり、1リットルあたり、約2〜約7グラムの範
囲、1実施態様では、1リットルあたり、3〜約6グラムの範囲、1実施態様で
は、1リットルあたり、約4〜約6グラムの範囲、1実施態様では、1リットル
あたり、約5グラムである。この電解液中の遊離塩化物イオン濃度もまた、重要
であり、100万分の約8〜約20部(ppm)の範囲、1実施態様では、約8
ppm〜約15ppmの範囲、1実施態様では、約8ppm〜約12ppmの範
囲、1実施態様では、約10ppmである。この流量密度は、1平方フィートあ
たり、約80〜約120amps(ASF)の範囲、1実施態様では、約90〜
約110ASFの範囲、1実施態様では、約100ASFである。
【0023】 この電解液中の不純物レベルは、重要であり、そして1リットルあたり、約1
.0グラム以下のレベル、1実施態様では、1リットルあたり、約0.8グラム
以下のレベル、1実施態様では、1リットルあたり、約0.6グラム以下のレベ
ル、1実施態様では、1リットルあたり、約0.4グラム以下のレベル、1実施
態様では、1リットルあたり、約0.2グラム以下のレベル、1実施態様では、
1リットルあたり、約0.1グラム以下のレベルで維持される。「不純物」との
用語は、本発明のプロセスの電析工程中にて、この電解液に意図的には添加され
ない任意の物質を意味する。回避すべき不純物、または上で示したように制限す
べき不純物には、鉄、ニッケル、ビスマス、スズ、鉛、アンチモン、ヒ素、亜鉛
、銀、ナトリウム、硝酸塩などが挙げられる。1実施態様では、鉄の濃度は、1
リットルあたり、約0.2グラム以下、1実施態様では、1リットルあたり、約
0.1グラム以下のレベルに維持されることが重要である。
【0024】 この電解液は、有機添加剤なしで維持されることが重要である。「有機添加剤
」との用語は、この銅粉末の性質または特性を変える目的のために、この電解液
に意図的に添加される任意の有機物質を意味する。回避すべき有機添加剤の例に
は、以下が挙げられる:コラーゲン(例えば、動物性膠)から誘導されたゼラチ
ン;有機イオウ含有物質(例えば、チオ尿素およびイソチオシアナート(例えば
、チオ尿素、チオシナミン(アリルチオ尿素)、チオセミカルバジドなど));
有機スルホン酸塩(例えば、リグノスルホン酸アンモニウム);ならびにチアゾ
ール(例えば、ベンゾトリアゾールおよび置換ベンゾトリアゾール(アルキル置
換ベンゾトリアゾール(例えば、トリルトリアゾール、エチルベンゾトリアゾー
ル、ヘキシルベンゾトリアゾール、オクチルベンゾトリアゾールなど)、アリー
ル置換ベンゾトリアゾール(例えば、フェニルベンゾトリアゾールなど)および
アルカリールまたはアリールアルキル(arylalk−)置換ベンゾトリアゾ
ール、ならびにその置換基が、例えば、ヒドロキシ、メルカプト、アルコキシ、
ハロ(例えば、クロロ)、ニトロ、カルボキシまたはカルボアルコキシであり得
る置換ベンゾトリアゾールを含めて))。少量または痕跡量の前述の有機物質は
、この電解液中にて、不純物として現れ得るが、このような有機物質の量は、約
0.5ppm未満、1実施態様では、約0.05ppm未満で維持される。
【0025】 電析は、そのカソード上での銅粉末の所望の蓄積が達成されるまで、行われる
。1実施態様では、電析は、約1〜約5時間、1実施態様では、約1〜約3時間
、1実施態様では、約1.5〜約2.5時間にわたって、行われる。電析は、次
いで、中断され、そしてこの粉末が、このカソードから取り除かれる。この粉末
は、ブラッシング、掻き取りまたは振動あるいは当該分野で公知の他の機械的お
よび/または電気的技術を用いることにより、このカソードから取り除くことが
できる。この粉末は、このカソード上の電流を逆にすることにより、取り除くこ
とができる。この粉末は、このカソードをこの電鋳槽から持ち上げる場合には、
水または電解液をカソードに噴霧することにより、あるいはそれらをこの槽から
取り出すことなく、このカソード上へと電解液を噴霧することにより、取り除く
ことができる。この粉末は、この電解液中に乱流を引き起こすことにより、また
はこのカソードからこの粉末を機械的に掻き取ることにより、カソードから分離
できる。この粉末は、超音波エネルギーを用いてこのカソードを振動させること
により、あるいはこのカソードを手でまたは機械的に叩くことにより、分離でき
る。
【0026】 1実施態様では、このカソードから分離される銅粉末は、この粉末から電解液
を除去するために、充分に洗浄される。この粉末を洗浄するには、種々の方法が
使用できる。1つの方法は、この粉末を洗浄する工程に次いで、それを遠心分離
を用いて脱水する工程を包含する。このプロセス中にて、酸化を防止または低減
するために、酸化防止剤が添加できる。添加され得る酸化防止剤は水酸化アンモ
ニウムを含み得る。これらの酸化防止剤は、その洗浄水を約7〜約14のpH、
1実施態様では、約9のpHにするのに充分な濃度で、この洗浄水に添加される
。1実施態様では、酸化防止剤は、洗浄水1リットルあたり、約0.2〜約0.
9グラムの濃度、1実施態様では、1リットルあたり、約0.4〜約0.6グラ
ムの濃度で、添加される。
【0027】 1実施態様では、酸化を低減し有効期間を長くする目的のために、この銅粉末
の表面には、有効量の安定剤が付着される。この安定剤は、好ましくは、この洗
浄水に添加され、そして洗浄中にて、この銅粉末の表面に適用される。使用でき
る安定剤の例には、トリアゾール(例えば、ベンゾトリアゾールおよび置換ベン
ゾトリアゾール)が挙げられる。置換トリアゾールには、アルキル置換ベンゾト
リアゾール(例えば、トリルトリアゾール、エチルベンゾトリアゾール、ヘキシ
ルベンゾトリアゾール、オクチルベンゾトリアゾールなど)、アリール置換ベン
ゾトリアゾール(例えば、フェニルベンゾトリアゾールなど)およびアルカリー
ルまたはアリールアルキル置換ベンゾトリアゾール、ならびにその置換基が、例
えば、ヒドロキシ、メルカプト、アルコキシ、ハロ(例えば、クロロ)、ニトロ
、カルボキシまたはカルボアルコキシであり得る置換ベンゾトリアゾールが挙げ
られる。このアルキルベンゾトリアゾールには、そのアルキル基が1個〜約20
個の炭素原子、1実施態様では、1個〜約8個の炭素原子を含有するものが挙げ
られる。ベンゾトリアゾールは、特に有用である。この洗浄水中でのこれらのト
リアゾールの濃度は、1実施態様では、約10,000ppmまで、1実施態様
では、0.5〜約1000ppm、1実施態様では、0.5〜約500ppm、
1実施態様では、約0.5〜約70ppmである。
【0028】 1実施態様では、この銅粉末のぬれを高めるため、および/またはこの洗浄水
中での安定剤の分散を高めるために、この洗浄水には、界面活性剤が添加される
。1実施態様では、この界面活性剤は、非イオン性界面活性剤である。使用でき
る界面活性剤には、界面活性剤用途に一般に入手可能なエチレンオキシドおよび
プロピレンオキシドのブロック共重合体が挙げられる。これらは、時には、アル
コキシル化アルコールと呼ばれる。使用できる市販の界面活性剤の例には、Po
ly−Tergentの登録商標でOlinから入手できるものが挙げられる。
特定の例には、Poly−Tergent S−505LF(エチレンオキシド
およびプロピレンオキシドのブロック共重合体として同定されている非イオン性
低発泡性界面活性剤)が挙げられる。この洗浄水中のこの界面活性剤の濃度は、
一般に、約500ppmまでの範囲、1実施態様では、約5〜約500ppmの
範囲、1実施態様では、約100〜約500ppmの範囲、1実施態様では、約
150〜約250ppmの範囲である。
【0029】 1実施態様では、この銅粉末は、第一工程にて、酸化防止剤含有洗浄水を用い
て洗浄され、次いで、安定剤含有洗浄水(これはまた、界面活性剤も必要に応じ
て含有できる)を用いて、再度、洗浄される。
【0030】 脱水した銅粉末は、次いで、従来の銅粉末乾燥技術を用いて、乾燥される。使
用できる乾燥技術には、真空乾燥、フラッシュ乾燥、流動床乾燥、回転窯/マル
チ炉床乾燥、または凍結乾燥が挙げられる。この銅粉末は、約25〜約125℃
の温度、1実施態様では、約25〜約85℃の温度、1実施態様では、約45〜
約55℃の温度で、乾燥できる。この銅粉末は、約0.1〜約760mmHgの
範囲、1実施態様では、1〜約250mmHgの範囲、1実施態様では、約3〜
約10mmHgの範囲の絶対圧力で、空気中、不活性雰囲気、または真空中にて
、乾燥できる。乾燥中に形成する集塊物は、公知の集塊物崩壊技術を用いて、崩
壊できる。例えば、ふるい、ケージミル、カスケーディングふるいなどが使用で
きる。この粉末は、標準的な分離技術(例えば、ふるいわけ)を用いて、所望サ
イズの画分に分離され、次いで、集めて、包装できる。
【0031】 この粉末の見かけ密度は、もし、望ましいなら、それを高密度粉末とブレンド
することにより、あるいはこの粉末をミリング(例えば、ハンマーミル)、また
は圧延することにより、高めることができる。これらの技術および類似の技術は
、当該分野で公知である。
【0032】 今ここで、図1を参照すると、本発明の銅粉末を電析するプロセスが開示され
ている。このプロセスで使用する装置は、溶解容器100、フィルター102お
よび104、電鋳槽106、保持容器108、遠心機110、乾燥機112、集
塊物崩壊機114、ふるい116、ならびに保管ホッパー118、120および
122を備える。電鋳槽106は、容器124、垂直に取り付けたアノード12
6、および垂直に取り付けたカソード128を備える。電解液130は、空気の
存在下にて、銅供給材料を硫酸に溶解することにより、溶解容器100で形成さ
れる。この銅金属は、任意の従来の形状(これには、上で指摘したように、銅シ
ョット、スクラップ銅金属、スクラップ銅ワイヤ、再生銅、酸化第二銅、酸化第
一銅などが含まれる)で、方向指示矢印132により指示されるように、容器1
00に入る。方向指示矢印134で示されるように、容器100に入る硫酸は典
型的に、約93%〜約98%の範囲の硫酸濃度を有する。あるいは、この銅供給
材料は、別個の容器にて、この硫酸に溶解して溶液を形成でき、この溶液は、次
いで、容器100に進めることができる。塩化物イオンは、方向指示矢印136
で示されるように、添加できる。1実施態様では、塩化物イオンは、塩酸の形態
で、添加される。希釈水は、方向指示矢印138により示されるように、添加で
きる。ライン140および142を通って電鋳槽106から再循環される電解液
もまた、容器100に入る。この電解液は、フィルター104で濾過され得るか
、またはライン144を通って、フィルター104を迂回し得る。容器100中
の電解液130の温度は、典型的には、約15℃〜約35℃、1実施態様では、
約20℃〜約30℃の範囲である。電解液130は、容器100から、ライン1
46および148を通って、容器124へと進められる。電解液130は、容器
124に入る前に、フィルター102で濾過され得るか、また、あるいは、ライ
ン150を用いて、フィルター102を迂回し得る。不純物は、フィルター10
2および/または104を用いて除去できる。容器108で使用される電解液1
30は、上で示した組成を有する。
【0033】 電解液130は、アノード126とカソード128との間で流れる。この電解
液が電鋳槽106を通る流速は、約0.01〜約0.3gpm/csaの範囲、
1実施態様では、約0.1〜約0.2gpm/csaの範囲の速度である。これ
らのカソードの各側面にて、銅粉末152の電析を起こすために、アノード12
6とカソード128との間に、電圧が適用される。1実施態様では、使用される
電流は、直流であり、1実施態様では、直流バイアスを備えた交流である。その
流量密度は、約80〜約120ASFの範囲、1実施態様では、約100ASF
である。カソード128上での銅粉末152の電析は、これらのカソード上に所
望量の銅粉末が析出されるまで、継続される。電析は、典型的には、約1〜約5
時間、1実施態様では、約1〜約3時間、1実施態様では、約1.5〜約2.5
時間にわたって、継続される。電析は、次いで、中断される。使用済み電解液1
30は、容器124から排水され、そしてライン154および156を通って、
容器100へと進められる。銅粉末152は、このカソード上へ電解液を噴霧す
ることにより、カソード128から分離されて、容器124の円錐形下部160
にて、スラリー158が形成される。スラリー158は、容器124から、ライ
ン154および162を通って、容器108へと進められる。スラリー158は
、次いで、容器108から、ライン164を通って、遠心機110へと進められ
る。遠心機110では、この銅粉末から、液状流出液が分離され、そしてライン
169を通って、遠心機110を出ていき、そしてライン170を通って、容器
108へと再循環されるか、またはライン172を通って、取り除かれる(この
場合、それは、捨てられるか、またはさらに別の処理を受けるかのいずれかであ
る)。1実施態様では、方向指示矢印166により示されるように、この遠心機
中の粉末には、酸化防止剤が添加される。1実施態様では、方向指示矢印168
により示されるように、この遠心機中の粉末には、安定剤が添加される。1実施
態様では、この酸化防止剤および安定剤は、この酸化防止剤をこの安定剤より先
にして、連続した順序で、この遠心機中の粉末に添加される。この酸化防止剤お
よび/または安定剤を遠心機110中の粉末に添加するとき、この流出液のpH
が、約7〜約14の範囲、1実施態様では、約7〜約11の範囲、1実施態様で
は、約9になるまで、この遠心機は、その内容物に、約2〜約750g’s、1
実施態様では、約10〜約200g’s、1実施態様では、約10〜約75g’
s、1実施態様では、約10〜約20g’sの遠心力を加えるのに充分な速度で
、回転される。この遠心機の回転速度は、次いで、この銅粉末を脱水するために
、速くされる。この脱水工程中にて、この遠心機の回転速度は、その内容物に、
約200〜約750g’sの範囲、1実施態様では、約500〜約750g’s
の範囲、1実施態様では、約650〜約700g’sの範囲の遠心力を加えるの
に充分なレベルまで、速くされる。脱水後に遠心機110に残っている銅粉末は
、連続ベルト171に進められ、これは、乾燥機112を通って、この粉末を運
搬する。方向指示矢印173により示されるように、乾燥機112では、この銅
粉末から、水分が取り除かれる。乾燥した銅粉末は、乾燥機112を出て、集塊
崩壊機114に入り、ここで、乾燥中に形成する集塊は、崩壊される。この粉末
は、集塊崩壊機114から、ふるい116へと進められ、ここで、この銅粉末は
、所望のふるい画分へと分離され、次いで、保管ホッパー118、120および
122へと進められる。図1では、2個のふるいおよび3個の保管ホッパーが図
示されているが、当業者は、任意の所望数の分離ふるいおよび保管ホッパーが使
用できることを理解する。1実施態様では、この方法により製造される銅粉末の
サイズが比較的に均一であるという事実のために、分離ふるいは、使用されない
【0034】 前述のプロセスは、連続ベース(basis)またはバッチベースで行うこと
ができる。1実施態様では、この電鋳槽の操作は、連続ベースで行われ、そして
この遠心機の操作は、バッチベースで行われる。
【0035】 以下の実施例は、本発明を説明する目的のために、提供されている。他に指示
がなければ、以下の実施例ならびに本明細書および特許請求の範囲全体を通じて
、全ての部およびパーセントは、重量基準であり、全ての温度は、摂氏であり、
そして全ての圧力は、大気圧である。
【0036】 (実施例1) 電解液から銅粉末を電析するために、電鋳槽を使用する。この電解液は、1リ
ットルあたり、5グラムの銅イオン濃度、1リットルあたり、150グラムの硫
酸濃度、および10ppmの遊離塩化物イオン濃度を有する水溶液である。その
カソードは、32インチ幅および36インチ長の浸漬表面領域を有し、メッキは
、両側で起こる。そのアノードは、36インチ幅および38インチ長の浸漬表面
領域を有する。この槽では、4個のカソードおよび5個のアノードを使用する。
これらのアノードとカソードとの間の間隔は、1.75インチである。この槽の
内部寸法は、48インチ長、54インチ幅、および円錐の始まりまで50インチ
深さである。この槽の下部は円錐形状であり、この円錐の下部にて、銅粉末の回
収を可能にする。このセルに電流(DC)を送り込んで、これらのカソードの浸
漬表面領域にて、100ASFの流量密度を与える。この電解液の温度は、32
℃である。このカソードの構成材料は、チタンである。これらのアノードは、寸
法的に安定なアノードであり、これらは、酸化イリジウムで被覆したチタンから
構成されている。この電解液は、0.17gpm/csaの速度で、この槽を通
って流れる。そのメッキ時間は、3時間である。これらのカソード上で形成され
た銅粉末は、22ミクロンのメッキ時平均粒径、1グラムあたり、0.7平方メ
ートルの表面積、および1立方センチメートルあたり、0.44グラムの見掛け
密度を有する。
【0037】 (実施例2) 電鋳槽にて、1リットルあたり、5グラムの銅イオン濃度、1リットルあたり
、150グラムの硫酸濃度、および10ppmの遊離塩化物イオン濃度を有する
電解液から、銅粉末を電析する。その槽内のアノードとカソードとの間の間隔は
、1.75インチである。その流量密度は、100ASFである。この電解液の
温度は、22℃である。このカソードの構成材料は、チタンである。これらのア
ノードは、寸法的に安定なアノードであり、これらは、酸化イリジウムで被覆し
たチタンから構成されている。この電解液は、0.17gpm/csaの速度で
、この槽を通って流れる。そのメッキ時間は、2時間である。これらのカソード
上で形成された銅粉末を、この粉末およびカソードの上へ電解液を噴霧すること
により、これらのカソードから分離して、その結果、この粉末を含有するスラリ
ーが形成される。このスラリーを、遠心機へと進める。このスラリーに、pH1
0を有する水酸化アンモニウム溶液を添加する。水酸化アンモニウム溶液と銅粉
末との比は、粉末1ポンドあたり、溶液5ガロンである。この遠心機を、この遠
心機の内容物に16g’sの遠心力をかけるのに充分な速度で、回転する。これ
は、この遠心機からの流出液がpH9に達した後、2分間まで、継続する。次い
で、20ppmの濃度のベンゾトリアゾール水溶液および200ppmの濃度の
Poly−Tergent S−505LFからなる安定剤を添加する。安定剤
と粉末との比は、銅粉末1ポンドあたり、2ガロンの安定剤である。この遠心機
を、その内容物に16g’sの遠心力をかけるのに充分な速度で、回転する。こ
れは、この遠心機からの流出液がpH9に達した後、2分間継続する。次いで、
この遠心機の回転速度を、この遠心機の内容物に674g’sの遠心力をかける
のに充分なレベルまで速くすると、その結果、この銅粉末が脱水される。この銅
粉末をこの遠心機から取り出して、皿に置き、そして50℃の温度および3mm
Hgの絶対圧で、真空オーブン中にて、一晩乾燥する。乾燥した粉末をふるいに
かけて、集塊物を崩壊し、次いで、包装する。この粉末は、以下の特性を有する
: B.E.T.表面積:0.60m2/g 見掛け密度:0.49g/cc 平均粒径:27.77ミクロン 90%は、次のサイズより小さい:68.52ミクロン 50%は、次のサイズより小さい:15.91ミクロン 10%は、次のサイズより小さい:5.67ミクロン 12tsiでの未焼結密度:6.0g/cc 12tsiでの未焼結強度:4300psi。
【0038】 (実施例3) 電鋳槽にて、1リットルあたり、5グラムの銅イオン濃度、1リットルあたり
、150グラムの硫酸濃度、および10ppmの遊離塩化物イオン濃度を有する
電解液から、銅粉末を電析する。そのカソードは、チタンから作製され、そして
33インチ幅、48インチ長、および0.25インチ厚の浸漬表面領域を有し、
メッキは、両側で起こる。そのアノードは、寸法的に安定なアノードであり、酸
化イリジウムで被覆されたチタンから構成される。そのアノードは、37インチ
幅、50インチ長、0.25インチ厚の浸漬表面領域を有する。この電鋳槽は、
4個のカソードおよび5個のアノードを含む。これらのアノードとカソードとの
間の間隔は、1.75インチである。この槽の寸法は、56インチ長、43イン
チ幅、および円錐形状下部の基部まで、89.75インチ深さである。このセル
に電流(DC)を送り込んで、これらのカソードの浸漬表面領域にて、100A
SFの流量密度を与える。この電解液の温度は、22.8℃である。この槽を通
る電解液の流速は、0.11gpm/csaである。そのメッキ時間は、2時間
である。これらのカソード上で形成された銅粉末を、この粉末およびカソードの
上へ電解液を噴霧することにより、これらのカソードから分離して、その結果、
この粉末を含有するスラリーが形成される。このスラリーを、遠心機へと進める
。このスラリーに、pH10を有する水酸化アンモニウム溶液を添加する。水酸
化アンモニウム溶液と銅粉末との比は、粉末1ポンドあたり、溶液5ガロンであ
る。この遠心機からの流出液がpH9に達した後、2分間まで、この遠心機を、
この遠心機の内容物に33g’sの遠心力をかけるのに充分な速度で、回転する
。次いで、20ppmの濃度のベンゾトリアゾール水溶液および200ppmの
濃度のPoly−Tergent S−505LFからなる安定剤を添加する。
安定剤溶液と粉末との比は、銅粉末1ポンドあたり、2ガロンの安定剤溶液であ
る。この遠心機からの流出液がpH9に達した後、2分間まで、この遠心機を、
その内容物に33g’sの遠心力をかけるのに充分な速度で、回転する。次いで
、この遠心機の回転速度を、この遠心機の内容物に500g’sの遠心力をかけ
るのに充分なレベルまで速くすると、その結果、この銅粉末が脱水される。この
銅粉末を皿に置き、そして50℃の温度および約3mmHgの絶対圧で、真空オ
ーブン中にて、一晩乾燥する。乾燥した粉末をふるいにかけて、集塊物を崩壊し
、次いで、包装する。この粉末は、以下の特性を有する: B.E.T.表面積:0.915m2/g 見掛け密度:0.44g/cc 平均粒径:21.26ミクロン 90%は、次のサイズより小さい:36.07ミクロン 50%は、次のサイズより小さい:18.82ミクロン 10%は、次のサイズより小さい:8.90ミクロン 12tsiでの未焼結密度:5.68g/cc 12tsiでの未焼結強度:6282psi。 500倍、1500倍および3000倍の倍率因子で、この粉末の試料の顕微鏡
写真を撮影する。これらの顕微鏡写真は、それぞれ、図3〜5として添付する。
これらの顕微鏡写真は、共通の背骨部分の回りにある対称的な樹状分枝成長によ
り特徴付けられる高度に樹枝状の結晶構造を有する銅粉末を明らかにしている。
【0039】 (溶媒抽出/電析プロセス) 1実施態様では、この銅粉末は、電析と組み合わせた溶媒抽出を用いるプロセ
スで、形成される。この実施態様では、この銅供給材料は、そこから銅が抽出さ
れ得る任意の銅含有物質である。これらの供給原料には、銅鉱石、製錬所煙道ダ
スト、銅セメント、銅濃縮物、銅製錬所生成物、硫酸銅または銅含有廃棄物が挙
げられる。「銅含有廃棄物」との用語は、銅を含有する任意の固体または液体の
廃棄物質(例えば、廃物、スラッジ、流出液流れなど)を意味する。これらの廃
棄物質には、危険な廃棄物が含まれる。使用できる廃棄物の具体的な例には、使
用済み塩化第二銅腐食液を処理することから得られる酸化銅がある。
【0040】 この銅鉱石は、露天採鉱鉱山から取り出した鉱石であり得る。この鉱石は、野
積みリーチング堆積物(heap−leaching dump)に運搬される
が、これは、典型的には、周囲の流域にリーチングする流体の損失を防止するた
めに、ライナー(例えば、厚い高密度ポリエチレンライナー)が敷かれた領域に
て、形成されている。典型的な野積みリーチング堆積物は、例えば、約125,
000平方フィートの表面積を有し、そしておよそ110,000トンの鉱石を
含む。リーチングが進行して、古い堆積物の上に新しい堆積物が形成されるにつ
れて、それらは、益々高くなり、最終的に、例えば、約250フィート以上の高
さに達する。新しく完成した堆積物の表面には、パイプおよび左右に揺れるスプ
リンクラーのネットワークが横たわり、例えば、100平方フィートの表面積あ
たり、1分間に、約0.8ガロンの速度で、希硫酸溶液が絶えず散布される。こ
のリーチング溶液は、この堆積物の下に浸透して、この鉱石中の銅を溶解し、銅
豊富リーチング水溶液として、この堆積物基部から流れて、収集池に流出し、そ
して本発明のプロセスを用いる引き続いた処理のために、給送池へとポンプ上げ
される。
【0041】 一部の採鉱操作を使って、銅鉱石から銅金属を抽出するために、インサイチュ
のリーチングが使用される。このプロセスにより得られる銅豊富リーチング溶液
は、この銅含有物質として、本発明のプロセスで使用できる。インサイチュのリ
ーチングは、露天採鉱領域の下および地下鉱脈の枯渇部分の上に酸溶解性酸化物
鉱石の沈積があるとき、または堆積物が露天採鉱法では経済的に開発できない程
に深く埋まっているとき、有用である。この帯域には、例えば、約1000フィ
ートの深さで、注入井が穿孔される。これらの井は、ポリ塩化ビニルパイプで内
側が覆われ、その下部には、細い穴が開けられて、この鉱石に溶液が入れるよう
にされる。希硫酸のリーチング溶液は、それが穿孔される帯域の浸透性に依存し
た速度で、各々の井に注入される。この溶液は、この鉱石帯域を通って下に浸透
し、この銅鉱質を溶解し、そして準備された収集領域に排出される。この収集領
域は、例えば、地下鉱山の運搬沿層坑道であり得る。製造される銅含有リーチン
グ水溶液は、耐食性ポンピングシステムによって地表にポンプ上げされ、この場
合、それは、本発明のプロセス用の銅含有物質としての使用に利用できる。ある
いは、この銅含有リーチング水溶液は、この溶液を地表に運ぶ井を通って、集め
ることができる。
【0042】 リーチング堆積物およびインサイチュのリーチングの両方を利用する採鉱操作
では、各々から得た銅含有リーチング溶液(これは、時には、リーチング貴液と
呼ばれる)が合わせられ、そして本発明のプロセスでの銅含有物質として、使用
できる。
【0043】 この実施態様では、この銅粉末は、以下の工程により、製造される:(A)銅
含有物質を、有効量の少なくとも1種のリーチング水溶液と接触させて、このリ
ーチング溶液に銅イオンを溶解させ、そして銅豊富リーチング水溶液を形成する
工程;(B)この銅豊富リーチング水溶液を、有効量の少なくとも1種の水不溶
性抽出剤と接触させて、この銅豊富リーチング水溶液からこの抽出剤へと銅イオ
ンを移動させ、銅豊富抽出剤および銅欠乏リーチング水溶液を形成する工程;(
C)この銅欠乏リーチング水溶液からこの銅豊富抽出剤を分離する工程;(D)
この銅豊富抽出剤を、有効量の少なくとも1種のストリッピング水溶液と接触さ
せて、この抽出剤からこのストリッピング溶液へと銅イオンを移動させ、銅豊富
ストリッピング溶液および銅欠乏抽出剤を形成する工程;(E)この銅欠乏抽出
剤からこの銅豊富ストリッピング溶液を分離する工程;(F)この銅豊富ストリ
ッピング溶液を、アノードとカソードとの間で流し、そしてこのアノードおよび
カソードにわたって有効量の電圧を加え、このカソード上に銅金属粉末を析出さ
せる工程;そして(G)このカソードからこの銅粉末を取り除く工程。
【0044】 本発明のプロセスの工程(A)で使用されるリーチング水溶液は、1実施態様
では、硫酸溶液、ハロゲン化物酸(halide acid)溶液(HCl、H
F、HBrなど)またはアンモニア溶液である。この硫酸溶液またはハロゲン化
物酸溶液は、一般に、1リットルあたり、約5〜約50グラムの範囲、1実施態
様では、1リットルあたり、約5〜約40グラムの範囲、1実施態様では、1リ
ットルあたり、約10〜約30グラムの範囲の硫酸またはハロゲン化物酸濃度を
有する。
【0045】 このアンモニア溶液は、一般に、1リットルあたり、約20〜約140グラム
、1実施態様では、1リットルあたり、約30〜約90グラムのアンモニア濃度
を有する。この溶液のpHは、一般に、約7〜約11の範囲、1実施態様では、
約8〜約9の範囲である。
【0046】 工程(A)の間に形成された銅豊富リーチング水溶液(すなわち、リーチング
貴液)は、一般に、1リットルあたり、約0.4〜約5グラムの範囲、1実施態
様では、1リットルあたり、約0.4〜約3グラムの範囲、1実施態様では、1
リットルあたり、約0.4〜約1グラムの範囲の銅イオン濃度を有する。工程(
A)で使用されるリーチング溶液が硫酸溶液であるとき、この銅豊富リーチング
水溶液中の遊離硫酸の濃度は、一般に、1リットルあたり、約5〜約30グラム
、1実施態様では、1リットルあたり、約10〜約20グラムである。工程(A
)で使用されるリーチング溶液がアンモニア溶液であるとき、この銅豊富リーチ
ング水溶液中の遊離アンモニアの濃度は、一般に、1リットルあたり、約10〜
約130グラム、1実施態様では、1リットルあたり、約30〜約90グラムで
ある。
【0047】 工程(B)で使用される水不溶性抽出剤は、水性媒体から銅イオンを抽出でき
る任意の水不溶性抽出剤であり得る。1実施態様では、この抽出剤は、水非混和
性有機溶媒に溶解される。(「水非混和性」および「水不溶性」との用語は、2
5℃で、1リットルあたり、約1グラムのレベルより高く、水中で溶解しない組
成物を意味する。)この溶媒は、この抽出剤用の任意の水非混和性溶媒であり得
、灯油、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、燃料油、ディーゼル油な
どが有用であり、灯油は、好ましい。有用な灯油の例には、SX−7およびSX
−12(これらは、Phillips Petroleumから入手できる)が
ある。
【0048】 1実施態様では、この抽出剤は、炭化水素鎖の異なる炭素原子に結合した少な
くとも2個の官能基を含有する有機化合物であり、この官能基の一方は、−OH
であり、そして該官能基の他方は、=NOHである。これらの化合物は、オキシ
ムと呼ぶことができる。1実施態様では、この抽出剤は、次式により表わされる
オキシムである:
【0049】
【化4】 ここで、R1、R2、R3、R4、R5、R6およびR7は、独立して、水素またはヒ ドロカルビル基である。この構造を有する化合物は、LIXの商品名称で、He
nkel Corporationから入手できる。例えば、R1およびR4は、
それぞれ、ブチルであり得;R2、R3およびR6は、それぞれ、水素であり得; そしてR5およびR7は、それぞれ、エチルであり得る。この構造を有する化合物
は、LIX 63の商品名称で、Henkel Corporationから入
手できる。
【0050】 1実施態様では、この抽出剤は、次式により表わされるオキシムである:
【0051】
【化5】 ここで、R1およびR2は、独立して、水素またはヒドロカルビル基である。有用
な実施態様には、以下であるものが挙げられる:ここで、R1は、約6個〜約2 0個の炭素原子、1実施態様では、約9個〜約12個の炭素原子を有するアルキ
ル基であり;そしてR2は、水素、1個〜約4個の炭素原子、1実施態様では、 約1個または2個の炭素原子を有するアルキル基であるか、あるいはR2は、フ ェニルである。このフェニル基は、置換または非置換であり得、後者が好ましい
。以下の化合物は、上で示した式に基づいているが、以下で示した商品名称で、
Henkel Corporationから入手でき、そして本発明のプロセス
で有用である: 商品名称 R12 LIX 65 ノニル フェニル LIX 84 ノニル メチル LIX 860 ドデシル 水素 Henkel Corporationから入手できる他の有用な市販材料には
、以下が挙げられる:LIX 64N(これは、LIX 65およびLIX 6
3の混合物として同定されている);およびLIX 864およびLIX 98
4(これらは、LIX 860およびLIX 84の混合物として同定されてい
る)。
【0052】 1実施態様では、この抽出剤は、ベータジケトンである。これらの化合物は、
次式により表され得る:
【0053】
【化6】 ここで、R1およびR2は、独立して、アルキル基またはアリール基である。これ
らのアルキル基は、一般に、1個〜約10個の炭素原子を含有する。これらのア
リール基は、一般に、フェニルである。上記式に対応するHenkel Cor
porationから市販の抽出剤の一例には、LIX 54がある。これらの
ベータジケトンは、工程(A)で使用されるリーチング溶液がアンモニア溶液で
あるとき、有用である。
【0054】 この有機溶液中の抽出剤の濃度は、一般に、約2重量%〜約40重量%の範囲
である。1実施態様では、この有機溶液は、約5重量%〜約10重量%、または
約6重量%〜約8重量%、または約7重量%のLIX 984を含有し、その残
りは、SX−7である。
【0055】 1実施態様では、この抽出剤は、イオン交換樹脂である。これらの樹脂は、典
型的には、以下の2個の主要部分を有する小顆粒またはビーズ様材料である:構
造部分として働く樹脂製マトリックス、および官能部分として働くイオン活性基
。この官能基は、一般に、銅イオンと反応性の官能基から選択される。このよう
な官能基の例には、−SO3 -、−COO-
【0056】
【化7】 が挙げられる。有用な樹脂マトリックスには、スチレンおよびジビニルベンゼン
の共重合体が挙げられる。使用できる市販の樹脂の例には、IRC−718(こ
れは、スチレンおよびジビニルベンゼンの第三級アミン置換共重合体として同定
されたRohm & Haasの製品である)、IR−200(これは、スチレ
ンおよびジビニルベンゼンのスルホン化共重合体として同定されたRohm &
Haasの製品である)、IR−120(これは、スチレンおよびジビニルベ
ンゼンのスルホン化共重合体として同定されたRohm & Haasの製品で
ある)、XFS 4196(これは、N−(2−ヒドロキシエチル)−ピコリル
アミンが結合したマクロ多孔性ポリスチレン/ジビニルベンゼン共重合体として
同定されたDowの製品である)、およびXFS 43084(これは、N−(
2−ヒドロキシプロピル)−ピコリルアミンが結合したマクロ多孔性ポリスチレ
ン/ジビニルベンゼン共重合体として同定されたDowの製品である)が挙げら
れる。これらの樹脂は、典型的には、本発明のプロセスにて、固定床または移動
床として使用される。本発明のプロセスの工程(B)中にて、この樹脂は、工程
(A)から得た銅豊富リーチング水溶液と接触され、この接触は、銅イオンをこ
のリーチング溶液からこの樹脂に移動させるのに充分である。この銅豊富樹脂は
、次いで、工程(D)中にてストリップされて、工程(B)中で使用できるスト
リップされた銅または銅欠乏樹脂が提供される。
【0057】 工程(C)中で分離される銅豊富抽出剤は、抽出剤1リットルあたり、約1〜
約6グラムの範囲、1実施態様では、抽出剤1リットルあたり、約2〜約4グラ
ムの範囲の銅濃度を有する。工程(C)中で分離された銅欠乏リーチング水溶液
は、典型的には、1リットルあたり、約0.01〜約0.8グラムの範囲、1実
施態様では、1リットルあたり、約0.04〜約0.2グラムの範囲の銅イオン
濃度を有する。工程(A)で使用されるリーチング溶液が硫酸溶液であるとき、
工程(C)中で分離される銅欠乏リーチング水溶液中の遊離硫酸濃度は、一般に
、1リットルあたり、約5〜約50グラム、1実施態様では、1リットルあたり
、約5〜約40グラム、1実施態様では、1リットルあたり、約10〜約30グ
ラムである。工程(A)で使用されるリーチング溶液がアンモニア溶液であると
き、工程(C)中で分離される銅欠乏リーチング水溶液中の遊離アンモニアの濃
度は、一般に、1リットルあたり、約10〜約130グラム、1実施態様では、
1リットルあたり、約30〜約90グラムである。
【0058】 1実施態様では、この接触工程および分離工程(B)および(C)は、2段階
で行われる。この実施態様では、工程(B−1)および(B−2)は、接触工程
であり、そして工程(C−1)および(C−2)は、分離工程である。それゆえ
、この実施態様では、本発明のプロセスは、以下の工程順序を含む:(A)、(
B−1)、(C−1)、(B−2)、(C−2)、(D)、(E)、(F)およ
び(G)であり、これらの工程のいくつかに由来のプロセス流は、このプロセス
の他の工程に再循環される。工程(B−1)は、工程(A)中で形成された銅豊
富リーチング水溶液を、工程(C−2)に由来の有効量の少なくとも1種の銅含
有水不溶性抽出剤と接触して、該銅豊富リーチング水溶液に由来の銅イオンを該
銅含有抽出剤へと移動して、銅豊富抽出剤および銅欠乏第一リーチング水溶液を
形成する工程を包含する。工程(C−1)は、工程(B−1)中で形成された銅
欠乏第一リーチング水溶液から、工程(B−1)中で形成された銅豊富抽出剤を
分離する工程を包含する。工程(C−1)中で分離された銅豊富抽出剤は、一般
に、抽出剤1リットルあたり、約1〜約6グラムの範囲、1実施態様では、抽出
剤1リットルあたり、約2〜約4グラムの範囲の銅濃度を有する。工程(C−1
)中で分離された銅欠乏第一リーチング水溶液は、一般に、1リットルあたり、
約0.4〜約4グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約0.5〜
約2.4グラムの範囲の銅イオン濃度を有する。工程(A)で使用されるリーチ
ング溶液が硫酸溶液であるとき、工程(C−1)中で分離された銅欠乏第一リー
チング水溶液中の遊離硫酸の濃度は、一般に、1リットルあたり、約5〜約50
グラムであり、1実施態様では、1リットルあたり、約5〜約30グラムであり
、1実施態様では、1リットルあたり、約10〜約30グラムである。(A)で
使用されるリーチング溶液がアンモニア溶液であるとき、工程(C−1)中で分
離された銅欠乏第一リーチング水溶液中の遊離アンモニアの濃度は、一般に、1
リットルあたり、約10〜約130グラム、1実施態様では、1リットルあたり
、約30〜約90グラムである。
【0059】 工程(B−2)は、工程(C−1)中で分離された銅欠乏第一リーチング水溶
液を、工程(E)に由来の有効量の少なくとも1種の銅欠乏抽出剤と接触して、
銅イオンを該銅欠乏第一リーチング水溶液から該銅欠乏抽出剤へと移動して、銅
含有抽出剤および銅欠乏第二リーチング水溶液を形成する工程を包含する。工程
(C−2)は、工程(B−2)中で形成された銅欠乏第二リーチング水溶液から
、工程(B−2)中で形成された銅含有抽出剤を分離する工程を包含する。工程
(C−2)中で分離された銅含有抽出剤は、一般に、抽出剤1リットルあたり、
約0.4〜約4グラムの範囲、1実施態様では、抽出剤1リットルあたり、約1
〜約2.4グラムの範囲の銅濃度を有する。工程(C−2)中で分離された銅欠
乏第二リーチング水溶液は、一般に、1リットルあたり、約0.01〜約0.8
グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約0.04〜約0.2グラ
ムの範囲の銅イオン濃度を有する。工程(A)で使用されるリーチング溶液が硫
酸溶液であるとき、工程(C−2)中で分離された銅欠乏第二リーチング水溶液
中の遊離硫酸の濃度は、一般に、1リットルあたり、約5〜約50グラムであり
、1実施態様では、1リットルあたり、約5〜約40グラムであり、1実施態様
では、1リットルあたり、約10〜約30グラムである。工程(A)で使用され
るリーチング溶液がアンモニア溶液であるとき、工程(C−2)中で分離された
銅欠乏第二リーチング水溶液中の遊離アンモニアの濃度は、一般に、1リットル
あたり、約10〜約130グラム、1実施態様では、1リットルあたり、約30
〜約90グラムである。
【0060】 本発明のプロセスの工程(D)で使用されるストリッピング溶液は、硫酸溶液
であり、これは、一般に、1リットルあたり、約80〜約300グラムの範囲の
遊離硫酸濃度を有する。1実施態様では、(D)で使用されるストリッピング溶
液の遊離硫酸濃度は、1リットルあたり、約100〜約200グラム、1実施態
様では、1リットルあたり、約150〜約200グラムである。
【0061】 電析工程(F)は、工程(E)に由来の銅豊富ストリッピング溶液を、電鋳槽
へと進め、そしてこの槽内のカソード上に銅金属粉末を電析する工程を包含する
。この電鋳槽で処理される銅豊富ストリッピング溶液は、銅豊富ストリッピング
溶液または電解液のいずれかと呼ぶことができる。1実施態様では、この電解液
は、この槽に入る前に、精製工程または濾過工程を受ける。この槽は、「電析プ
ロセス」の副題にて上で述べた電鋳槽と同じ様式で操作され、その結果、このよ
うな槽のカソード上にて、所望の銅粉末が形成される。この銅粉末は、これらの
カソードから分離でき、次いで、上で述べた方法を使用して、洗浄され乾燥され
る。
【0062】 このプロセスは、今ここで、図2を参照して記述するが、この図は、本発明の
銅粉末を製造するための溶媒抽出電析プロセスを図示している流れ図である。こ
のプロセスでは、銅は、銅リーチング堆積物200から抽出され、そして本発明
のプロセスの工程に従って処理されて、銅粉末152を生成する。このプロセス
は、沈降機202、204および206、収集池208、混合機210、212
および214、容器101、電鋳槽106、フィルター102、104および2
16、保持容器108、遠心機110、乾燥機112、集塊物崩壊機114、ふ
るい116、ならびに保管ホッパー118、120および122を包含する。こ
の実施態様では、本発明のプロセスの工程(A)は、リーチング堆積物200で
行われる。工程(B)および(C)は、混合機210および212、ならびに沈
降機202および204を使用して、2段階で行われる。工程(D)および(E
)は、混合機214および沈降機206を使用して、行われる。工程(F)およ
び(G)は、電鋳槽106を使用して、行われる。
【0063】 ライン220に由来のリーチング水溶液は、リーチング堆積物200の表面に
噴霧される。このリーチング溶液は、一般に、1リットルあたり、約5〜約50
グラムの範囲、1実施態様では、約5〜約40グラムの範囲、1実施態様では、
約10〜約30グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する硫酸溶液である。このリー
チング溶液は、この堆積物を通って下に浸透して、この鉱石から銅を抽出する。
このリーチング溶液は、銅豊富リーチング水溶液(これは、時には、リーチング
貴液と呼ばれる)として、堆積物空間222を通り、ライン224を通って、収
集池208へと流れる。このリーチング溶液は、収集池208から、ライン22
6を通って、混合機212へとポンプ上げされる。混合機212へとポンプ上げ
された銅豊富リーチング溶液は、一般に、1リットルあたり、約0.4〜約5グ
ラムの範囲、1実施態様では、約0.4〜約3グラムの範囲の銅イオン濃度;お
よび1リットルあたり、一般に、約5〜約30グラムの範囲、1実施態様では、
約10〜約20グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する。混合機212では、この
銅豊富リーチング溶液は、沈降機204の堰230からライン228を通って混
合機212へとポンプ上げされた銅含有有機溶液と混合される。混合機212に
添加される銅含有有機溶液中の銅濃度は、一般に、この有機溶液中の抽出剤1リ
ットルあたり、約0.4〜約4グラムの銅、1実施態様では、この有機溶液中の
抽出剤1リットルあたり、約1〜約2.4グラムの銅である。混合機212中で
の混合中にて、有機相および水相が形成して、混ざる。銅イオンは、この水相か
らこの有機相へと移動する。この混合物は、混合機212から、ライン232を
通って、沈降機202へとポンプ上げされる。沈降機202では、この水相およ
び有機相は分離し、この有機相は、その頂層を形成し、そしてこの水相は、その
底層を形成する。この有機相は、堰234で集まり、そしてライン236を通っ
て、混合機214へとポンプ上げされる。この有機相は、銅豊富有機溶液(これ
は、装填有機物と呼ぶことができる)である。この銅豊富有機溶液は、一般に、
この有機溶液中の抽出剤1リットルあたり、約1〜約6グラムの銅の範囲、1実
施態様では、この有機溶液中の抽出剤1リットルあたり、約2〜約4グラムの銅
の範囲の銅濃度を有する。
【0064】 この銅豊富有機溶液は、混合機214中にて、銅欠乏ストリッピング溶液と混
合される。この銅欠乏ストリッピング溶液(これは、希薄(lean)電解液と
呼ぶことができる)は、電鋳槽106にて生成され、そして槽106から、ライ
ン237および238を通って、混合機214へとポンプ上げされる。この銅欠
乏ストリッピング溶液は、一般に、1リットルあたり、約80〜約300グラム
の範囲、1実施態様では、約150〜約200グラムの範囲の遊離硫酸濃度;お
よび1リットルあたり、一般に、約2〜約5グラムの範囲、1実施態様では、約
2〜約4グラムの範囲の銅イオン濃度を有する。新鮮なストリッピング溶液の補
充は、ライン240を通って、ライン238へと添加できる。この銅豊富有機溶
液および銅欠乏ストリッピング溶液は、混合機214中で混合され、その結果、
水相と混ざった有機相が形成される。銅イオンは、この有機相からこの水相へと
移動する。この混合物は、混合機214から、ライン242を通って、沈降機2
06へとポンプ上げされる。沈降機206では、この有機相は、この水相と分離
し、この有機相は、堰244で集まる。この有機相は、銅欠乏有機溶液(これは
、時には、不用有機物と呼ばれる)である。この銅欠乏有機溶液は、一般に、こ
の有機溶液中の抽出剤1リットルあたり、約0.5〜約2グラムの範囲、1実施
態様では、この有機溶液中の抽出剤1リットルあたり、約0.9〜約1.5グラ
ムの範囲の銅濃度を有する。この銅欠乏有機溶液は、沈降機206から、ライン
246を通って、混合機210へとポンプ上げされる。新鮮な有機溶液の補充は
、ライン248を通って、ライン246へと添加できる。
【0065】 銅含有リーチング水溶液は、沈降機202から、ライン250を通って、混合
機210へとポンプ上げされる。この銅含有リーチング水溶液は、一般に、1リ
ットルあたり、約0.4〜約4グラムの範囲、1実施態様では、約0.5〜約2
.4グラムの範囲の銅イオン濃度;および1リットルあたり、一般に、約5〜約
50グラムの範囲、1実施態様では、約5〜約30グラムの範囲、1実施態様で
は、約10〜約20グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する。混合機210では、
有機相および水相が形成して、混ざり、そして銅イオンは、この水相からこの有
機相へと移動する。この混合物は、ライン252を通って、沈降機204へとポ
ンプ上げされる。沈降機204では、この有機相は、この水相から分離し、この
有機相は、堰230で集まる。この有機相は、銅含有有機溶液であるが、沈降機
204から、ライン228を通って、ライン212へとポンプ上げされる。この
銅含有有機溶液は、一般に、この有機溶液中の抽出剤1リットルあたり、約0.
5〜約4グラムの範囲、1実施態様では、この有機溶液中の抽出剤1リットルあ
たり、約1〜約2.4グラムの範囲の銅濃度を有する。沈降機204中の水相は
、銅欠乏リーチング水溶液であり、これは、ライン220を通って、リーチング
堆積物200へとポンプ上げされる。新鮮なリーチング溶液の補充は、ライン2
54から、ライン220へと添加できる。
【0066】 沈降機206で分離される水相は、銅豊富ストリッピング溶液である。この銅
豊富ストリッピング溶液は、一般に、1リットルあたり、約5〜約15グラムの
範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約7〜約10グラムの範囲の銅イオ
ン濃度;および1リットルあたり、一般に、約50〜約200グラムの範囲、1
実施態様では、約150〜約200グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する。それ
は、沈降機206から、ライン260を通って、フィルター216へとポンプ上
げされ、そしてフィルター216から、ライン262を通り、次いで、以下のい
ずれかで、ポンプ上げされる:ライン264を通り、電鋳槽106へ;またはラ
イン140を通り、フィルター104へ入り、フィルター104から、ライン1
42を通って、容器101へ。フィルター216は、ライン217を通って、迂
回できる。同様に、フィルター104は、ライン144を通って、迂回できる。
電鋳槽106または容器101に入る銅豊富ストリッピング溶液は、電解液13
0と呼ばれる。もし、電解液130の組成を調整する(例えば、銅イオン濃度の
上昇または低下など)必要があるなら、この電解液は、電鋳槽106に進める前
に、容器101に進められる。もし、この電解液の組成を調整する必要がないな
ら、この電解液は、直接、電鋳槽106に進められる。電鋳槽106では、電解
液130は、アノード126とカソード128との間を流れる。アノード126
とカソード128との間で電圧を加えるとき、カソード128の各側面にて、銅
粉末152の電析が起こる。
【0067】 電鋳槽106では、電解液130は、銅欠乏電解液に変換され、そして槽10
6から、ライン237を通って引き出される。ライン237にある銅欠乏電解液
は、一般に、1リットルあたり、約2〜約5グラムの範囲、1実施態様では、1
リットルあたり、約2〜約4グラムの範囲の銅イオン濃度;および1リットルあ
たり、一般に、約80〜約300グラムの範囲、1実施態様では、および1リッ
トルあたり、約150〜約200グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する。この銅
欠乏電解液は、以下のいずれかにかけられる:(1)ライン237および140
を通って、フィルター104(これは、必要に応じて、ライン144を通って、
迂回できる)へと入り、フィルター104(またはライン144)から、ライン
142へと入り、ライン142を通って、容器101へと入り、容器101から
、ライン146を通って、フィルター102へと入り、フィルター102(これ
は、必要に応じて、ライン150を通って、迂回できる)を通って、ライン14
8へと入り、ライン148を通って、槽106へと戻って、ポンプ上げされる;
または(2)ライン237を通って、ライン238へと入り、ライン238を通
って、銅欠乏ストリッピング溶液として、混合機214へとポンプ上げされる。
必要に応じて、容器101中の電解液には、方向指示矢印131により指示され
るような追加銅供給材料、方向指示矢印132により指示されるような硫酸、方
向指示矢印133により指示されるような塩化物イオン、または方向指示矢印1
34により指示されるような希釈水が添加できる。容器101に入る追加銅供給
材料は、任意の通常の形状(銅ショット、スクラップ銅金属、スクラップ銅ワイ
ヤ、再生銅、酸化第二銅、酸化第一銅などを含めて)であり得る。1実施態様で
は、容器101に入る銅供給材料は、まず、容器101に添加する前に、別個の
容器中の硫酸に溶解される。また、フィルター102および104のいずれかま
たは両方を使用して、電解液130から、不純物が除去され得る。電鋳槽106
から再生される電解液130もまた、ライン142を通って、容器101に入る
。槽106からの使用済み電解液は、ライン154および156を通って、容器
101に進み得る。容器101中の電解液130の温度は、典型的には、約15
℃〜約40℃の範囲、1実施態様では、約20℃〜約30℃の範囲である。電解
液130は、ライン146および148を通って、容器101から容器124へ
と進められる。電解液130は、容器124に入る前に、フィルター102で濾
過され得るか、あるいは、ライン150を通って、フィルター102を迂回し得
る。
【0068】 電鋳槽106で処理される電解液130は、一般に、1リットルあたり、約1
00〜約200グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約120〜
約190グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約140〜約18
5グラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する。その銅イオン濃度は、重要であり、1
リットルあたり、約2〜約7グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり
、約3〜約6グラムの範囲、1実施態様では、1リットルあたり、約5グラムで
ある。この電解液中の遊離塩化物イオン濃度は、重要であり、約8ppm〜約2
0ppmの範囲、1実施態様では、約8ppm〜約15ppmの範囲、1実施態
様では、約8ppm〜約12ppmの範囲、1実施態様では、約10ppmであ
る。その不純物レベルは、重要であり、1リットルあたり、約1.0グラム以下
のレベル、1実施態様では、1リットルあたり、約0.6グラム以下のレベル、
1実施態様では、1リットルあたり、約0.1グラム以下のレベルである。電鋳
槽106中の電解液の温度は、約15℃〜約35℃の範囲、1実施態様では、約
20℃〜約30℃の範囲である。
【0069】 電鋳槽106を通る電解液の流速は、約0.01〜約0.3gpm/csaの
範囲、1実施態様では、約0.1〜約0.2gpm/csaの範囲である。電解
液130は、アノード126とカソード128との間を流れる。カソード128
へ銅粉末152の電析を起こすために、アノード126とカソード128との間
には、電圧が加えられる。1実施態様では、使用される電流は、直流であり、1
実施態様では、直流バイアスを備えた交流である。その流量密度は、約80〜約
120ASFの範囲、1実施態様では、約90〜約110ASFの範囲、1実施
態様では、約100ASFである。カソード128上での銅粉末152の電析は
、約1〜約5時間、1実施態様では、約1〜約3時間、1実施態様では、約1.
5〜約2.5時間継続される。電析は、次いで、中断される。使用済み電解液1
30は、容器124から排水され、そしてライン154および156を通って、
容器101へと進められる。銅粉末152は、カソード128上へ電解液を噴霧
することにより、このカソードから分離されて、容器124の円錐形下部160
にて、スラリー158が形成される。スラリー158は、容器124から、ライ
ン154および162を通って、容器108へと進められる。スラリー158は
、次いで、容器108から、ライン164を通って、遠心機110へと進められ
る。遠心機110では、この銅粉末から、液状流出液が分離され、そしてライン
169を通って、遠心機110を出ていき、そしてライン170を通って、容器
108へと再循環されるか、またはライン172を通って、取り除かれる(この
場合、それは、捨てられるか、またはさらに別の処理を受ける)かいずれかであ
る。1実施態様では、方向指示矢印166により示されるように、この遠心機中
の銅粉末には、酸化防止剤が添加される。1実施態様では、方向指示矢印168
により示されるように、この遠心機中の粉末には、安定剤が添加される。1実施
態様では、この酸化防止剤および安定剤は、この酸化防止剤をこの安定剤より先
にして、連続した順序で、この遠心機中の粉末に添加される。あるいは、この酸
化防止剤および/または安定剤は、容器108中のスラリー158に添加できる
。この酸化防止剤および/または安定剤を遠心機110中の粉末に添加するとき
、この遠心機は、その内容物に、約2〜約750g’s、1実施態様では、約1
0〜約200g’s、1実施態様では、約10〜約75g’s、1実施態様では
、約10〜約20g’sの遠心力を加えるのに充分な速度で、回転される。この
流出液のpHが、約7〜約14の範囲、1実施態様では、約7〜約11の範囲、
1実施態様では、約9になるまで、この遠心機は、回転される。この遠心機の回
転速度は、次いで、この銅粉末を脱水するために、速くされる。この工程中にて
、この遠心機の回転速度は、その内容物に、約200〜約750g’sの範囲、
1実施態様では、約500〜約700g’sの範囲、1実施態様では、約650
〜約700g’sの範囲の遠心力を加えるのに充分なレベルまで、速くされる。
脱水後に遠心機110に残っている銅粉末は、連続ベルト171に進められ、こ
れは、乾燥機112を通って、この粉末を運搬する。方向指示矢印173により
示されるように、乾燥機112では、この銅粉末から、水分が取り除かれる。乾
燥した銅粉末は、乾燥機112を出て、集塊崩壊機114に入り、ここで、乾燥
中に形成する集塊は、崩壊される。この粉末は、集塊崩壊機114から、ふるい
116へと進められ、ここで、この銅粉末は、所望のふるい画分へと分離され、
次いで、保管ホッパー118、120および122へと進められる。
【0070】 前述の工程は、連続ベースまたはバッチベースで行うことができる。1実施態
様では、この電鋳槽の操作は、連続ベースで行われ、そしてこの遠心機の操作は
、バッチベースで行われる。
【0071】 (実施例4) 図2で図示されている工程を使用して、銅粉末152を製造する。ライン22
0からリーチング堆積物200上に噴霧されるリーチング水溶液は、1リットル
あたり、20グラムの硫酸濃度を有する硫酸溶液である。ライン226を通って
混合機212へとポンプ上げされる銅豊富リーチング水溶液は、1リットルあた
り、1.8グラムの銅イオン濃度、および1リットルあたり、12グラムの遊離
硫酸濃度を有する。この有機溶液は、LIX 984の7重量%SX−7溶液で
ある。沈降機204から混合機212へと添加される銅含有有機溶液中の銅濃度
は、1リットルあたり、1.95グラムの銅濃度である。沈降機202から混合
機214へとポンプ上げされる銅豊富有機溶液は、1リットルのLIX 984
あたり、3グラムの銅濃度を有する。ライン238から混合機214に添加され
る銅欠乏ストリッピング溶液は、1リットルあたり、175グラムの遊離硫酸濃
度、および1リットルあたり、4グラムの銅イオン濃度を有する。沈降機206
から混合機210へとポンプ上げされる銅欠乏有機溶液は、1リットルのLIX
984あたり、1.25グラムの銅濃度を有する。沈降機202から混合機2
10へとポンプ上げされた銅含有リーチング水溶液は、1リットルあたり、0.
8グラムの銅イオン濃度、および1リットルあたり、12グラムの遊離硫酸濃度
を有する。沈降機204からライン220を通ってポンプ上げされた銅欠乏水溶
液は、1リットルあたり、0.15グラムの銅濃度、および1リットルあたり、
12グラムの遊離硫酸濃度を有する。沈降機206から取り出された銅豊富スト
リッピング溶液は、1リットルあたり、7グラムの銅イオン濃度、および1リッ
トルあたり、175グラムの遊離硫酸濃度を有する。この銅豊富ストリッピング
溶液を、容器101へと進め、ここで、このような溶液の組成を、1リットルあ
たり、5グラムの銅イオン濃度、1リットルあたり、175グラムの遊離硫酸濃
度、および10ppmの遊離塩化物イオン濃度を提供するように、調節する。こ
の銅豊富ストリッピング溶液(これは、電解液130と呼ぶことができる)を、
電鋳槽106へと進める。槽106中の電解液の温度は、24〜27℃で維持す
る。その流量密度は、100ASFである。このカソードの構成材料は、チタン
である。これらのアノードは、寸法的に安定なアノードであり、これらは、酸化
イリジウムで被覆したチタンから構成されている。この電解液は、0.17gp
m/csaの速度で、この槽106を通って流れる。そのメッキ時間は、3時間
である。これらのカソード上で形成された銅粉末を、この粉末およびカソードの
上へ電解液を噴霧することにより、これらのカソードから分離して、その結果、
この粉末を含有するスラリーが形成される。このスラリーを、容器108へと進
め、そこから、遠心機110へと進める。この遠心機中の粉末に、pH10を有
する水酸化アンモニウム溶液を添加する。水酸化アンモニウム溶液と銅粉末との
比は、粉末1ポンドあたり、溶液5ガロンである。この遠心機を、この遠心機か
らの流出液がpH9に達して後、2分間まで、この遠心機の内容物に16g’s
の遠心力をかけるのに充分な速度で、回転する。次いで、20ppmの濃度のベ
ンゾトリアゾール水溶液および200ppmの濃度のPoly−Tergent
S−505LFからなる安定剤を添加する。安定剤と粉末との比は、銅粉末1
ポンドあたり、2ガロンの安定剤である。この遠心機を、この遠心機からの流出
液がpH9に達して後、2分間まで、その内容物に16g’sの遠心力をかける
のに充分な速度で、回転する。次いで、この遠心機の回転速度を、この遠心機の
内容物に674g’sの遠心力をかけるのに充分なレベルまで速くすると、その
結果、この銅粉末が脱水される。脱水後に遠心機110に残っている銅粉末は、
連続ベルト171に進められ、これは、乾燥機112を通って、この粉末を運搬
する。方向指示矢印173により示されるように、乾燥機112では、この銅粉
末から、水分が取り除かれる。乾燥した銅粉末は、乾燥機112を出て、集塊崩
壊機114に入り、ここで、乾燥中に形成した集塊は、崩壊される。この粉末は
、集塊崩壊機114から、ふるい116へと進められ、ここで、この銅粉末は、
所望のふるい画分へと分離され、次いで、保管ホッパー118、120および1
22へと進められる。
【0072】 本発明は、その好ましい実施態様に関して説明しているものの、それらの種々
の変更は、この明細書を読めば、当業者に明かなことが理解されるべきである。
従って、ここで開示の発明は、添付の特許請求の範囲に入るようなこれらの変更
を含むべく意図されていることが理解されるべきである。
【0073】 添付の図面では、類似の参照は、類似の部分または特徴を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の銅粉末を製造するのに使用される本発明の電析プロセスの1
実施態様を図示しているフローシートである。
【図2】 図2は、本発明の銅粉末を製造するのに使用される本発明の電析プロセスの別
の実施態様を図示しているフローシートである。
【図3】 図3は、実施例3に従って製造した銅粉末の試料の顕微鏡写真であり、これは
、500倍の倍率で撮影した。
【図4】 図4は、実施例3に従って製造した銅粉末の試料の顕微鏡写真であり、これは
、1500倍の倍率で撮影した。
【図5】 図5は、実施例3に従って製造した銅粉末の試料の顕微鏡写真であり、これは
、3000倍の倍率で撮影した。
【手続補正書】
【提出日】平成12年10月10日(2000.10.10)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【化1】 ここで、R1、R2、R3、R4、R5、R6およびR7は、独立して、水素またはヒ ドロカルビル基である、 プロセス。
【化2】 ここで、R1およびR2は、独立して、水素またはヒドロカルビル基である、 プロセス。
【化3】 ここで、R1およびR2は、独立して、アルキル基またはアミル基である、 プロセス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ヘインズ, ロナルド ケイ. アメリカ合衆国 オハイオ 44060, メ ントー, エヌ. ウェザーバイ ドライ ブ 6699 (72)発明者 ソプチャック, ニコラス ディー. アメリカ合衆国 ニューヨーク 12198, ワイナントスキル, ノース カーティ ス ロード 4 (72)発明者 ゴート, ウェンディ アメリカ合衆国 アリゾナ 85737, タ クソン, ノース ジョイ ドライブ 11830 Fターム(参考) 4K058 AA01 BA21 BA37 BB04 CA04 CA10 CA17 CA22 DD01 ED04 FA03 FC02 FC04 FC07 FC13 FC14 FC17 5G307 AA08

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グラ
    ムの範囲の見かけ密度、および1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メート
    ルの表面積を有する、電析銅粉末。
  2. 【請求項2】 前記粉末が、約5〜約50ミクロンの平均粒径を有する、請
    求項1に記載の銅粉末。
  3. 【請求項3】 前記粉末が、1立方センチメートルあたり、約4〜約8グラ
    ムの未焼結密度を有する、請求項1に記載の銅粉末。
  4. 【請求項4】 前記粉末が、約3,500〜約7,000psiの未焼結強
    度を有する、請求項1に記載の銅粉末。
  5. 【請求項5】 前記銅粉末が、少なくとも約99重量%の銅含量を有する、
    請求項1に記載の銅粉末。
  6. 【請求項6】 前記粉末が、非自由流動性である、請求項1に記載の銅粉末
  7. 【請求項7】 前記粉末の少なくとも約90重量%が、約75ミクロンより
    小さい粒径を有し、そして該粉末の少なくとも約50重量%が、約25ミクロン
    より小さい粒径を有し、そして該粉末の少なくとも約10重量%が、約10ミク
    ロンより小さい粒径を有する、請求項1に記載の銅粉末。
  8. 【請求項8】 前記粉末が、樹状成長および分枝により特徴づけられる、請
    求項1に記載の銅粉末。
  9. 【請求項9】 有効量の安定剤が酸化を減少させ、有効期間を延ばすために
    、前記銅粉末の表面に付着される、請求項1に記載の銅粉末。
  10. 【請求項10】 前記安定剤が、トリアゾールである、請求項9に記載の銅
    粉末。
  11. 【請求項11】 鉄粉および請求項1に記載の銅粉末の混合物を含有する、
    鉄製品。
  12. 【請求項12】 スズ粉末および請求項1に記載の銅粉末の混合物を含有す
    る、青銅製品。
  13. 【請求項13】 グラファイト粒子および請求項1に記載の銅粉末の混合物
    を含有する、グラファイト含有製品。
  14. 【請求項14】 摩擦微粒子材料および請求項1に記載の銅粉末の混合物を
    含有する、摩擦製品。
  15. 【請求項15】 1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グ
    ラムの範囲の見かけ密度、および1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メー
    トルの表面積を有する銅粉末を製造するプロセスであって、該プロセスは、銅イ
    オン、硫酸イオンおよび遊離塩化物イオンを含有する電解液から、該銅粉末を電
    析することを包含し、該銅イオンの濃度は、1リットルあたり、約2〜約7グラ
    ムの範囲であり、該遊離塩化物イオンの濃度は、約8〜約20ppmの範囲であ
    り、該電解液は、1リットルあたり、約1.0グラム以下の不純物レベルを有し
    、そして有機添加剤を含有しない、 プロセス。
  16. 【請求項16】 前記電解液の温度が、約15℃〜約35℃の範囲である、
    請求項15に記載のプロセス。
  17. 【請求項17】 前記電解液が、1リットルあたり、約100〜約200グ
    ラムの範囲の遊離硫酸濃度を有する、請求項15に記載のプロセス。
  18. 【請求項18】 前記電析が、前記電解液に浸されたアノードおよびカソー
    ドを備えた電鋳槽で行われ、該電鋳槽を通る該電解液の流速が、該カソードの浸
    漬表面積1平方フィートあたり、1分間に約0.01〜約0.3ガロンの範囲で
    ある、請求項15に記載のプロセス。
  19. 【請求項19】 前記電析が、アノードおよびカソードを備えた電鋳槽で行
    われ、該アノードが、寸法的に安定なアノードであり、該カソードが、チタンか
    ら作製されている、請求項15に記載のプロセス。
  20. 【請求項20】 前記電析が、アノードおよびカソードを備えた電鋳槽で行
    われ、該アノードおよび該カソードに渡って有効量の電圧を適用して該カソード
    上に該銅粉末を析出させるために、電流が使用され、該流量密度が、約80〜約
    120ASFの範囲である、請求項15に記載のプロセス。
  21. 【請求項21】 前記電析が、アノードおよびカソードを備えた電鋳槽で行
    われ、該アノードと該カソードとの間の間隔が、約1〜約4インチである、請求
    項15に記載のプロセス。
  22. 【請求項22】 前記電解液中の鉄の濃度が、1リットルあたり、約0.2
    グラム以下である、請求項15に記載のプロセス。
  23. 【請求項23】 1立方センチメートルあたり、約0.20〜約0.60グ
    ラムの範囲の見かけ密度、および1グラムあたり、少なくとも約0.5平方メー
    トルの表面積を有する銅粉末を製造するプロセスであって、該プロセスは、以下
    を包含する、プロセス: (A)銅含有物質を、有効量の少なくとも1種のリーチング水溶液と接触させ
    て、該リーチング水溶液に銅イオンを溶解させ、そして銅豊富リーチング水溶液
    を形成する、工程; (B)該銅豊富リーチング水溶液を、有効量の少なくとも1種の水不溶性抽出
    剤と接触させて、該銅豊富リーチング水溶液から該抽出剤へと銅イオンを移動さ
    せ、銅豊富抽出剤および銅欠乏リーチング水溶液を形成する、工程; (C)該銅欠乏リーチング水溶液から該銅豊富抽出剤を分離する、工程; (D)該銅豊富抽出剤を、有効量の少なくとも1種のストリッピング水溶液と
    接触させて、該抽出剤から該ストリッピング溶液へと銅イオンを移動させ、銅豊
    富ストリッピング溶液および銅欠乏抽出剤を形成する、工程; (E)該銅欠乏抽出剤から該銅豊富ストリッピング溶液を分離する工程であっ
    て、該銅豊富ストリッピング溶液が電解液である、工程; (F)該電解液を、アノードとカソードとの間で流し、そして該アノードおよ
    び該カソードに渡って有効量の電圧を適用し、該カソード上に該銅粉末を析出さ
    せる工程であって、該電解液は、銅イオン、硫酸イオンおよび遊離塩化物イオン
    を含有し、該銅イオンの濃度は、1リットルあたり、約2〜約7グラムの範囲で
    あり、該遊離塩化物イオンの濃度は、約8〜約20ppmの範囲であり、該電解
    液は、1リットルあたり、約1.0グラム以下の不純物レベルを有し、そして有
    機添加剤を含有しない、工程;および (G)該カソードから該銅粉末を取り除く、工程。
  24. 【請求項24】 前記銅含有物質が、銅鉱石、銅濃縮物、銅製錬所生成物、
    製錬所煙道ダスト、銅セメント、硫酸銅または銅含有廃棄物である、請求項23
    に記載のプロセス。
  25. 【請求項25】 工程(A)で形成された前記銅豊富水溶液を前記銅含有物
    質から分離する工程を包含する、請求項23に記載のプロセス。
  26. 【請求項26】 前記リーチング水溶液が、硫酸、ハロゲン化物酸またはア
    ンモニアを含有する、請求項23に記載のプロセス。
  27. 【請求項27】 工程(B)での前記抽出剤が、灯油、ベンゼン、ナフタレ
    ン、燃料油およびディーゼル燃料からなる群から選択される有機溶媒に溶解され
    る、請求項23に記載のプロセス。
  28. 【請求項28】 工程(B)での前記抽出剤が、以下の式により表わされる
    少なくとも1種の化合物を含有する、請求項23に記載のプロセス: 【化1】 ここで、R1、R2、R3、R4、R5、R6およびR7は、独立して、水素またはヒ ドロカルビル基である、 プロセス。
  29. 【請求項29】 工程(B)での前記抽出剤が、以下の式により表わされる
    少なくとも1種の化合物を含有する、請求項23に記載のプロセス: 【化2】 ここで、R1およびR2は、独立して、水素またはヒドロカルビル基である、 プロセス。
  30. 【請求項30】 工程(B)での前記抽出剤が、以下の式により表わされる
    少なくとも1種の化合物を含有する、請求項23に記載のプロセス: 【化3】 ここで、R1およびR2は、独立して、アルキル基またはアミル基である、 プロセス。
  31. 【請求項31】 工程(B)での前記抽出剤が、少なくとも1種のイオン交
    換樹脂を含有する、請求項23に記載のプロセス。
  32. 【請求項32】 前記ストリッピング溶液が、硫酸を含有する、請求項23
    に記載のプロセス。
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