RU2736108C1 - Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка - Google Patents

Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка Download PDF

Info

Publication number
RU2736108C1
RU2736108C1 RU2019145652A RU2019145652A RU2736108C1 RU 2736108 C1 RU2736108 C1 RU 2736108C1 RU 2019145652 A RU2019145652 A RU 2019145652A RU 2019145652 A RU2019145652 A RU 2019145652A RU 2736108 C1 RU2736108 C1 RU 2736108C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
powder
mcm
electrolysis
particle size
Prior art date
Application number
RU2019145652A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Анатольевич Королев
Александр Тимофеевич Крестьянинов
Константин Леонидович Тимофеев
Любовь Михайловна Яковлева
Наталья Евгеньевна Агарова
Антон Ринатович Давлетшин
Александр Сергеевич Монахов
Original Assignee
Акционерное общество "Уралэлектромедь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Уралэлектромедь" filed Critical Акционерное общество "Уралэлектромедь"
Priority to RU2019145652A priority Critical patent/RU2736108C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2736108C1 publication Critical patent/RU2736108C1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/12—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
    • C25C5/02—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Abstract

Изобретение относится к получению медного ультрадисперсного электролитического порошка. Способ включает проведение электролиза с получением медного порошка, сушку полученного порошка, размол и классификацию. Электролиз ведут с растворимым медным анодом в электролите с температурой от 45 до 55°С при концентрации серной кислоты от 90 до 160 г/дм3, хлорид-ионов от 20 до 60 мг/дм3 и сульфата меди в пересчете на медь от 5,0 до 10,0 г/дм3. Используют катоды в виде медных стержней диаметром от 8 до 12 мм при катодной плотности тока от 3100 до 3700 А/м2. Полученный при электролизе медный порошок после сушки и размола рассевают через сетки с размером ячеек от 20 до 71 мкм с получением порошка со средним размером частиц (D50) от 7 до 14 мкм, который затем подвергают воздушной классификации при оборотах вращения ротора от 600 до 2200 об/мин и мощности вентилятора от 70 до 100%. Обеспечивается получение медного порошка фракций со средним размером частиц (D50) от 3 до 7 мкм с допуском ±0,75 мкм и 8-9 мкм с допуском ±1 мкм. 3 табл., 5 пр.

Description

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к электрохимическим методам получения ультрадисперсных медных порошков и может найти применение в производстве порошковой металлургии и других отраслях промышленности.
Рассмотрим известные из уровня техники решения, предназначенные для получения медных ультрадисперсных электролитических порошков с заданными свойствами.
1. Влияние хлоридов на процесс электроосаждения порошкообразных осадков меди. Л.И. Гуревич, А.В. Помосов // Порошковая металлургия 1969. №1 С.13-19.
2. Способ получения медного порошка электролизом. И.Б. Мурашова, С.Л. Коркин, А.В. Помосов и Д.Г. Суслопаров, авторское свидетельство SU №1243907 А1, B22F 9/14, 15.07.1986.
3. Патент Patent Translate TW 201726980 Method for producing copper powder, and method for producing conductive paste using the same. Yu Yamashita, Hiroshi Okada.
4. Патент Patent Translate CN 103388160 A circuit board with a solution of copper waste -electrodeposited copper powder prepared with the use of the method.
Figure 00000001
Figure 00000002
5. Патент Patent Translate JP 2000080408 Production of fine copper powder. Kenzo Hanawa, Kazuaki Takahashi,
Figure 00000003
В первом источнике основной акцент сделан на изучение влияния хлорид-ионов на структуру частиц медного порошка. Исследования проводили на лабораторном электроде неизвестного диаметра, поэтому указанные в данном материале величины удельной поверхности (от 11500 до 33000 см2/г) не соответствуют величинам, получаемым в промышленных условиях. Данный источник дает общее представление о закономерностях формирования медного порошка в присутствии хлорид-ионов при низкой плотности тока 1500 А/м2. Проведенные заявителем опытно-промышленные испытания показали, что при плотности тока 1500 А/м2 и концентрации хлорид-ионов от 15 до 32 мг/дм3 удельная поверхность фракции менее 63 мкм составила 3050-4700 см2/г, однако, требуемый размер частиц 10 мкм, 9 мкм, 8 мкм с допустимым отклонением ±1 мкм и 7 мкм, 6 мкм, 5 мкм, 4 мкм, 3 мкм с допустимым отклонением ±0,75 мкм не рассматривался.
Во втором источнике [2] рассмотрено влияние линейно изменяющейся плотности тока (гальванодинамический режим) в широком диапазоне от 300 до 5455 А/м2 на грансостав порошка. Получен крупный порошок с содержанием фракций от 315 до 45 мкм. Выход наиболее мелкой фракции менее 63 мкм составил всего от 24,8% до 31,3%. При этом нет информации по получению размера частиц ультрадисперсного порошка (от 3 до 6 мкм) ±0,75 мкм.
В третьем источнике [3] заявлено получение медного порошка электролизом медного кислотного электролита с концентрацией меди от 1 до 10 г/дм3, серной кислоты от 20 до 300 г/дм3, ионов хлорида менее 500 мг/дм3. Также рекомендуется добавлять в электролит соединения, имеющие азобензольную структуру, концентрацией от 1 до 10000 мг/дм3. Заявленная плотность тока составила от 500 до 4000 А/м2. Согласно источнику насыпная плотность порошка, полученного при перечисленных условиях, составила от 0,5 г/см3 до 5,0 г/см3. Ствол и ветвь медных дендритов состояли из плоских частиц меди, имеющих среднюю толщину поперечного сечения от 0,02 до 5,0 мкм, а средний диаметр частиц (D50) медного порошка составлял в широком диапазоне от 1,0 до 100 мкм, что свидетельствует о получении неоднородных частиц порошка по размеру и насыпной плотности. Таким образом, результаты не соответствуют условиям поставленной заявителем задачи по получению частиц порошка дендритной структуры размером D50 равным 3±0,75 мкм, 4±0,75 мкм, 5±0,75 мкм, 6±0,75 мкм, 7±0,75 мкм, 8±1 мкм и 9±1 мкм, 10±1 мкм.
В четвертом источнике [4] указан способ получения ультрадисперсного медного порошка путем растворения меди из отработанной печатной платы. Электролит состоит из сульфата меди концентрацией 0,06-0,8 моль/л (3,8-50,8 г/дм3 по ионам меди), серной кислоты 0,02-0,1 моль/л (1,96-9,8 г/дм3), аммиака 0,3-3 моль/л (5,1-51 г/дм3), воды и добавок 0-0,5 г/дм3. Также для разделения анодной и катодной областей используют катионную мембрану. Минимальный средний размер частиц медного порошка при оптимальных условиях составляет до 5 мкм. Однако, данный способ не подходит для получения порошка в чистом сернокислом электролите, т.к. большие объемы отработанного электролита в дальнейшем поступают в замкнутый цикл предприятия, кроме того, электролиз с использованием мембраны сложен и не используется в многотоннажном производстве.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ, изложенный в пятом источнике [5]. Порошок электролитической меди получают очень крупный со средним размером частиц от 20 до 35 мкм и насыпной плотностью от 0,5 до 0,8 г/см3. При этом концентрация сульфата меди в электролите составила от 5 до 50 г/дм3 (в пересчете на Cu от 2,0 до 19,5 г/см3), серной кислоты от 50 до 150 г/дм3. Плотность тока поддерживают от 500 до 1000 А/м2. Далее дендритный электролитический медный порошок после промывки и стабилизации измельчают в струйной мельнице. Измельченный порошок меди подают на классификатор, а полученный порошок тонкой фракции выгружают и собирают с помощью циклона или рукавного фильтра. Грубая фракция медного порошка подается обратно в камеру мельницы и снова измельчается. Полученный мелкодисперсный порошок меди приобретает зернистую форму, а средний размер частиц составляет от 3,3 до 7 мкм. Данный источник был взят за прототип.
Таким образом, рассмотренные технологии не решают поставленной заявителем задачи - получение медного дендритного порошка в промышленных условиях со средним размером частиц (D50) от 7 до 14 мкм, предпочтительнее 10±1 мкм, и дальнейшего получения порошков с 50% (D50) содержанием от 3 до 7 мкм с допуском ±0,75 мкм и от 8 до 9, с допуском ±1 мкм, насыпной плотностью - от 0,35 до 1,6 г/см3 и содержанием кислорода от 0,3% до 0,5%.
Поставленная задача достигается на стадии электролиза порошка в промышленных ваннах с растворимым медным анодом при следующем составе электролита: концентрация сульфата меди (в пересчете на медь) от 5,0 до 10,0 г/дм3, концентрация серной кислоты от 90 до 160 г/дм3, концентрация хлорид-ионов от 20 до 60 мг/дм3. Температура электролита составляет от 45°С до 55°С. В качестве катодов используются медные стержни диаметром от 8 до 12 мм, катодная плотность тока поддерживается в диапазоне от 3100 до 3700 А/м2. После обработки порошка, стабилизации, сушки, размола в роторной мельнице и рассева через сетки с размером ячеек от 20 до 71 мкм, минусовые фракции направляют на классификатор, где струей атмосферного воздуха частички порошка разделяют по размерам частиц n±0,75 мкм, где n=6 мкм, 5 мкм, 4 мкм и 3 мкм, и ±1 мкм, где n=8 мкм, 9 мкм, изменяя скорость вращения ротора от 600 до 2200 об/мин и мощность вентилятора от 70% до 100% от номинального значения (таблица 1).
Figure 00000004
В результате всех технологических операций и отдува на классификаторе медный порошок приобретает определенные свойства: средний размер частиц D50, насыпную плотность, плотность утряски, содержание кислорода, удельную поверхность (таблица 2).
Figure 00000005
При заявленном режиме были проведены крупномасштабные испытания в 4-х промышленных ваннах в объеме циркуляции электролита 30 м3 по получению порошков со средним размером частиц от 3 до 7 мкм. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Figure 00000006
В примере 1 исходный порошок был получен в электролизных промышленных ваннах при средней концентрации меди 8,6 г/дм3, серной кислоты 128 г/дм3, хлорид-иона 44 мг/дм3. Плотность тока поддерживали на уровне 3690 А/м2. Средний размер порошка составил 8,62 мкм, удельная поверхность 2800 см2/г, насыпная плотность 1,28 г/см3, содержание кислорода 0,17%. После сушки, размола, просева и воздушной классификации при скорости вращения ротора 1400 об/мин и мощности вентилятора 70% от номинального значения был получен ультрадисперсный порошок со средним размером частиц 3,88 мкм, удельной поверхностью 5600 см2/г, насыпная плотность 0,86 г/см3, плотностью после утряски 1,8 г/см3, содержанием кислорода 0,3%.
В примере 2 исходный порошок был получен при средней концентрации меди 8,5 г/дм3, серной кислоты 134 г/дм3, хлорид-иона 48 мг/дм3. Плотность тока поддерживали на уровне 3160 А/м2. Средний размер порошка составил 12,26 мкм, удельная поверхность 3050 см2/г, насыпная плотность 0,92 г/см3, содержание кислорода 0,14%. После сушки, размола, просева и воздушной классификации при скорости вращения ротора 1400 об/мин и мощности вентилятора 70% от номинального значения был получен ультрадисперсный порошок со средним размером частиц 4,43 мкм, удельной поверхностью 4650 см2/г, насыпная плотность 0,84 г/см3, плотностью после утряски 1,8 г/см3, содержанием кислорода 0,48%.
В примере 3 исходный порошок был получен при средней концентрации меди 8,1 г/дм3, серной кислоты 130 г/дм3, хлорид-иона 40 мг/дм3. Плотность тока поддерживали на уровне 3690 А/м2. Средний размер порошка составил 9,2 мкм, удельная поверхность 2800 см2/г, насыпная плотность 1,44 г/см3, содержание кислорода 0,32%. После сушки, размола, просева и воздушной классификации при скорости вращения ротора 2000 об/мин и мощности вентилятора 70% от номинального значения был получен ультрадисперсный порошок со средним размером частиц 3,64 мкм, удельной поверхностью 5400 см2/г, насыпная плотность 0,8 г/см3, плотностью после утряски 1,8 г/см3, содержанием кислорода 0,6%.
В примере 4 исходный порошок был получен при средней концентрации меди 8,2 г/дм3, серной кислоты 134 г/дм3, хлорид-иона 53 мг/дм3. Плотность тока поддерживали на уровне 3690 А/м2. Средний размер порошка составил 7,25 мкм, удельная поверхность 3400 см2/г, насыпная плотность 1,34 г/см3, содержание кислорода 0,22%. После сушки, размола, просева и воздушной классификации при скорости вращения ротора 1000 об/мин и мощности вентилятора 90% от номинального значения был получен ультрадисперсный порошок со средним размером частиц 4,35 мкм, удельной поверхностью 4800 см2/г, насыпная плотность 0,91 г/см3, плотностью после утряски 1,8 г/см3, содержанием кислорода 0,3%.
В примере 5 исходный порошок был получен при средней концентрации меди 8,4 г/дм3, серной кислоты 112 г/дм3, хлорид-иона 21 мг/дм3. Плотность тока поддерживали на уровне 3350 А/м2. Средний размер порошка составил 12,34 мкм, удельная поверхность 2700 см2/г, насыпная плотность 1,03 г/см3, содержание кислорода 0,20%. После сушки, размола, просева и воздушной классификации при скорости вращения ротора 1200 об/мин и мощности вентилятора 90% от номинального значения был получен ультрадисперсный порошок со средним размером частиц 5,71 мкм, удельной поверхностью 3900 см2/г, насыпная плотность 0,85 г/см3, плотностью после утряски 1,8 г/см3, содержанием кислорода 0,32%.
Согласно приведенным примерам заявляемый способ обеспечивает получение медного ультрадисперсного электролитического порошка размером от 3 до 7 мкм с допуском 0,75 мкм и отвечает всем критериям патентоспособности.
Сравнительный анализ применяемых технических решений и заявляемого изобретения позволяет сделать вывод, что изобретение неизвестно из уровня техники и соответствует критерию «новизна».
Предлагаемый для патентной защиты изобретение имеет изобретательский уровень, так как его сущность для специалиста, занимающегося электролитическим получением порошков меди, явным образом не следует из известного уровня техники, а значит, не может быть подтверждена известность отличительных признаков на указанный заявителем отличительный результат.
Заявленное изобретение является промышленно применимым, так как оно используется в производстве по своему прямому назначению.

Claims (1)

  1. Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка, включающий проведение электролиза с получением медного порошка, сушку полученного порошка, размол и классификацию, отличающийся тем, что электролиз ведут с растворимым медным анодом в электролите с температурой от 45 до 55°С при концентрации серной кислоты от 90 до 160 г/дм3, хлорид-ионов от 20 до 60 мг/дм3 и сульфата меди в пересчете на медь от 5,0 до 10,0 г/дм3, при этом используют катоды в виде медных стержней диаметром от 8 до 12 мм при катодной плотности тока от 3100 до 3700 А/м2, полученный при электролизе медный порошок после сушки и размола рассевают через сетки с размером ячеек от 20 до 71 мкм с получением порошка со средним размером частиц (D50) от 7 до 14 мкм, который затем подвергают воздушной классификации при оборотах вращения ротора от 600 до 2200 об/мин и мощности вентилятора от 70 до 100% с выделением медного порошка фракций со средним размером частиц (D50) от 3 до 7 мкм с допуском ±0,75 мкм и 8-9 мкм с допуском ±1 мкм.
RU2019145652A 2019-12-30 2019-12-30 Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка RU2736108C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145652A RU2736108C1 (ru) 2019-12-30 2019-12-30 Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145652A RU2736108C1 (ru) 2019-12-30 2019-12-30 Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736108C1 true RU2736108C1 (ru) 2020-11-11

Family

ID=73460693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145652A RU2736108C1 (ru) 2019-12-30 2019-12-30 Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736108C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1243907A1 (ru) * 1983-03-03 1986-07-15 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Способ получени медного порошка электролизом
JP2000080408A (ja) * 1998-08-31 2000-03-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 微小銅粉の製造方法
RU2429107C2 (ru) * 2009-10-12 2011-09-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения высокодисперсных порошков меди
RU2574185C1 (ru) * 2014-07-08 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Уралэлектромедь" Способ получения медного электролитического порошка
CN103388160B (zh) * 2013-07-19 2016-05-25 北京科技大学 用废弃电路板溶铜-电沉积联用法制备超细铜粉的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1243907A1 (ru) * 1983-03-03 1986-07-15 Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова Способ получени медного порошка электролизом
JP2000080408A (ja) * 1998-08-31 2000-03-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 微小銅粉の製造方法
RU2429107C2 (ru) * 2009-10-12 2011-09-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Способ получения высокодисперсных порошков меди
CN103388160B (zh) * 2013-07-19 2016-05-25 北京科技大学 用废弃电路板溶铜-电沉积联用法制备超细铜粉的方法
RU2574185C1 (ru) * 2014-07-08 2016-02-10 Открытое акционерное общество "Уралэлектромедь" Способ получения медного электролитического порошка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017118955A1 (en) Process for recovering metal values from spent lithium ion batteries with high manganese content
WO2022213678A1 (zh) 利用选择性浸出回收废正极片中铝的方法及其应用
TWI601854B (zh) A process for producing indium-hydroxide powder, a process for producing indium oxide powder, and a sputtering target
KR20210075092A (ko) 침출액을 전기 분해하여 구리 불순물을 제거하는 배터리 재활용
CN106299526A (zh) 一种废旧锂电池回收行业强碱溶液的回收利用方法
CN111333097A (zh) 一种处理电解铝阴极炭块的方法
JPH10204669A (ja) 酸化インジウム粉末の製造方法
RU2736108C1 (ru) Способ получения медного ультрадисперсного электролитического порошка
JP5568977B2 (ja) 電池からのマンガンの回収方法
JP2005146387A (ja) デンドライト状微粒銀粉及びその製造方法
EP3845687A1 (en) Electrolytic manganese dioxide, method for producing same, and use of same
CN106191920B (zh) 一种银钨废料回收再利用的方法
CN110434346A (zh) 一种高能球磨法细化大粒径纯铜或铜合金颗粒的方法
JP2015160780A (ja) 酸化ニッケルの製造方法および得られる酸化ニッケル微粉末
Akbarzadeh et al. Comparison of effective parameters for copper powder production via electrorefining and electrowinning cells and improvement using DOE methods
JP2013177293A (ja) 電解二酸化マンガン及びその製造方法並びにその用途
CN111979563A (zh) 氧化铟镓锌靶材的电化学回收再利用方法
WO2014087707A1 (ja) 酸化第二銅微粉末及びその製造方法
Agarova et al. Fine Copper Powders Production
JP2009144220A (ja) 使用済み固体酸化物形燃料電池セルから金属を回収する方法
WO2009119196A1 (ja) 磁性材ターゲット用白金粉末、同粉末の製造方法、白金焼結体からなる磁性材ターゲットの製造方法及び同焼結磁性材ターゲット
RU2574185C1 (ru) Способ получения медного электролитического порошка
Kang et al. Study on the electrochemical mechanism of the comprehensive recovery of valuable components from spent cemented carbide
RU2743567C1 (ru) Способ получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов
US20210155500A1 (en) Method for producing purified lithium compound and method for producing lithium transition metal composite oxide