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超声场辅助矿浆电解法制备超细铜粉

来源期刊:中国有色金属学报2008年第7期

论文作者:刘维平 邱定蕃 于月光

文章页码:1347 - 1347

关键词:超细铜粉;超声场;矿浆电解

Key words:ultrafine copper powder; ultrasonic field; slurry electrolysis

摘    要:

采用铜精矿为原料,通过机械活化和超声场的辅助作用,直接在矿浆电解槽中将铜精矿制备成平均粒度小于10 μm的超细铜粉。分析矿浆电解制备超细铜粉的基本原理,研究电流密度和超声波对超细铜粉粒度和形貌的影响。结果表明:提高电流密度有利于超细铜粉的形成,随着电流密度的增加,铜粉粒度不断下降,比表面积不断上升;与未经超声处理相比,采用超声场辅助矿浆电解法制备得到的铜粉粒度趋于下降,比表面积上升,且随着超声时间的延长,粒度下降越多,比表面积增加越大。

Abstract: Using copper concentrate as raw material, ultrafine copper powder by using slurry electrolysis with average size of less than 10 μm was gained in the slurry electrolysis cell under ultrasonic field and mechanical activation pretreatment. The basic principle of using slurry electrolysis to prepare ultrafine copper powder was briefly analyzed, and the influence of current density and ultrasonic on the size and shape of ultrafine copper powder were studied. The results show that high current density is propitious to the forming of ultrafine copper powder, the particle size of copper powder decreases and the specific surface area increases with increasing current density. Compared with the non-ultrasonic process, the size of copper powder produced by slurry electrolysis under ultrasonic field decreases, and the specific surface area increases. The particle size of copper powder decreases more while the specific surface area increases more with prolonging ultrasonic treating time.



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文章编号:1004-0609(2008)07-1347-06

超声场辅助矿浆电解法制备超细铜粉

刘维平1,邱定蕃2,于月光2

(1. 江苏技术师范学院 化学化工学院,常州 213001;

2. 北京矿冶研究总院 有色冶金研究所,北京 100044)

摘  要:采用铜精矿为原料,通过机械活化和超声场的辅助作用,直接在矿浆电解槽中将铜精矿制备成平均粒度小于10 μm的超细铜粉。分析矿浆电解制备超细铜粉的基本原理,研究电流密度和超声波对超细铜粉粒度和形貌的影响。结果表明:提高电流密度有利于超细铜粉的形成,随着电流密度的增加,铜粉粒度不断下降,比表面积不断上升;与未经超声处理相比,采用超声场辅助矿浆电解法制备得到的铜粉粒度趋于下降,比表面积上升,且随着超声时间的延长,粒度下降越多,比表面积增加越大。

关键词:超细铜粉;超声场;矿浆电解

中图分类号:TF 816       文献标识码:A

Ultrafine copper powder prepared by

slurry electrolysis under ultrasonic field

LIU Wei-ping1, QIU Ding-fan2, YU Yue-guang2

(1. School of Chemical Engineering, Jiangsu Teacher’s University of Technology, Changzhou 213001, China;

2. Institute of Nonferrous Metallurgy, Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy,

Beijing 100044, China)

Abstract: Using copper concentrate as raw material, ultrafine copper powder by using slurry electrolysis with average size of less than 10 μm was gained in the slurry electrolysis cell under ultrasonic field and mechanical activation pretreatment. The basic principle of using slurry electrolysis to prepare ultrafine copper powder was briefly analyzed, and the influence of current density and ultrasonic on the size and shape of ultrafine copper powder were studied. The results show that high current density is propitious to the forming of ultrafine copper powder, the particle size of copper powder decreases and the specific surface area increases with increasing current density. Compared with the non-ultrasonic process, the size of copper powder produced by slurry electrolysis under ultrasonic field decreases, and the specific surface area increases. The particle size of copper powder decreases more while the specific surface area increases more with prolonging ultrasonic treating time.

Key words: ultrafine copper powder; ultrasonic field; slurry electrolysis

                    


铜粉作为粉末冶金制品的重要原料,在工业生产中发挥着重要作用。超细铜粉具有价格便宜,适应性强等许多特殊优点[1?3],在许多领域较其他形式的金属粉末更具优势[4?5],如在涂料涂层、增润耐磨、粘合剂和油漆等应用领域,均离不开超细铜粉。在各种金属粉末中,用于聚合物填充改性的主要以铜粉为主。铜粉具有优良的导电性能,常被用来赋予聚合物较好的导电性,如导电塑料、导电灌封材料、导电涂料、导电粘合剂等。作为导电粘合剂时,尽管铜粉的性能不如银粉,但相比之下,铜粉具有很大的价格优势,因而除少数要求很高的场合外,大多使用铜粉为填料。

铜粉及铜基粉末的制备方法很多,如CHULOVSKAYA等[6?7]采用阴极还原法从电解液中制备铜粉,何峰等[8]采用一种阴极旋转的新型电解装置制备超细铜粉,王菊香等[9]采用超声电解法制备超细铜粉,NAYDA等[10]采用雾化法生产铜合金粉,楚广等[11]采用自悬浮定向流法制备了纳米铜粉,张锡凤等[12]采用水热合成法制备纳米铜粉。本文作者采用超声场辅助矿浆电解法制备超细铜粉。矿浆电解是一种很有发展前景的湿法冶金工艺,在很多领域已得到广泛应用,如王维熙等[13]研究了利用矿浆电解从复杂银精矿中提取银。通常而言,矿浆电解得到的阴极金属粉末为几十微米或几百微米的普通粉末,颗粒粗、且形状多为海绵状或树枝状、粒度分布不均匀,这种粉末一般不能直接作为最终产品使用。超声作用在许多领域得到广泛应用,如符剑刚等[14]通过超声强化电氧化法分解辉钼矿,刘丽等[15]研究了超声作用对芳纶纤维表面性质的影响,SAITO等[16]研究了超声波在探针上的应用,RAMIREZ等[17]研究了超声作用对材料结构和性能的影响。在超声电解中,通过超声波作用,电解液在电极表面的流动情况可得到改变,提高电流效率。由于超声波作用,矿浆电解过程浓差极化基本消除,阴极表面浓度接近整个溶液的浓度,从而消除阴极钝化现象,这对于提高制粉效率、改善粉体的分散性具有显著作用。

以上铜精矿经机械活化预处理后可作为矿浆电解的原料。机械活化是一种有效的预处理方法,李运姣等[18]采用机械活化与湿化学集成的方法,在水溶液中直接合成结晶态的尖晶石锂锰氧化物;邹俭鹏等[19]的研究表明,黄铁矿经机械活化预处理后,其活性提高,浸出率提高。本文作者采用机械活化对铜精矿进行预处理,以消除铜精矿中浮选药剂对后续铜粉制备的影响及提高铜精矿的浸出率。

 

1  实验

 

1.1    实验原料与装置

实验原料采用某矿山选矿厂的铜精矿,该铜精矿的主要矿物为黄铜矿和黄铁矿,辉铜矿次之,再次为砷黝铜矿和斑铜矿等,铜精矿的主要成分分析结果如表1所列。

表1  铜精矿的主要化学成分

Table 1  Compositions of copper concentrate (mass fraction, %)

预处理后铜精矿的大小和形貌如图1所示。

图1  铜精矿的SEM像

Fig.1  SEM image of copper concentrate

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