一种具有超低松装密度的海石花状电解铜粉及其制备方法与流程

1.本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种具有超低松装密度的海石花状电解铜粉及其制备方法。


背景技术：

2.目前，生产铜粉的主要方法包括电解法和雾化法。此外，还可通过物理法或化学法等方式来生产特种用途的铜粉。通过不同工艺生产的铜粉的形貌、松装密度不同，应用领域也不同，其中雾化铜粉的松装密度通常为2.0～5.0g/cm3，电解铜粉的松装密度通常为0.8～2.8g/cm3。通常将松装密度为0.8～1.4g/cm3的铜粉称为低松装密度电解铜粉。电碳、电子浆料等行业要求具有良好的导电性和耐磨性，因此要求电解粉末表面积大、松装密度低、成形性好，这样可以保证用尽量少的电解铜粉达到高导电性及耐磨性。目前，低松装密度电解铜粉的产量低，生产难度大，国内市场产品与国际先进水平仍有差距。
3.cn104475722a公开了一种低松比电解铜粉的生产方法，其通过在电解液中添加浓度为0.005～0.05g/l的氯离子，制得了松装密度为0.6～1.0/cm3的高树枝状电解铜粉。然而，该方法制得的电解铜粉的松装密度仍偏高，导致使用时用量偏高，增加成本。
4.因此，需要开发一种具有超低松装密度的电解铜粉及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种具有超低松装密度的电解铜粉，其松装密度小于0.6g/cm3，相比现有的电解铜粉，松装密度更低，因而可以减少电解铜粉在实际生产中的用量，降低成本。
6.本发明还提供所述电解铜粉的制备方法，该方法通过在电解液中添加锌离子，制得了海石花状电解铜粉，其具有小于0.6g/cm3的超低松装密度。
7.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
8.一种电解铜粉，其松装密度小于0.6g/cm3，呈海石花状。
9.优选地，所述电解铜粉的松装密度为0.5g/cm3以下。所述电解铜粉的微观形貌为枝晶分枝发达的海石花状，并且枝晶分枝清晰可见。
10.优选地，所述电解铜粉为通过80-325目筛(例如80目筛、150目筛、200目筛或325目筛)得到的铜粉。
11.一种电解铜粉的制备方法，包括：
12.在包括阳极和阴极的电解装置中，在含有铜离子和锌离子的电解液中通电流以进行电解，使铜离子在所述阴极析出，从而得到电解铜粉。
13.优选地，所述锌离子的浓度为0.01～0.5g/l，优选为0.01-0.2g/l，更优选为0.02-0.16g/l。
14.优选地，所述锌离子来自水溶性锌盐。所述水溶性锌盐可为硫酸锌、硝酸锌或氯化锌。由于当电解液中含有氯离子时，阳极会析出有毒氯气，经呼吸道吸入人体后会对上呼吸
道黏膜造成损害，甚至危及生命，因此，本发明的水溶性锌盐优选为硫酸锌或硝酸锌。
15.优选地，所述电解液可为酸性电解液或中性电解液，优选为酸性电解液。酸性电解液的导电性更好，有利于加快电解铜粉的生产速率。
16.优选地，所述酸性电解液含有硫酸、硝酸和盐酸中一种或多种。当所述酸性电解液仅含有硫酸时，硫酸的浓度优选为90～150g/l。
17.当所述酸性电解液仅含有硝酸时，硝酸的浓度优选为55-100g/l。当所述酸性电解液仅含有盐酸时，盐酸的浓度优选为30-60g/l。由于当电解液中含有氯离子时，阳极会析出有毒氯气，因此，所述酸性电解液优选含有硫酸、硝酸或其混合物。
18.在本发明中，所述铜离子可来自水溶性铜盐。在电解过程中，可通过不断地向电解液中补充水溶性铜盐，来控制所述铜离子的浓度在一个合适的范围内。优选地，所述水溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜或氯化铜。由于当电解液中含有氯离子时，阳极会析出有毒氯气，因此，本发明的水溶性铜盐优选为硫酸铜或硝酸铜。
19.或者，可将所述阳极设置为铜电极，所述铜离子由所述铜电极氧化溶解产生。具体地，在电解过程中，所述铜电极上的铜被氧化为铜离子，铜离子进入电解液后向阴极移动，最终在阴极上被还原成铜粉。由于铜离子的消耗速率受多个因素影响，因而导致其消耗速率小于阳极上铜离子的生成速率，从而使得电解液中的铜离子浓度不断增大。为了控制在电解过程中电解液中的铜离子浓度在一个合适的范围内，优选地，通过将所述电解装置与阳极为惰性电极的电解槽串联，来控制所述铜离子的浓度。
20.优选地，在电解过程中，所述铜离子的浓度为6～15g/l。当铜离子浓度过大时，在阴极析出的铜粉松装密度较大，甚至所析出的铜为块状而非粉末状。当铜离子浓度过小时，铜粉的生产效率太低，总耗能增大，不利于大规模工业化生产。
21.优选地，所述惰性电极为石墨电极或铂电极；所述阴极为铜电极、钛电极或钛包铜电极。
22.优选地，电流密度为1000-2000a/m2。
23.相比现有技术，本发明的有益效果：
24.1、本发明提供了一种具有超低松装密度的电解铜粉，其松装密度小于0.6g/cm3，相比现有的电解铜粉，松装密度更低，因而可以减少电解铜粉在实际生产中的用量，降低成本。本发明的电解铜粉的微观形貌明显不同于常规无添加剂制备的铜粉形貌，特别有利于生产电碳制品。
25.2、本发明还提供了所述电解铜粉的制备方法，该方法通过在电解液中添加锌离子，制得了海石花状电解铜粉，其具有小于0.6g/cm3的超低松装密度。
26.3、本发明加入的锌离子在电解过程中不会在阴极上析出，可长期留存在电解液中，因此在生产过程中基本不需要补充锌离子，具有一次添加长期使用的特点，生产成本低。而现有技术是在电解液中添加氯离子，氯离子会在阳极上被氧化为氯气，从而被消耗，因此为了维持氯离子的浓度，需要不断地补充盐酸，大大增加了生产成本。
27.4、本发明无需使用氯离子，避免了在电解过程中在阳极析出氯气，从而避免损害操作人员的身体健康，以及环境污染。
28.5、本发明的制备方法简单、易于操作。
附图说明
29.图1为实施例5的扫描电子显微镜(sem)图。
30.图2为实施例6的扫描电子显微镜图。
31.图3为实施例7的扫描电子显微镜图。
32.图4为对比例1的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
33.为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施例对本发明所述的技术方案做进一步说明，但本发明不仅限于此。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品。本文未记载的试剂、仪器或操作步骤均是本领域普通技术人员可常规确定的内容。
34.实施例1
35.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.02g/l。
36.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.60g/cm3。
37.实施例2
38.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.04g/l。
39.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.56g/cm3。
40.实施例3
41.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.08g/l。
42.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.57g/cm3。
43.实施例4
44.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.12g/l。
45.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.55g/cm3。
46.实施例5
47.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.16g/l。
48.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.55g/cm3。
49.实施例6
50.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.10g/l。
51.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1400a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.52g/cm3。
52.实施例7
53.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合，使所得混合物中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。然后，向所得混合物中添加硫酸锌，制得电解液，其中锌离子的浓度为0.10g/l。
54.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1600a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为0.48g/cm3。
55.对比例1
56.首先，将无水硫酸铜、硫酸和水混合制得电解液，所得电解液中的铜离子浓度为7g/l，硫酸浓度为100g/l。
57.接下来，以铜板为阴极板和阳极板，保持电解液温度为35～45℃，以电流密度1200a/m2，对两极通电进行电解，在阴极上析出电解铜粉。收集阴极析出的铜粉并进行洗涤，过滤和烘干。之后，过80目筛，测试所得铜粉的松装密度为1.20g/cm3。
58.下表1给出了实施例1-7和对比例1的对比结果。
59.表1
[0060][0061]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。