专利名称：一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法
技术领域：
本发明涉及一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，特别是一种利用含铜 废液作为原料，采用化学置换法制备铜铁复合粉的环保、节能、低成本的生产 工艺，主要应用于金刚石工具、粉末冶金、摩擦材料等行业。
背景技术：
在印刷电路板生产和电解铜企业生产中排放的废水中含有铜离子，在铜冶 炼厂和雾化制粉等企业的生产中大量含铜废渣被当成废物丢弃，这些废弃物直接排放或扔掉不仅使环境遭受严重污染，也造成极大浪费。铜是重要的有色金 属，它在应用上仅次于钢和铁，我国目前还是铜的进口国，在生态环境日益遭 到破坏和自然资源严重匮乏的今天，充分利用和开发含铜废液和含铜弃渣资源 具有较好的环境效益和社会效益。
在印刷电路板生产工艺流程中，磨板、弱腐蚀、电镀铜等工序排放的废蚀
刻液含有大量铜离子。据统计，我国现有印刷电路板企业iooo多家，平均日
产生含铜废蚀刻液2500 3000立方米，每立方含140 150公斤的铜，每日能 从废液中回收金属铜450吨， 一年能回收铜13.5万吨，相当于10多个年产万 吨铜厂的年生产量，每年有60亿元的铜再生产值，为国家增加税收10亿元。 国内很多电解铜和电解铜粉生产厂家电解废液中铜离子浓度最高达到12g/l， 大部分企业仅仅加入碱性物质(如氢氧化钠、石灰石等)将废液酸度处理到 中性，便排放，造成大量铜资源的浪费。如何处理这些废液，使其变废为宝也 具有良好的经济效益。
铜铁复合粉国内外需求量大，广泛用于制造粉末冶金含油轴承、摩擦材料 以及金刚石工具中的粘结相材料。利用化学法生产的铜铁复合粉，其结构特点 是以铁粉为核心，表面被纯铜均匀致密地包覆着；其制品主要特点是无铅、 抗冲蚀性、低成本、降低粉末冶金产品的重量等，可替代含油轴承铜粉、青铜粉(如含Pb为3X的663粉)，铁铜混合粉。
其特性在含油轴承制造方面，克服了其他粉末(如以物理扩散的方式 把铜包覆在铁粉颗粒的表面的铁铜混合粉)加工生产含油轴承时易偏析，力学 性能不稳定、制品合格率低的缺点，具有易于合金化，使用过程中不发生偏析， 性价比高，制品综合性能优良等优点。
在金刚石工具制造中，将该复合粉末同其他粉末，如，电解铜粉、Co粉、 羰基铁粉及金刚石等相混合，经热压烧结制成金刚石切割锯片。具有以下特性:
1. 铁粉外层均匀包覆铜后，就不存在铁粉与铜粉混合的成份偏析，经过烧
结或热压后Fe-Cu合金化程度提高，从而增加胎体的机械性能。
2. 通过铜层的过镀，使胎体材料中的各种粉末在烧结或热压形成更多共融
区，能更好地与金刚石浸润粘接。
3. 可以避开烧结(热压)铁粉对金刚石的侵蚀而造成金刚石的强度降低。
4. 胎体材料中粉末颗粒之间是以铜与铜热压焊合，改善传热通道，提高胎 体材料热导率。
5. 热压烧结，实际上通过铜包铁粉外层铜来完成，因此，可以降低几十度 的烧结温度，从而降低能耗及有效保护金刚石颗粒的强度。
目前，铜铁复合粉生产工艺主要是采用硫酸铜和铁粉作原料，在一定的温 度下，加入特定的稳定剂，将硫酸铜溶液中的铜置换到铁粉颗粒上。其工艺复 杂，每公斤成本在17 20元，而且产生的FeS(X废液处理工艺复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，特别是一 种采用化学置换法制备铜铁复合粉的环保、节能、低成本的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其步骤如下
(1) 原料选择含铜废液和铁粉；
(2) 预处理将含铜废液过滤除去固体杂质，然后用氨水中和，得PH值 为6-8的含铜废液；
(3) 化学置换反应用酸调整步骤(2)所述含铜废液的PH为3-4，然后 加入铁粉并搅拌，室温下反应20-30分钟，得沉淀，上清液回收备用；
(4) 将步骤(3)所得沉淀产物用水洗涤，再用热皂液浸泡10-20分钟后， 用水洗净；(5)干燥经过脱水，还原千燥2 3小时，得铜铁复合粉。
一种优选技术方案，其特征在于所用的含铜废液为电解废液，或印刷电 路板蚀刻液，或含铜弃渣溶解于酸所得。
所述含铜废液一般为CuS(X废液或者CuCl2废液，最常用CuSCn废液。含铜 废液中允许少量的Zn 、 Fe 、 Ni等金属离子的存在。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(2)预处理之后的含铜废液的铜离子浓度为0.08mol/l 0.48mol/l;该含铜废液的体积与步骤(3)所加 入的铁粉的重量之间的计算关系为加入的铁粉重量=0. 312X该含铜废液中铜 离子摩尔浓度(mo1/1) X该含铜废液的体积。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(2)处理之后的含铜废液的 铜离子浓度最好为O. 24 mo1/1 0. 48 mo1/1，该含铜废液的体积与步骤(3) 所加入的铁粉的重量之间的计算关系为加入的铁粉重量-0.312X该含铜废液 中铜离子摩尔浓度(mo1/1) X该含铜废液的体积。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(3)所用酸为醋酸，其加入 量为当所述步骤(2)处理之前的含铜废液的铜离子浓度在0.08mo1/1 0.2 raol/l之间时，每升溶液加入5 6ml醋酸；当所述步骤(2)处理之前的含铜 废液的铜离子浓度在0. 24mol/l 0. 28 mol/1之间时，每升溶液加入8 10ml 醋酸；当所述步骤(2)处理之前的含铜废液的铜离子浓度在0.32mo1/1 0.48 mol/1之间时，每升溶液加入15 20ml醋酸。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(4)中的所述用水洗涤中所 述的水为去离子水，洗涤数遍，直到洗涤液中没有50/-存在为止；所述热皂液 中肥皂的加入比例为100kg铜铁复合粉中加50 150g肥皂。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉的 干燥还原时的温度在450℃ 580℃之间。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉为 -100目或-200目，铜含量为18 22重量％。
一种优选技术方案，其特征在于将所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉 末的筛上物，机械破碎成-100目或-200目的粉末加入到配置好的硫酸铜溶液 中，然后再重复权利要求l中的步骤(3) - (4)。
一种优选技术方案，其特征在于所述硫酸铜溶液中硫酸铜的量为加入的
破碎后的粉末重量的0. 2 0. 5倍。
一种优选技术方案，其特征在于所得铜铁复合粉为-100目或-200目，铜 含量为25 30重量％。
本发明的工艺原料为含铜废液，通过简单的置换还原反应在室温下生产铜 铁复合粉，不仅变废为宝，而且生产成本低。特别是工艺流程中产生的铁盐反 应产物可作为生产另一种金刚石工具用的超细FeCu系列粉末的原料，并且由 废液带进上清液中少量的Zn 、 Fe、 Ni等金属离子，是超细FeCu系列粉末中 有益元素。所以，本发明涉及的工艺具有简单合理、操作性强、环保、节能、 低成本的优点。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围 的限制。
具体实施例方式
实施例1:
过滤掉电解废液中固体杂质，取电解废液1000升，铜离子浓度为0.2 陽1/1，用氨水中和废液pH值至6.5;处理后的废液中加入6升的醋酸，搅拌 均匀，其pH值为3.5;在溶液中加入63kg， -200目的还原铁粉(松比为2.35 g/cm:i),搅拌反应30分钟，沉淀后将上清液回收备用，沉淀后的粉末用去离子 水洗涤，直到洗涤液中没有SO,存在，然后用热皂液(含肥皂100g)浸泡20 分钟，洗干净后，脱水处理，干燥还原粉末，最后筛分，包装，并作防氧化处 理。即制得-200目铜铁复合粉64.6kg，铜含量为20.5%，松比为1.90 g/W。
实施例2:
过滤掉印刷电路板等蚀刻液中固体杂质，取电解废液2000升，铜离子浓 度为0.35 mo1/1，升，用氨水中和酸液pH值至6.0;处理后的废液中加入35 升的醋酸，搅拌均匀，其pH值为3.0;在溶液中加入219kg， -200目的还原 铁粉(松比为2.5 g/cm3)，搅拌反应28分钟，沉淀后将上清液回收备用，沉 淀后的粉末用去离子水洗涤，直到洗漆液中没有SO/—等杂质存在，然后用热皂 液(含肥皂250g)浸泡20分钟，洗干净后，脱水处理，干燥还原粉末，最后 筛分，包装，并作防氧化处理。即制得-200目铜铁复合粉224kg，铜含量为 19.8%，松比为2.05 g/cm3。
实施例3:
雾化制粉中频炉产生的含铜废渣，经硫酸处理后得到的含铜废液，过滤掉 废液中固体杂质，取2000升，铜离子浓度为0.45mol/l，用氨水中和酸液pH 值至8;处理后的废液中加入40升的醋酸，搅拌均匀，其pH值为4.0;在溶 液中加入281kg， -IOO目的还原铁粉(松比为2.7g/cm"，搅拌反应25分钟， 沉淀后将上清液回收备用，沉淀后的粉末用去离子水洗涤，直到洗涤液中没有 SO,等杂质存在，然后用热皂液(含肥皂250g)浸泡20分钟，洗干净后，脱 水处理，千燥还原粉末，最后筛分，包装，并作防氧化处理。即制得-100目铜 铁复合粉287kg，铜含量为21.5%，松比为2.3 g/cm3。
实施例4:
将实施例3所制备的含铜19. 5%的铜铁复合粉破碎后，筛分成-100目的粉 末，取100kg。配制CuS0.,溶液500升，含硫酸铜30kg，在CuSO.,溶液加入醋酸 7.5升，搅拌均匀；将100kg， -IOO目的破碎粉末，加入到溶液中，搅拌反应 20分钟，沉淀后将上清液回收备用，沉淀后的粉末用去离子水洗涤，直到洗涤 液中没有50/-存在，然后用热皂水(含肥皂150g)浸泡20分钟，洗干净后， 脱水处理，干燥还原粉末，最后筛分，包装，并作防氧化处理。即制得-100 目铜铁复合粉105.5kg，铜含量为27.6%。
权利要求
1、一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其步骤如下(1)原料选择含铜废液和铁粉；(2)预处理将含铜废液过滤除去固体杂质，然后用氨水中和，得PH值为6-8的含铜废液；(3)化学置换反应用酸调整步骤(2)所得含铜废液的PH为3-4，然后加入铁粉并搅拌，室温下反应20-30分钟，得沉淀，上清液回收备用；(4)将步骤(3)所得沉淀产物用水洗涤，再用热皂液浸泡10-20分钟，用水洗净；经过脱水，还原干燥2～3小时，得铜铁复合粉。
2、 如权利要求l所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所述步骤(1)所述含铜废液为电解废液，或印刷电路板蚀刻液，或含铜弃渣 溶解于酸所得。
3、 如权利要求2所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所述步骤(2)预处理之后的含铜废液的铜离子浓度为0. 08mol/l 0. 48mol/l， 该含铜废液的体积与步骤(3)所加入的铁粉的重量之间的计算关系为加入 的铁粉重量-0.312X该含铜废液中铜离子摩尔浓度(mol/1) X该含铜废液的 体积。
4、 如权利要求l所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于:所述步骤(2)处理之后的含铜废液的铜离子浓度为0.24mol/l 0.48mol/l， 该含铜废液的体积与步骤(3)所加入的铁粉的重量之间的计算关系为加入 的铁粉重量-0.312X该含铜废液中铜离子摩尔浓度(mol/1) X该含铜废液的 体积。
5、 如权利要求l所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所述步骤(3)所用酸为醋酸，其加入量为当所述步骤(2)处理之前的含铜废液的铜离子浓度在0. 08mol/l 0. 2 mol/1之间时，每升溶液加入5 6ml醋 酸；当所述步骤(2)处理之前的含铜废液的铜离子浓度在0.24mol/l 0.28 mol/1之间时，每升溶液加入8 10ral醋酸；当所述步骤(2)处理之前的含铜 废液的铜离子浓度在0. 32molA 0. 48 mol/'l之间时，每升溶液加入15 20ml 醋酸。
6、 如权利要求1所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于 所述步骤U)中的所述用水洗涤中所述的水为去离子水，洗涤数遍，直到洗涤液中没有SO.广存在为止；所述热皂液中肥皂的加入比例为100kg铜铁复合粉中加50 150g肥皂。
7、 如权利要求l所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于:所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉的干燥还原时的温度在45(TC 58(TC之间。
8、 如权利要求l所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉为-100目或-200目，铜含量为1S 22重
9、 如权利要求8所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于 将所述步骤(4)中的所得铜铁复合粉末的筛上物，机械破碎成-100目或-200 目的粉末加入到配置好的硫酸铜溶液中，然后再重复权利要求1中的步骤(3) - (4)。
10、 如权利要求9所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所述硫酸铜溶液中硫酸铜的量为加入的破碎后的粉末重量的0. 2 0. 5倍。
11、 如权利要求9所述的用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其特征在于: 所得铜铁复合粉为-100目或-200目，铜含量为25 30重量％。
全文摘要
本发明涉及一种用含铜废液制备铜铁复合粉的方法，其步骤如下(1)原料选择含铜废液和铁粉；(2)预处理将含铜废液过滤除去固体杂质，然后用氨水中和，得pH值为6-8的含铜废液；(3)化学置换反应用酸调整步骤(2)所得含铜废液的pH为3-4，然后加入铁粉并搅拌，室温下反应20-30分钟，得沉淀，上清液回收备用；(4)将步骤(3)所得沉淀产物用水洗涤，再用热皂液浸泡10-20分钟后，用水洗净；(5)经过脱水，干燥还原2～3小时，得铜铁复合粉。本发明的工艺可使含铜废液变废为宝，通过简单的置换还原反应在室温下生产铜铁复合粉，特别是工艺流程中产生的铁盐反应产物可作为生产另一种金刚石工具用超细FeCu系列粉末的原料。整个工艺具有简单合理、操作性强、环保、低成本等优点。
文档编号B22F9/24GK101200003SQ20061016505
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者万新梁, 鹏 刘, 庞鹏沙, 张敬国, 张景怀, 杨中元, 汪礼敏, 王林山, 闫世凯 申请人:北京有色金属研究总院