专利名称：一种超细铜粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超细粉体材料及其生产方法，特别涉及一种超细铜粉及其生产方法。
背景技术：
金属超细微粒具有大的比表面、高的表面能，使它具有许多奇特的物理化学性质， 在冶金、化工、轻工、电子、国防、核技术和航空航天等领域具有极其重要的应用价值。如超 细铜粉可作化工涂料、颜料、高效催化剂、导电涂料，还可用作导电复合材料原料、电极材 料、添加剂等用途广泛。现有技术中生产超细铜粉的原料有很多，如铜精矿、废催化剂、废铜和硫酸铜等。 而在金属铅锌的生产过程中常常有富含铜的渣产生，如湿法炼锌过程中产生大量的铜渣， 这些铜渣是可以利用的资源，但由于铜渣中含有Fe、As、Pb等杂质，一直以来该铜渣只作为 生产粗铜或电铜的原料使用，未用于生产铜粉，其原因在于现有技术中的超细铜粉生产方 法无法直接以该铜渣为原料，还存在以下技术难题即如何去除铜渣中的极大部分的Fe、 As、Pb等杂质，满足超细铜粉成分对Fe、As、Pb等杂质的要求，如何具有工业化生产的经济 可行性。现有技术中超细铜粉的制备方法根据原料状态可分为固相法、气相法和液相法。 固相法均要通过机械粉碎、高能球磨步骤，具有能耗高、粉尘大、粒度难以控制的缺点，同时 在粉碎、球磨的过程中易混入杂质；气相法包括气体蒸发法也即气相沉积法和化学气相反 应法，由于此法采用的原料气体比较昂贵，设备复杂，反应条件要求较高，产量比较小，制备 成本较高，难以形成工业应用。制备铜粉研究和应用最多的方法是液相法，而液相还原法又 是液相法制备铜粉研究和应用最广的，此法具有是设备简单，工艺流程短，产量大，易工业 化生产的优点，但铜粉易氧化是其最大缺点，其次合成工艺和还原剂的选择也是关键，现有 技术为此进行了以下研究中国专利200810162684. X公开了一种抗氧化细铜粉的制备方法，它是以可溶性 二价铜盐为起始原料，加入分散剂和微量添加剂，用水合胼做还原剂经两段还原得到纯铜 粉，水合胼是较好的还原剂，还原后不会引入新的杂质，常用作制备铜粉的还原剂，但是由 于该法需加入分散剂及添加剂，带入了一定的杂质，且起始原料价格相对较高，不具有工业 化生产的经济可行性。中国专利200810097400. 3公开了一种球形超细铜粉的制备方法， 它是以铜盐为起始原料，加入分散剂，先经葡萄糖预还原，再经水合胼还原得到粒度为1 5 μ m的球形铜粉，该法因加入分散剂，带入了一定的杂质，同样也存在起始原料不经济，粒 度较粗的缺点。中国专利02117719. 8公开了以废铜为原料化学法制备微米级超细铜粉的 工艺方法，它是以废铜为起始原料，在空气作用下溶于氨水和酸，然后再鼓入空气，沉淀分 离出CuOH与铜氨溶液，再将CuOH酸化得到铜粉，该法铜直收率不高，难以应用于工业化生 产。综上所述，现有技术中的上述超细铜粉的方法还存在原料不经济，外观质量、抗氧化能力有待改进，粒度尚未达Ι.Ομπι以下，生产过程中易混入杂质的问题，无法适应于采 用湿法炼锌铜渣为原料进行生产，需进一步探索。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种超细铜粉的制备方法，它可利 用湿法炼锌产出的铜渣为原料，具有原料易得、工艺简单、质量较高、成本较低、铜的回收率 在95%的优点。本发明的另一目的在于提供一种超细铜粉，它采用上述方法生产，是外观为铜金 属亮红色，平均粒度为0. 2 0. 6 μ m，纯度为99. 7%以上的片状超细铜粉。本发明的技术方案是先将铜渣在硫酸溶液进行浸泡预处理，过滤、烘干，然后进行氧化焙烧，得到焙烧 铜渣，将焙烧铜渣采用硫酸溶液浸出，得到的浸出液为硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液中加入碱 进行净化处理并调节净化后硫酸铜溶液的PH值，然后向硫酸铜溶液中加入葡萄糖进行预 还原，得到氧化亚铜沉淀，向氧化亚铜沉淀中加入水合胼溶液进行还原反应，得到固体还原 铜粉，将固体还原铜粉过滤洗涤，干燥，然后进行抛光处理，得到超细铜粉。作为对本发明的进一步改进，所述的浸泡预处理硫酸浓度为5 10g/L，所述的浸 泡预处理时间为10 50分钟。作为对本发明的进一步改进，所述的预处理铜渣氧化焙烧温度为400 700°C，所 述的氧化焙烧时间为2 6h。作为对本发明的进一步改进，所述的焙烧铜渣采用硫酸浸出，所述的焙烧铜渣的 硫酸浸出反应终点控制硫酸浓度为5 20g/L。作为对本发明的进一步改进，所述的硫酸铜溶液净化步骤加入的碱为氢氧化钠， 净化后硫酸铜溶液的PH值控制为3. 5 4. 5。作为对本发明的进一步改进，所述的硫酸铜溶液预还原步骤是在控制硫酸铜溶液 初始浓度，在不断搅拌的条件下，用氢氧化钠调节PH为11 14，然后加入葡萄糖，反应温度 为60 95°C，预还原时间为60 150分钟。作为对本发明的进一步改进，所述的硫酸铜溶液的初始浓度为0. 3 1. 2mol/L。作为对本发明的进一步改进，所述的葡萄糖按0. 075 0. 3mol/L的量加入。作为对本发明的进一步改进，所述的还原反应步骤中水合胼溶液按水合胼与水的 体积比为1 2 1 10混合配制，所述的还原反应的反应温度为30 80°C，水合胼溶液 加完后的反应时间为15 30分钟。作为对本发明的进一步改进，所述的干燥步骤是将还原铜粉干燥1 3小时，干燥 温度为70 90°C。作为对本发明的进一步改进，所述的抛光步骤是以油酸与四甲苯为抛光剂，置于 行星式球磨机中球磨抛光3 15h。一种超细铜粉，它采用湿法炼锌铜渣为原料，采用上述的方法制备，所述的超细铜 粉的外观为铜金属亮红色，平均粒度为0. 2 0. 6 μ m，纯度为99. 7%以上的片状超细铜粉。本发明的反应原理为Zn+H2S04 = ZnS04+H2 个
Fe203+3H2S04 = Fe2 (SO4) 3+3H202Cu+02 = 2Cu0CuCHH2SO4 = CuS04+H20Fe2 (SO4) 3+6Na0H = 3Na2S04+2Fe (OH) 3 I2Cu2++50F+C6H12O6 = Cu2O 丨 +C5H1 ACOO^SH2O2Cu20+N2H4 = 4Cu+N2 +2H20本发明的有益效果在于本发明针对湿法炼锌铜渣中杂质含量高的特点，设置有硫酸溶液浸泡预处理步骤 进行初步除杂，可以使铜渣中的Zn和部分Fe、As被溶解于硫酸溶液中，而将铜仍然保留于 固体铜渣中，实现铜与大部分杂质的分离。本发明对铜渣进行浸出后，可使铜从固体原料中转移到液体原料中来，以适应液 相法生产，浸出步骤所得到的硫酸铜溶液经净化处理，pH为3. 5时可将溶液中的Fe3+完全 转为沉淀，同时将As也沉淀下来，因此加氢氧化钠净化，可进一步将硫酸铜溶液中的Fe、As 浓度降低至0. 01g/L以下，达到基本除去Fe、As等杂质的目的。本发明将净化所得硫酸铜溶液分两步进行还原反应，即先经葡萄糖预还原，得到 氧化亚铜，再在氧化亚铜的基础上还原得到铜粉，因其铜粉粒度分布均勻，难以被氧化。通 过控制硫酸铜溶液的浓度、葡萄糖的用量和水合胼的浓度，可控制两次还原合成反应的反 应速度，从而使所得到的产品粒度细化且均勻，铜粉经抛光处理，可使铜粉的亮度增加，抛 光剂同时具有抗氧化作用，附在铜粉表面，可以保护铜粉避免被氧化，粒度也变细，可得到 粒度为0. 2 0. 6 μ m的超细铜粉，不仅能适应冶金工业用铜粉的使用要求，还能适应化工 涂料、颜料用铜粉的严格要求。本发明无需采用分散剂，可以避免杂质的引入，保证产品的 纯度。本发明铜回收收率高，可达95%以上，并且具有原料经济、成本低、工艺简单的优 点，实现了以成本低、来源广的湿法炼锌铜渣生产超细铜粉的方法，具有工业化大生产的经 济可行性。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式实施例1—种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经10g/L的硫酸溶液浸泡lOmin，过滤烘干，在400°C的条件下 焙烧6h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为20g/L的条件下进行浸出，得到310g浸出渣，浸出渣 含铜0. 72%，铜的浸出率为99. 08%。取硫酸铜浸出液用氢氧化钠净化，调节pH值至3. 5， 取部分净化后液配成含铜为0. 3mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLO. 3mol/L的硫酸铜溶液中加氢氧化钠调pH值至11， 然后加入14. 8g葡萄糖粉末，控制反应温度为60°C，反应时间为150min，得到氧化亚铜沉 淀。
在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 4) 380mL,控制反应温度为30°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。红 色沉淀在干燥箱中干燥2小时，干燥温度为70°C，取出，冷却，得铜粉19. lg，铜的转化率为 99. 23%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨3h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 71%，铜粉平均粒度为0. 58 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 26%。实施例2一种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经10g/L的硫酸溶液浸泡20min，过滤烘干，在500°C的条件下 焙烧5h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为15g/L的条件下进行浸出，得到308g浸出渣，渣含铜 0. 65%，铜的浸出率99. 27%。取浸出液用氢氧化钠净化，调pH值至3. 5，取部分净化后液 配成含铜为0. 3mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLO. 3mol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至12，然后 加入14. 8g葡萄糖粉末，控制反应温度为70°C，反应时间为130min，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 5) 450mL,控制反应温度为50°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。红 色沉淀在干燥箱中干燥3小时，干燥温度为70°C，取出，冷却，得铜粉19. 15g，铜的转化率为 99. 39%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨5h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 73%，铜粉平均粒度为0. 50 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 63%。实施例3一种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经8g/L的硫酸溶液浸泡30min，过滤烘干，在550°C的条件下 焙烧4. 5h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为15g/L的条件下进行浸出，得到311g浸出渣，渣含 铜0. 62%，铜的浸出率99. 36%。取浸出液用氢氧化钠净化，调pH值至4. 0，取部分净化后 液配成含铜为0. 5mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLO. 5mol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至13，然后 加入24. Sg葡萄糖粉末，控制反应温度为80°C，反应时间为lOOmin，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 5) 750mL，控制反应温度为70°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。红 色沉淀在干燥箱中干燥1. 5小时，干燥温度为80°C，取出，冷却，得铜粉31. 8g，铜的转化率 为 99. 41%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨8h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 74%，铜粉平均粒度为0. 45 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 67%。实施例4从实施例3中取部分净化后液配成含铜为0. 5mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLO. 5mol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至13，然后 加入24. Sg葡萄糖粉末，控制反应温度为95°C，反应时间为70min，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 6) 860mL,控制反应温度为80°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。红 色沉淀在干燥箱中干燥1小时，干燥温度为90°C，取出，冷却，得铜粉31. 9g，铜的转化率为 99. 47%o干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨15h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 76%，铜粉平均粒度为0. 20 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 68%。实施例5—种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经8g/L的硫酸溶液浸泡40min，过滤烘干，在600°C的条件下 焙烧3. 5h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为15g/L的条件下进行浸出，得到307g浸出渣，渣含 铜0. 60%，铜的浸出率99. 39%。取浸出液用氢氧化钠净化，调pH值至4. 0，取部分净化后 液配成含铜为0. 8mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLO. 8mol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至14，然后 加入39. 6g葡萄糖粉末，控制反应温度为90°C，反应时间为90min，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 6) 1390mL，控制反应温度为80°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。 红色沉淀在干燥箱中干燥1. 5小时，干燥温度为80°C，取出，冷却，得铜粉50. 95g，铜的转化 率为 99. 30%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨12h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 79%，铜粉平均粒度为0. 28 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 58%。实施例6一种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经8g/L的硫酸溶液浸泡40min，过滤烘干，在650°C的条件下 焙烧3h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为20g/L的条件下进行浸出，得到305g浸出渣，渣含铜 0. 58%，铜的浸出率99. 45%。取浸出液用氢氧化钠净化，调pH值至4. 0，取部分净化后液 配成含铜为1. Omol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLl. Omol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至14，然后 加入49. 5g葡萄糖粉末，控制反应温度为85°C，反应时间为lOOmin，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 8) 2200mL，控制反应温度为80°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。 红色沉淀在干燥箱中干燥1小时，干燥温度为90°C，取出，冷却，得铜粉63. 51g，铜的转化率 为 99. 03%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨12h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 78%，铜粉平均粒度为0. 39 μ m。整个过程铜的回收率为95. 56%。实施例7一种超细铜粉及其制备方法，工艺流程如图1所示，它以湿法炼锌铜渣为原料，它 将IOOOg含铜45. 38%的铜渣经5g/L的硫酸溶液浸泡50min，过滤烘干，在700°C的条件下 焙烧2h，焙烧后铜渣在控制终点酸度为20g/L的条件下进行浸出，得到306g浸出渣，渣含铜 0. 55%，铜的浸出率99. 49%。取浸出液用氢氧化钠净化，调pH值至4. 5，取部分净化后液 配成含铜为1. 2mol/L的硫酸铜溶液约IOOOmL待用。在不断搅拌条件下，往IOOOmLl. 2mol/L的硫酸铜溶液加氢氧化钠调pH至14，然后 加入49. 5g葡萄糖粉末，控制反应温度为95°C，反应时间为60min，得到氧化亚铜沉淀。在不断搅拌条件下，往氧化亚铜滴入配好的水合胼溶液(水合胼与水体积比为 1 10) 3200mL,控制反应温度为80°C，滴完后再反应15分钟，过滤洗涤，得到红色的沉淀。 红色沉淀在干燥箱中干燥2小时，干燥温度为80°C，取出，冷却，得铜粉76. 3g,铜的转化率 为 99. 10%。干燥冷却后的铜粉与油酸及四甲苯混合，置于行星式球磨机中球磨10h，得到铜金 属亮红色的超细铜粉，送样检测含铜99. 79%，铜粉平均粒度为0. 35 μ m。整个过程铜的回 收率为95. 61%。
8
权利要求
一种超细铜粉的制备方法，它以湿法炼锌所产生的铜渣为原料，其特征在于它的生产步骤为先将铜渣在硫酸溶液进行浸泡预处理，过滤、烘干，然后进行氧化焙烧，得到焙烧铜渣，将焙烧铜渣采用硫酸溶液浸出，得到的浸出液为硫酸铜溶液，向硫酸铜溶液中加入碱进行净化处理并调节净化后硫酸铜溶液的pH值，然后向硫酸铜溶液中加入葡萄糖进行预还原，得到氧化亚铜沉淀，向氧化亚铜沉淀中加入水合肼溶液进行还原反应，得到固体还原铜粉，将固体还原铜粉过滤洗涤，干燥，然后进行抛光处理，得到超细铜粉。
2.根据权利要求1所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的浸泡预处理用硫 酸溶液的浓度为5 10g/L，所述的浸泡预处理时间为10 50分钟。
3.根据权利要1或2所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的铜渣氧化焙烧 温度为400 700°C，氧化焙烧时间为2 6h。
4.根据权利要3所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的焙烧铜渣的硫酸浸 出反应终点控制硫酸浓度为5 20g/L。
5.根据权利要1或4所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的硫酸铜溶液净 化步骤加入的碱为氢氧化钠，净化后硫酸铜溶液的PH值控制为3. 5 4. 5。
6.根据权利要5所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的硫酸铜溶液预还原 步骤中控制硫酸铜溶液初始浓度为0. 3 1. 2mol/L，在不断搅拌的条件下，用氢氧化钠调 节硫酸铜溶液的pH为11 14，所述的葡萄糖的加入重量按0. 075 0. 3mol/L计算，反应 温度为60 95°C，预还原反应时间为60 150分钟。
7.根据权利要1或6所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的还原反应步骤 中水合胼溶液按水合胼与水的体积比为1 2 1 10混合配制，所述的还原反应的反应 温度为30 80°C，水合胼溶液加完后的反应时间为15 30分钟。
8.根据权利要1或7所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的干燥步骤是将 还原铜粉干燥1 3小时，干燥温度为70 90°C。
9.根据权利要1或8所述的超细铜粉的制备方法，其特征在于所述的抛光步骤是以 油酸与四甲苯为抛光剂，进行球磨抛光3 15h。
10.一种超细铜粉，其特征在于它采用权利要求1-9任一项所述的方法制备，所述的 超细铜粉的外观为铜金属亮红色，平均粒度为0. 2 0. 6 μ m，纯度为99. 7%以上的片状超 细铜粉。
全文摘要
一种超细铜粉的制备方法，它以湿法炼锌所产生的铜渣为原料，其特征在于它的生产步骤为先将铜渣在硫酸溶液进行浸泡预处理，过滤、烘干，然后进行氧化焙烧，得到焙烧铜渣，将焙烧铜渣采用硫酸溶液浸出，得到的浸出液为硫酸铜溶液，将硫酸铜溶液进行净化处理，调节净化后硫酸铜溶液的pH值，然后向硫酸铜溶液中加入葡萄糖进行预还原，得到氧化亚铜沉淀，往氧化亚铜沉淀中加入水合肼溶液进行还原反应，得到固体还原铜粉，将固体还原铜粉过滤洗涤，干燥，然后进行抛光处理，得到超细铜粉。本发明铜回收收率可达95％以上，工艺简单，实现了以成本低、来源广的湿法炼锌铜渣生产超细铜粉，具有工业化大生产的经济可行性。
文档编号C22B1/02GK101890505SQ20101023227
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者刘一宁, 周萍, 廖贻鹏, 林文军, 窦传龙, 赵为上 申请人:株洲冶炼集团股份有限公司