一种超细铜粉的制备方法
【专利摘要】本发明涉及金属粉末制备领域，具体涉及一种超细铜粉的制备方法。将有机磷酸萃取剂与碱混合皂化，皂化后的有机与纯净的铜溶液混合制备得到纯净的含铜磷酸萃取剂有机相，再与草酸盐混合得到超细草酸铜颗粒，得到的超细草酸铜颗粒经过还原性气体还原得到超细铜粉。本发明提供的一种超细铜粉的制备方法，流程短，成本低，铜粉粒度细，纯度高，分散性好。
【专利说明】一种超细铜粉的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及金属粉末制备领域，具体涉及一种超细铜粉的制备方法。
【背景技术】
[0002] 超细铜粉由于其粒径小和比表面积大，具有小尺寸效应、表面界面效应等基本特 征；因此，其具有较高的表面活性、良好的导电和导热性能，是一种重要工业原料，在粉末冶 金、催化剂、润滑剂、导电涂料和电磁屏蔽材料等领域有着广泛的应用。
[0003] 铜粉的生产方法有很多，雾化法、电解法、物理蒸发-冷凝法、机械粉碎法、还原法 等。雾化法又分为气雾化和水雾化，雾化介质是氮气等惰性气体或净化后的自来水，这种工 艺生产的铜粉粒度较大，一般为10微米以上。电解法是工业上常用的生产高纯度树枝状铜 粉的方法，该铜粉粉末粒度和松堆密度范围广，能够满足不同用途的需要；但是，该工艺能 耗较大，粉末活性大，需要还原处理。物理蒸发-冷凝法通过惰性气体在温度梯度的作用下 携带粉末在粉末收集器中对流，使粉末弥散于收集室内并沉淀在收集器内的各种表面，所 用设备昂贵，生产成本高。机械粉碎法是利用高能球磨机等设备将粗铜粉经过长时间的球 磨粉碎而制成小颗粒的铜粉的一种方法，该工艺生产的铜粉粒径分布范围较大，由于铜粉 自身的金属延展性，其最小粒度受到限制，很难达到小于2微米的粒度。
[0004] 还原法就是利用还原剂将高价铜还原为纯铜粉的一种方法，可以分为气相还原法 和液相还原法，液相还原法是目前制备超细铜粉的主要方法，该方法所得铜粉颗粒细小，分 散性好，原料廉价易得，工艺简单。液相还原法制备超细铜粉的报道很多，这些研宄一般是 以二价铜盐为原料，在添加还原剂后，经过一步或两步还原法，将二价铜变成铜粉。但是液 相还原存在以下问题：
[0005] 1.成本高，液相还原剂一般价格贵，且液相还原剂的利用率不高。
[0006] 2. "三废"产生量较大，包括废气、废液等且部分液相还原剂有毒，对人体和环境伤 害较大。
[0007] 3.粒径较大，达到Ium以下的粒径较困难。
[0008] 4.纯度较低，由于液相还原过程中，难免发生副反应，导致纯度低。
[0009] 5.工艺条件较苛刻。部分液相还原过程需要高温高压。
[0010] 因此，开发一种能够制备纯度较高、粒径较小并且分散性好的超细铜粉，并且工艺 简单的超细铜粉制备方法是所属领域的技术难题。
【发明内容】
[0011] 针对以上存在的问题，本发明的目的在于提供一种超细铜粉的制备方法，本方法 流程短，成本低，铜粉粒度细，纯度高，分散性好。
[0012] 本发明采用的技术方案如下：一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下几 个步骤：
[0013] 1)纯净的含铜磷酸萃取剂有机相的制备。将磷酸萃取剂有机相与碱皂化，皂化率 50-75%，再与纯净的铜溶液混合，混合时间为5-60分钟，混合时的溶液平衡pH2. 5-5. 5,混 合温度为20-60°C，再澄清20-60分钟，将水相弃去得到的有机相为纯净的含铜磷酸萃取剂 有机相；
[0014] 2)草酸盐反萃制备草酸铜。将制备的纯净的含铜磷酸萃取剂有机相与草酸盐溶液 混合，混合时间为30-60分钟，混合时的溶液平衡pHO. 5-4. 5,混合温度为20-60°C，再澄清 60-180分钟，将水相与磷酸萃取剂有机相分离，将水相过滤得到超细草酸铜颗粒，而磷酸萃 取剂有机相返回制备纯净的含铜磷酸萃取剂有机相；
[0015] 3)超细草酸铜颗粒的处理。将过滤出的超细草酸铜经过烘干破碎后过200-300目 筛子筛分；
[0016] 4)氢气还原。将筛分后的草酸铜在还原炉内用还原气体还原，还原温度为 250-500°C，还原时间2-10小时，得到超细铜粉；
[0017] 5)超细铜粉的后处理。将超细铜粉在惰性气氛下经过气流破碎，过200-300目筛 子筛分，再真空包装得到超细铜粉。
[0018] 所述步骤1中磷酸萃取剂有机相为二（2-乙基己基）磷酸、乙基己基磷酸单-2-乙 基己酯、二（2, 4, 4-三甲基戊基）次膦酸中的至少一种，碱为氢氧化钠、氢氧化碱、氨水中的 至少一种，磷酸萃取剂有机相与纯净的铜溶液的体积比为1 :〇. 2-0. 5,纯净铜溶液中铜的 浓度为 〇. 1-lmol/l。
[0019] 所述步骤2中草酸盐为草酸、草酸铵、草酸钠、草酸钾中的至少一种，纯净的含 铜磷酸萃取剂有机相与草酸盐溶液体积比1:0. 2-0. 5,草酸盐溶液中草酸根的浓度为 0.l-〇. 5mol/l〇
[0020] 所述步骤3中烘干至超细草酸铜的水分< 1. 0%。
[0021] 所述步骤4中还原气体为氢气、一氧化碳、甲烷中的至少一种，还原气体与超细草 酸铜的质量比为1:0. 1-0. 5。
[0022] 所述步骤5中惰性气氛为氮气、二氧化碳、氩气、氦气中的至少一种。
[0023] 本发明的原理在于：由于磷酸萃取剂可电离出氢离子，氢离子可与溶液中的铜发 生交换反应，使得氢离子进入溶液中，而铜离子进入磷酸萃取剂中，从而达到萃取铜溶液中 的铜的效果，同时，现将磷酸萃取剂中的氢离子与碱反应，碱中的碱金属离子进入磷酸萃取 剂中生成磷酸萃取剂碱金属皂，然后磷酸萃取剂碱金属皂中的碱金属离子与溶液中的铜离 子发生交换反应，铜离子进入磷酸萃取剂中，从而制备出纯净的纯净的含铜磷酸萃取剂有 机相，再与草酸盐溶液混合，铜离子与草酸盐中的草酸根反应生成草酸铜沉淀，由于铜存在 于有机相内，而沉淀剂草酸根存在于水相中，铜离子与草酸根在有机与水相中的界面上反 应，避免了草酸铜的晶核的长大与团聚，得到的草酸铜颗粒更细且粒度分布更加均匀，再经 过烘干破碎筛分后加入还原气体还原，得到超细铜粉，经过惰性气氛下的破碎筛分和真空 包装得到超细铜粉，由于气体还原产物对前驱体具有继承性，草酸铜前驱体粒度分布窄、粒 度细、团聚少，最终得到的铜粉粒度细，粒度分布窄，分散性好。
[0024] 本发明的有益效果是：流程短，成本低，铜粉粒度细，纯度高，分散性好。
【具体实施方式】 [0025] 实施例1
[0026] 1)纯净的含铜磷酸萃取剂有机相的制备。将磷酸萃取剂有机相与碱皂化，磷酸萃 取剂有机相为二（2-乙基己基）磷酸，碱为氢氧化钠，皂化率60%，磷酸萃取剂有机相与纯 净的铜溶液的体积比为1 :〇. 25,纯净铜溶液中铜的浓度为0. 5mol/l，再与纯净的铜溶液混 合，混合时间为30分钟，混合时的溶液平衡pH3. 0,混合温度为40°C，再澄清40分钟，将水 相弃去得到的有机相为纯净的含铜磷酸萃取剂有机相；
[0027] 2)草酸盐反萃制备草酸铜。将制备的纯净的含铜磷酸萃取剂有机相与草酸盐溶 液混合，草酸盐为草酸，纯净的含铜磷酸萃取剂有机相与草酸溶液体积比1 :〇. 35,草酸溶 液中草酸根的浓度为0. 3mol/l。混合时间为45分钟，混合时的溶液平衡pHl. 5,混合温度 为40°C，再澄清120分钟，将水相与磷酸萃取剂有机相分离，将水相过滤得到超细草酸铜颗 粒，而磷酸萃取剂有机相返回制备纯净的含铜磷酸萃取剂有机相；
[0028] 3)超细草酸铜颗粒的处理。将过滤出的超细草酸铜经过烘干破碎后过250目筛子 筛分，烘干至超细草酸铜的水分0.85% ;
[0029] 4)氢气还原。将筛分后的草酸铜在还原炉内用还原气体还原，还原气体为氢气， 还原气体与超细草酸铜的质量比为1: 〇. 3,还原温度为450°C，还原时间3小时，得到超细铜 粉；
[0030] 5)超细铜粉的后处理。将超细铜粉在惰性气氛下经过气流破碎，过250目筛子筛 分，惰性气氛为氮气，再真空包装得到超细铜粉。
[0031] 最终制备的铜粉指标如下：
[0032]
【权利要求】
1. 一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤： 1) 纯净的含铜磷酸萃取剂有机相的制备。将磷酸萃取剂有机相与碱皂化，皂化率 50-75%，再与纯净的铜溶液混合，混合时间为5-60分钟，混合时的溶液平衡pH2. 5-5. 5,混 合温度为20-60°C，再澄清20-60分钟，将水相弃去得到的有机相为纯净的含铜磷酸萃取剂 有机相； 2) 草酸盐反萃制备草酸铜。将制备的纯净的含铜磷酸萃取剂有机相与草酸盐溶液混 合，混合时间为30-60分钟，混合时的溶液平衡pHO. 5-4. 5,混合温度为20-60°C，再澄清 60-180分钟，将水相与磷酸萃取剂有机相分离，将水相过滤得到超细草酸铜颗粒，而磷酸萃 取剂有机相返回制备纯净的含铜磷酸萃取剂有机相； 3) 超细草酸铜颗粒的处理。将过滤出的超细草酸铜经过烘干破碎后过200-300目筛子 筛分； 4) 氢气还原。将筛分后的草酸铜在还原炉内用还原气体还原，还原温度为250-500°C， 还原时间2-10小时，得到超细铜粉； 5) 超细铜粉的后处理。将超细铜粉在惰性气氛下经过气流破碎，过200-300目筛子筛 分，再真空包装得到超细铜粉。
2. 根据权利要求1所述的一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，所述步骤1中磷酸萃 取剂有机相为二（2-乙基己基）磷酸、乙基己基磷酸单-2-乙基己酯、二（2, 4, 4-三甲基戊 基）次膦酸中的至少一种，碱为氢氧化钠、氢氧化碱、氨水中的至少一种，磷酸萃取剂有机 相与纯净的铜溶液的体积比为1 :〇. 2-0. 5,纯净铜溶液中铜的浓度为0. 1-lmol/l。
3. 根据权利要求1所述的一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，所述步骤2中草酸盐 为草酸、草酸铵、草酸钠、草酸钾中的至少一种，纯净的含铜磷酸萃取剂有机相与草酸盐溶 液体积比1:0. 2-0. 5,草酸盐溶液中草酸根的浓度为0. 1-0. 5mol/l。
4. 根据权利要求1所述的一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，所述步骤3中烘干至 超细草酸铜的水分< 1.0%。
5. 根据权利要求1所述的一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，所述步骤4中还原气 体为氢气、一氧化碳、甲烷中的至少一种，还原气体与超细草酸铜的质量比为1:0. 1-0. 5。
6. 根据权利要求1所述的一种超细铜粉的制备方法，其特征在于，所述步骤5中惰性气 氛为氮气、二氧化碳、氩气、氦气中的至少一种。
【文档编号】B22F9/22GK104475748SQ201410676479
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】龙柳锦 申请人:广西大学