一种大颗粒低松装密度的镍粉及其制备方法与用途与流程

本发明属于粉末冶金领域，涉及镍粉的制备工艺，具体涉及一种大颗粒低松装密度的镍粉及其制备方法与用途。

背景技术：

1、镍粉具有耐氧化性好、导电率高、电迁移率小等方面特性，在催化剂、烧结活化剂、导电料浆、导电胶、金属过滤、电池等产品方面有着广泛的应用。

2、当前，用在导电胶中镍粉的制备方法主要有以下几种，包括：羟基镍热分解法，该方法工艺简单、成本低、粉末纯度高，但是结晶性差、粉末易烧结、羟基镍有剧毒；蒸发-冷凝法，纯度高、洁净性好、抗氧化能力强，但是设备复杂、生产效率低、成本高；γ射线辐射合成法，工艺不成熟； cvd法，粉末呈规整球形，粒度分布均匀、大小可控、结晶性好，但是对反应器设计有特殊要求，成本高；高压氢还原法。此外，还有液相还原法、微乳液法、超声雾化-热分解法、氢气保护机械球磨法和电解法，而电解法形貌和大小容易由电流控制，粉末粗、能耗高。上述制备方法有些在行业中已经有应用，但大多数还停留在试验阶段，并存在一些缺点，针对导电联接、低松装密度、大粒度的特性需求产品没有针对性以满足其应用。

3、对于导电胶产品和金属过滤产品一般选用的大颗粒度镍粉，对粉末的膨胀造孔能力要求高，同时还要求粉体的流动性好，现有产品中镍粉粒度分布区间窄，粉末的膨胀造孔能力不能满足产品要求。现有技术cn105081347b制备的粉末松比为0.2~0.9g/m3，但镍粉为超细镍粉，一次粒径均在1微米以下，不能满足产品需求；并且其制备工艺中使用了硫酸铵、氨水、铵盐、表面活性剂等物质，带来很大的废水处理问题。

4、因此，在导电胶和金属过滤产品急需大颗粒低松装密度的产品出现，解决下游产品对原料的特殊需求。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的研究团队经过长期研究，通过大量的实验得到了一种新型镍粉，具有多孔大颗粒度和低松装密度，在满足产品需求的同时具有更优异的性能。同时研发人员不断优化工艺确定了该新型镍粉的制备方法。

2、因此，本发明一方面提供了一种大颗粒低松装密度的镍粉，所述镍粉的粒度分布范围为5-250μm，为微观多孔结构，松装密度为0.70-0.95 g/m3；

3、进一步，所述镍粉中粒度分布为30μm-250μm的颗粒占比为40%-80%；所述镍粉中铁、铜、铝、锰的总和≤0.05wt%，其余为镍；所述镍粉的氧含量为0.33-0.40wt%，电阻率为0.01-0.02欧。

4、进一步，本发明所述的镍粉的微观多孔结构为多孔海绵状结构。

5、进一步，本发明所述镍粉中铁、铜、铝、锰的总和为0.02-0.03wt%，其中，铜含量≤0.015wt%。

6、进一步，本发明所述镍粉的纯度≥99.5%。

7、本发明上述镍粉中颗粒粒度分布范围宽，从10μm一直扩展至250μm，扩大了产品的选择性。同时，当前更多研究聚焦在超细镍粉方向，大颗粒镍粉的应用受到关注小，也影响了镍粉的应用范围，本发明镍粉粒度分布为30μm-250μm的颗粒占比为40%-80%，更倾向于大颗粒的低松装密度，进一步拓宽了大颗粒的应用范围。

8、本发明所述镍粉为多孔状粉体，具有高比表面，相比雾化镍粉/电解镍粉的粒度控制区间选择性大，松装密度小。且同粒度范围的单位重量粉体颗粒数是雾化镍粉的2-4倍，电解镍粉的1.5-2倍。

9、本发明上述镍粉中的主要的杂质金属有铁、铜、铝和锰，金属杂质的含量必需控制在0.05%以下。杂质一方面会影响到镍粉的物理性能，尤其是杂质铜的含量控制，当铜含量超过0.015%时，铜在胶带产品的酸性配方条件下可能生成铜化合物，形成斑点，影喘响胶带性能。同时影响镍粉的导电性能和膨胀造孔能力。

10、另一方面，本发明还提供了一种上述大颗粒低松装密度的镍粉的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：原料湿法混合、干燥、多级剪切式破碎、制粒、低温还原、辊压-打散、加温固相扩散烧结、破碎、筛分和真空包装。

11、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述原料湿法混合步骤包括：将适量羰基镍粉与浓度为5%-20%的草酸溶液混合，并加入适量双氧水作为氧化剂，进行反应2.5-3h，形成灰绿色浆料；所述灰绿色浆料的温度为30-50℃；所述草酸溶液的温度为70-95℃，所述羟基镍粉与所述草酸溶液的配比满足混合溶液中无草酸析出即可。

12、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述的镍粉的制备方法中所述羰基镍粉的粒径为1-3µm，属于超细镍粉，并已在380-450℃的低温条件下通过还原性气体气氛处理过；所述双氧水在所述反应溶液中的质量分数为0.05-0.1%。

13、羟基镍粉与草酸反应为放热反应，氧化剂为加快反应速度，而通过加入70-95℃的草酸溶液和380-450℃还原处理的镍粉，可以与氧化剂形成一定抗衡，两者可以对反应速度形成控制作用，结合反应时间的控制，进一步控制所述镍粉的松装密度。而羟基镍粉和草酸的配比，只需要观察混合溶液中无草酸析出即可，降低了工艺难度。所述草酸溶液的浓度、温度和反应时间等形成降低松装密度的关键环节。在该步骤中原料超细镍粉的粒度与草酸的浓度成相反关系。

14、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述干燥步骤包括：将所述浆料放入静态电加热烘箱，所述烘箱以35-55℃/h的速率升温至150-220℃，烘烤12-16h，完成干燥，得到浆料块体。

15、上述干燥过程，可以将反应后浆料冷却至室温后再进行干燥，也可以直接将30-50℃的灰绿色浆料进行干燥。所述干燥过程，升温速率不能过快，否则会影响镍粉已经形成的孔隙密度，进而影响最终的镍粉松装密度和强度。

16、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述浆料块体进行多级剪切式破碎，得到粒度为2μm以下的镍粉微颗粒；采用制粒设备进行所述制粒步骤，得到镍粉粗颗粒。

17、本发明所述镍粉的制备方法中所述干燥后浆料仍是块状体，本发明制备方法中采用多级剪切式破碎，生产效率高，可以产出细微颗粒。

18、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述辊压-打散步骤中，采用快速投料通过辊压设备；其中，投料速度为1.25-1.8kg/min，所述辊压设备的双辊间隙为1.5-3mm，转速25-30r/min。

19、通过辊压-打散方式辊压颗粒，控制好投料速度、辊转速、辊间隙能更好的保持颗粒的孔隙和蓬松状态。投料速度和辊转速要成一定的配合关系，一方面为保证颗粒的蓬松度，另一方面为保证生产效率。

20、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述多级剪切式破碎步骤中破碎级数为3-5级，破碎得到的所述镍粉微颗粒的粒度分布为1-1.5μm。

21、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述低温还原步骤采用氢气对所述镍粉微颗粒进行还原，还原温度为355-480℃，还原时间2-4h，得到还原后镍粉微颗粒，所述还原后镍粉微颗粒呈团状或小松散块状。

22、上述低温还原步骤中还原温度不能过高，超过480℃会使颗粒极短时间内板结，还原时间过长也会出现颗粒板结，都无法得到所需的颗粒粒度。若温度过低或时间不充分，则会出现未发生还原或还原不充分、不均匀的现象。进一步，优选的还原温度为380-450℃，还原时间为2-2.5h。

23、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述制粒步骤采用滚动法、离心法或高速搅拌法，使用乙二醇或蜡作为粘结剂，所述粘结剂的加入量为35-110ml/kg，制得的所述镍粉粗颗粒的粒度分布为1.0-3.5mm。

24、金属粉制粒过程，随着粘结剂加入量的增加，颗粒粒径变大，成粒率急剧增加，细粉率减少；当粘结剂加入到一定量时，成粒率最高，颗粒形状好；此后，随着粘结剂加入量的增加，成粒率增加缓慢。颗粒逐渐边长，颗粒的流动性变差。金属颗粒尺寸和强度随粘结剂的增加而增加，但是粘结剂过多也会对制粒设备造成破损，且不同金属颗粒对粘结剂的结合力不同。另一方面，本发明镍粉的松装密度与粘结剂的加入量也呈现一定的线性关系。最后要综合各种因素得到最佳的粘结剂加入量。

25、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述加温固相扩散烧结步骤包括：将所述辊压-打散步骤得到的辊压料放置在还原气氛中，在680-750℃温度下，烧结处理3-5h。

26、该加温固相扩散步骤要求的温度是上述低温还原步骤中还原温度的近2倍。由于在680-750℃温度的高温下，辊压-打散后的镍粉颗粒可以处于高活性状态，颗粒之间会进一步融合，结构更加稳定，使镍粉强度提高。

27、进一步，本发明所述镍粉的制备方法中所述破碎步骤采用锤片式破碎机进行快速破碎，所述筛分步骤中采用振动筛进行粒度分选，分选出3-6个粒度分布等级。

28、本发明还提供了一种大颗粒低松装密度的镍粉的用途，上述的镍粉用于导电胶产品。

29、本发明还提供了一种大颗粒低松装密度的镍粉的另一用途，上述的镍粉用于导电胶产品。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

31、本发明所述镍粉的粉体流动性好，为多孔状粉体，松装密度小，具有高比表面；同粒度范围的单位重量粉体颗粒数，本发明镍粉是雾化镍粉的2-4倍，本发明镍粉是电解镍粉的1.5-2倍。镍粉中颗粒粒度分布范围宽，相比雾化镍粉和电解镍粉的粒度控制区间选择性大，扩大了产品的选择性，进一步拓宽了大颗粒的应用范围。此外，本发明所述镍粉具有高强度。

32、本发明所述镍粉在多孔金属过滤制品的生产应用中，相比常规电解镍粉和羰基镍粉工艺制得的镍粉产品，本发明镍粉的膨胀造孔能力明显提升2-2.5倍，产品结构强度、孔隙均匀性、孔隙贯通性、孔径一致性均有提升。

33、本发明所述镍粉的粒度分布范围范围更大，区间选择性更大，在导电胶产品的应用中，实现了更多种胶的厚度规格应用，同时满足导电胶产品中导电粒子与胶水混合不沉降、产品颗粒可压缩变形性、导电通道稳定性等各项特殊要求，实现了大批量稳定应用。本发明所述镍粉还可用于导电料浆、烧结活化剂和电池等产品中。

34、本发明制备工艺简单，生产过程中废水的产生与排放极少，环保绿色。