Способ получения ультрадисперсного порошка меди

 

Использование: для получения ультрадисперсного порошка металлической меди, применяемой в электротехнической, электронной, машиностроительной и химической промышленности. Сущность изобретения: проводят плазмохимическое разложение азотнокислого раствора меди, содержащего восстановитель - уксусную кислоту и азотнокислый кальция из расчета их массовых отношений (0,55-00,83): (1-5). Отмывку порошка металлической меди от кальция осуществляют раствором уксусной кислоты при Т:Ж = 0,4 с возвратом промывного раствора, при этом содержание уксусной кислоты в промывном растворе должно обеспечивать вышеприведенное отношение содержания меди к уксусной кислоте в исходном азотнокислом растворе. Способ позволяет увеличить выход порошка металлической меди, за счет исключения образования спеченных и оплавленных агломератов меди и снижения осаждения металлической меди на внутренних поверхностях плазмохимического реактора и технологических трубопроводов. 1 з. п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к технологии получения ультрадисперсных порошков металлической меди, применяемой в электро технической, электронной, машиностроительной и химической промышленности.

Известен способ получения ультрадисперсного порошка металлической меди, заключающийся в том, что в поток азотной плазмы сверхвысокочастотного разряда вводят смесь водорода с азотом и монохлоридом меди.

При энтальпии плазменной струи 1,45 КВт·ч/кг реагирующей смеси и времени воздействия 5·10^-2 с получают порошок меди дисперсностью 0,1 мкм, которая в исходном состоянии содержит 0,1 мас. примеси кислорода /1/.

Недостатком данного способа получения порошка металлической меди является наличие хлорсодержащих реагента и продуктов реакций, что отрицательно влияет на коррозионную стойкость нержавеющей стали марки Х18Н10Т.

Наиболее близким по технической сущности предлагаемому способу является способ получения ультрадисперсного порошка металлической меди, принятый нами за прототип и заключающийся в том, что водный раствор, содержащий азотнокислую медь и мочевину ( восстановитель) подают единым потоком встречно потоку азотной плазмы со среднемассовой температурой 2000 К. Избыток восстановителя составляет 1,5 против стехиометрии. Порошок металлической меди улавливают рукавным фильтром и охлаждают до 300 К. Содержание металлической меди в порошках 98 размер частиц 0,1 мкм /2/.

При проведении опытных операций по наработке ультрадисперсного порошка металлической меди на электродуговой плазмохимической установке по технологии, описанной в способе-прототипе, были выявлены следующие недостатки: образование в азотнокислых растворах меди, содержащих азотную кислоту, осадков при введении в них карбамида и представляющих собой сольватные соединения карбамида с азотной кислотой; образование крупных спеченных и оплавленных агломератов металлической меди, забивающих технологические трубопроводы; осаждение (металлизация) значительного количества порошка металлической меди на внутренних поверхностях плазмохимического реактора и технологических трубопроводах.

Два последних фактора приводили к снижению выхода металлической меди в виде ультрадисперсного порошка, который не превышал 10 от содержания меди в исходном растворе.

Задачей изобретения является исключение образования осадков на операциях подготовки раствора и увеличение выхода металлической меди в виде ультрадисперсного порошка за счет снижения осаждения меди на внутренних поверхностях плазмохимического реактора и технологического оборудования, а также исключения образования спеченных и оплавленных агломератов меди.

Решение данной задачи достигается тем, что в способе получения ультрадисперсного порошка металлической меди, включающем плазмохимическое разложение азотнокислого раствора меди, содержащего восстановитель, разложению подвергают азотнокислый раствор меди, содержащий уксусную кислоту и азотнокислый кальций с последующей отмывкой порошка от кальция раствором уксусной кислоты. Промывку порошка металлической меди от кальция осуществляют при Т:Ж 0,4 растворами уксусной кислоты с концентрацией, обеспечивающей массовое отношение содержания меди к уксусной кислоте в исходных азотнокислых растворах меди 0,55-0,83, при этом массовое отношение меди к кальцию в исходных азотнокислых растворах меди должно составлять 1 5.

Получение ультрадисперсного порошка металлической меди осуществляли следующим образом.

Азотнокислый раствор меди состава 100 г/л меди, 20 г/л кальция и 2-3,0 моль/л уксусной кислоты подвергали высокотемпературному воздействию в плазменном поле инертного теплоносителя азота в следующих режимах работы плазмохимической установки: суммарная электрическая мощность 115 кВт, суммарный расход сжатого азота на плазмообразование 21 нм³/ч, расход сжатого азота на распыл 5 нм³/ч, среднемассовая температура теплоносителя на выходе из плазмотронов 3000 К; производительность по раствору 20 л/ч В данных режимах работы плазмохимической установки было переработано 20 л раствора.

Выход порошка составил 98 от общего содержания оксидов металлов в исходном растворе. Рентгенофазовый анализ порошков показал, что состав порошка определяется наличием в нем металлической меди и карбоната кальция с небольшими количествами гидроксида и оксида кальция. Полученный порошок обрабатывался 5 л 8-12 моль/л раствором уксусной кислоты, с целью растворения соединений кальция. Водную фазу отделяли от порошка металлической меди фильтрованием, осадок металлической меди промывали водой, стабилизировали одним из известных способов, высушивали и определяли его физико-химические характеристики.

Для сравнения проводили эксперименты по получению порошка металлической меди по способу-прототипу.

Полученные данные приведены в табл.1.

Как следует из данных, приведенных в табл.1, выход металлической меди в виде ультрадисперсного порошка при проведении технологического процесса по предлагаемому способу составил 95 по способу-прототипу 10-15 Уменьшение содержания азотнокислого кальция ниже 20 г/л (массовое отношение меди к кальцию более 5) приводит к снижению выхода металлической меди в виде ультрадисперсного порошка, что наглядно иллюстрируется данными, приведенными в табл.2.

Как следует из данных, приведенных в табл.2, выход металлической меди при массовом отношении меди к кальцию в исходном растворе более 5 приводит к снижению выхода металлической меди в виде ультрадисперсного порошка и образованию спеченных агломератов металлической меди.

Выбор азотнокислого кальция, оксид которого в высокотемпературном плазменном поле является носителем ультрадисперсного порошка меди, обусловлен высокой температурой плавления оксида кальция, легкостью его взаимодействия в зонах плазмохимического реактора с относительно низкой температурой с парами воды и углекислым газом с образованием карбоната кальция, высокой растворимостью его азотнокислых и уксуснокислых солей в водных растворах.

Содержание уксусной кислоты в азотнокислом растворе, разлагающейся в высокотемпературном поле в инертной среде с образованием газов-восстановителей (оксида углерода, водорода, метана) влияет на содержание металлической меди в ультрадисперсном порошке.

В табл. 3 приведены данные, характеризующие зависимость содержания металлической меди в ультрадисперсном порошке от массового отношения меди к уксусной кислоте в азотнокислых растворах.

Как следует из данных табл.3, максимальное содержание металлической меди в ультрадисперсном порошке наблюдается при массовом отношении меди к уксусной кислоте в растворе 0,83 и ниже, что соответствует содержанию уксусной кислоты в данных конкретных растворах 3 моль/л и выше.

Объем и содержание уксусной кислоты в растворе для отмывки порошка металлической меди от кальция с учетом возврата уксуснокислого раствора кальция к исходному раствору меди выбирается из расчета массового отношения меди к уксусной кислоте 0,55-0,83, что при содержании меди в растворе 100 г/л составляет 2-3 моль/л. При этом содержание азотной кислоты в исходном растворе меди должно быть достаточным для полного перевода ацетат-иона в уксусную кислоту.

Проведенные эксперименты показали, что при обработке 2 кг порошка, содержащего металлическую медь и кальций(в виде карбоната ) в массовом отношении равном 5 достаточно 5 л (Т:Ж=0,4) раствора уксусной кислоты с концентрацией ее 8-12 моль/л, что с учетом разбавления исходным раствором меди с коэффициентом разбавления равным 4 дает в подготовленном для плазмохимического синтеза растворе содержание уксусной кислоты 2-3 моль/л.

Объем промывного раствора уксусной кислоты менее 5 л нецелесообразен из-за образования трудноотстаиваемой и фильтруемой суспензии. Объем промывного раствора более 5 л нецелесообразен из-за увеличения содержания уксусной кислоты в исходном растворе меди, что приведет к неоправданному ее расходу.

После последовательных промывок порошка раствором уксусной кислоты и дистиллированной водой содержание кальция в порошке составило 2·10^-2 при незначительном содержании меди в уксуснокислом растворе (менее 1 от содержания меди в порошках).

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 1436342, кл. В 22 F 9/14, 07.01.92.

Авторское свидетельство СССР N 1345467, кл. В 22 F 9/14, 28.05.85.

Формула изобретения

1. Способ получения ультрадисперсного порошка меди, включающий подачу соединения меди в поток азотной плазмы, отличающийся тем, что в качестве соединения меди в поток плазмы подают азотнокислый раствор меди, дополнительно содержащий уксусную кислоту и азотнокислый кальций, а порошок металлической меди отмывают от кальция раствором уксусной кислоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промывку порошка от кальция осуществляют при отношении Т:Ж=0,4 с возвратом уксуснокислого раствора кальция к исходному азотнокислому раствору меди, а содержание уксусной кислоты в промывном растворе выбирают из расчета массового отношения содержания меди к уксусной кислоте в исходном азотнокислом растворе меди 0,55 0,83, при этом массовое отношение меди к кальцию в исходном азотнокислом растворе меди составляет 1-5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3