冶金工程師論文期刊推薦及范文賞析
冶金工程師論文期刊推薦《液壓與氣動》雜志屬技術性期刊，由北京機械工業(yè)自動化研究所主辦，1997年創(chuàng)刊。雜志1980年改為公開發(fā)行；1993年從季刊改為雙月刊。
摘要：本文介紹了以廢銅絲為原料，利用銅自身的還原作用，通過形成低價銅化合物的歧化分解來制備微米銅粉，探討制備過程中的各種影響因素，屬于廢銅再利用問題的研究。
關鍵詞：微米,銅粉,歧化
一、引言
目前，關于超細顆粒(超微顆粒)的規(guī)定是根據(jù)所研究超細微粉的基本特性、制備、觀察及應用的難易程度的不同，而規(guī)定的為lμm以下、1nm以上的微粉均可稱為超細微粉。[1]
而迄今納米銅粉的研制還停留在實驗室階段，各種制備方法均存在著成本高、產(chǎn)率低、難以產(chǎn)業(yè)化的缺陷。銅超細粉體的實際應用基本是以微米銅粉為主體。微米銅粉具有許多優(yōu)良的物理特性，因而被廣泛應用于粉末冶金行業(yè)。其優(yōu)良性能主要表現(xiàn)在粒徑小、流動性強及優(yōu)良的球狀形貌等方面。[2]
二、原理綜述
在錐形瓶中放入銅絲，加入濃氨水。通過加入氯化銨和冰乙酸控制pH值，用吹風機吹入空氣，在35～45℃下反應至銅全部溶解。發(fā)生的反應為：
2Cu+O2+4NH3+4NH4＋＝2Cu(NH3)42++2H2O
Cu(NH3)42++Cu＝2Cu(NH3)2+
將雜質過濾后，向上述溶液中再次鼓入空氣約1h,溫度維持在40℃，發(fā)生下列反應：8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH↓
將CuOH沉淀濾出，母液返回原系統(tǒng)循環(huán)使用。將CuOH沉淀轉入另一錐形瓶，在攪拌中加入H2SO4溶液酸化,得到銅粉和CuSO4溶液,經(jīng)過濾分離，用無水乙醇洗滌，減壓抽濾，干燥，得到銅粉，溶液結晶得到副產(chǎn)品CuSO4·5H2O。副產(chǎn)品CuSO4·5H2O循環(huán)利用。
三、實驗儀器，藥品和試劑
�。�1）實驗儀器
1.磁力加熱攪拌器
2.PHS-3C精密pH計
3.SHB-95型循環(huán)水式多用真空泵
4.DHG-70電熱鼓風干燥箱
5.臺式天平
6.玻璃儀器：過濾漏斗，250ml錐形瓶，100ml量筒，100ml燒杯，0～100℃溫度計，玻璃棒
�。�2）實驗藥品
銅絲，硫酸銅，氯化銨
�。�3）實驗試劑
硫酸，冰乙酸，氨水，無水乙醇
四、實驗過程
�。�1）溶解過程
將15g銅絲剪成1cm長的小段放入250ml錐形瓶中，加入100ml26%的氨水和50ml蒸餾水。通過加入氯化銨和冰乙酸控制pH值。加入硫酸銅。將錐形瓶放在磁力攪拌裝置上，放入攪拌子，加熱攪拌，插入溫度計，控制溫度在35～45℃。吹入空氣，反應至銅全部溶解，約3小時左右，發(fā)生的反應為：
2Cu+O2+4NH3+4NH4＋＝2Cu(NH3)42++2H2O
Cu(NH3)42++Cu＝2Cu(NH3)2+
�。�2）析出CuOH過程
待銅絲全部溶解后，用漏斗將雜質過濾，將濾液轉移至錐形瓶中，放入攪拌子，加熱攪拌，鼓入空氣約1h,溫度維持在40℃，發(fā)生的反應為：
8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH↓
（3）歧化過程
將CuOH沉淀濾出，母液返回原系統(tǒng)循環(huán)使用。將CuOH沉淀轉入另一錐形瓶，在攪拌中加入H2SO4溶液酸化,得到銅粉和CuSO4溶液,經(jīng)過濾分離，用無水乙醇洗滌，減壓抽濾，干燥，得到銅粉；溶液結晶得到副產(chǎn)品CuSO4·5H2O。副產(chǎn)品CuSO4·5H2O循環(huán)利用。
�。�4）溶液的制備
1.工作液Cu(NH3)42+的制備
在0.5mol/LCuSO4溶液中加入CuCl2，使得CuCl2的濃度達到0.7mol/L.再加入NH4Cl(濃度為0.05mol/L),通入NH3,使NH3濃度為10～11mol/L,經(jīng)反應生成濃度為1.2mol/L的Cu(NH3)42+，游離的NH3為5.2～6.2mol/L,根據(jù)K（NH3H2O）=1.8×10-5,可以算出溶液的pH值為11.27～11.35。
SO42-,Cl－的存在，可增加Cu(NH3)42+的濃度。NH4Cl濃度應在0.016～0.1mol/L，NH4Cl濃度太高，對以后沉淀CuOH不利,NH4Cl濃度太低，pH值太高，易于沉淀CuOH，但不利于下一步溶解銅的工作。
2.Cu(NH3)2+的制備
用工作液溶解銅：Cu(NH3)42++Cu＝Cu(NH3)2+
該反應的平衡常數(shù)K(25℃)=1628，反應很完全。但在反應中應控制Cu+/Cu2+＝8～10，比值為10時，c(Cu(NH3)2+)=2mol/L，c(Cu(NH3)42+)=0.2mol/L。反應需時間約為4～5小時，溫度在25～35℃之間。溫度高，可以加快反應速度，但是溫度高，壓力大，NH3易泄漏；因表壓應不高于0.02Mpa,故溫度高，壓力大不安全。
3.CuOH的制備
向溶液中吹空氣(O2)，發(fā)生如下反應：
8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH
吹O2,不生成CuOH，只生成Cu(OH)2，這可以根據(jù)下列數(shù)據(jù)判斷：
Ksp(CuOH)=10-14
Ksp(Cu(OH)2)=2.2×10-20
無論游離的NH3為濃度多大，沉淀的只能是CuOH，而不是Cu(OH)2。
吹O2前，為了減少NH3的揮發(fā)損失(防止NH3被N2帶走)，先采用真空泵將游離的NH3抽至另一裝有工作液的反應器內。使本反應器游離NH3的濃度1.5mol/L以下，然后向溶液中吹空氣，Cu(NH3)2+和O2的反應既完全又迅速，空氣的利用率幾乎是100%。
根據(jù)30℃，NH3的濃度1.5mol/L時，P(NH3)=17mmHg,可知生產(chǎn)每噸銅粉被N2帶走揮發(fā)損失的NH3不超過30kg。
抽NH3的操作可以選擇適當?shù)乃h(huán)泵，使該項操作在1.5小時內完成。
向Cu(NH3)2+溶液中吹O2的操作可以選擇羅茨鼓風機，在3小時內完成。
吹O2后，溶液的溫度由上升15℃到約32℃。當溶液中無Cu(NH3)2+后，停止向溶液中吹空氣，此時溶液中c(Cu(NH3)42+)=1.2mol/L。
4.Cu的制備
將Cu(NH3)42+溶液和CuOH沉淀通過真空吸濾器分離。Cu(NH3)42+溶液再吸收NH3后，返回去溶解銅。CuOH沉淀經(jīng)過H2SO4酸化:
2CuOH+H2SO4=CuSO4+2H2O+Cu
得到產(chǎn)品Cu和副產(chǎn)品CuSO4，再經(jīng)烘干裝袋封存。
五、實驗結論
（1）在氨－氯化銨的體系中，以氨為配合劑，使銅生成Cu(NH3)2+，進而轉化為CuOH，通過CuOH的岐化反應制備微米級銅粉。
（2）氨的濃度及pH值的控制對生成Cu(NH3)2+有重要影響，最佳反應條件是：反應溫度為40℃，pH為11.2，NH4＋的濃度為0.1mol·L-1，NH3的濃度為12.6mol·L-1，此時，Cu(NH3)2+濃度、CuOH收率有一最大值。
�。�3）在CuOH的岐化反應中，硫酸的濃度和酸化的時間影響產(chǎn)物的粒度，硫酸的濃度為20%，加酸流速為4ml/min時，產(chǎn)物平均粒度最小。
（4）采用本工藝方法可利用廢銅（如銅包鋼、塑包銅等）為原料，以降低成本。生產(chǎn)過程能耗低，污染較小，具有較高的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
參考文獻
[1]田愛堂，劉維平，成鋼．超細銅粉的制備進展．上海有色金屬，2006，27(2):38～42
[2]柳鳳鋼，高鐵男，龔德興等．化學法制備微米銅粉的研究．天津師范大學學報，2005，25(1):20～22
