CN88101908A - 有色金属粉末或有色金属粉末混合物的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种制造有色金属粉末或有色金属粉末混合物的方法,其中将一种金属化合物在含有糖或淀粉水溶液的水介质中并在搅拌和选择的高温下进行处理并分离沉积出的金属粉末,允许用简单设备更经济地制造粉末。在该方法中在pH值大于3.2的含水介质中,于20℃至160℃温度范围内处理浓度在20克/升和400克/升(按金属计算)之间的有色金属氧化物或氢氧化物并分离出沉积的基本上无氧化物的有色金属粉末。使用金属Cu、Ag、Ni、Co、Sn、Pb、Sb和Bi或As的氧化物或氢氧化物。
Description
本发明涉及一种有色金属粉末或有色金属粉末混合物的制造方法,其中将一种金属化合物在含有糖或淀粉水溶液的水介质中并在搅拌和选择的高温下进行处理,并分离出沉积的金属粉末。
粉末冶金对制造催化剂、烧结部件(如金属过滤器)和新合金系以及弥散硬化材料具有重要意义。粉末冶金也可用于制造复合材料,这种复合材料主要用于电子领域并且在复合材料中要求在液态下不混溶的各组分间牢固结合。上述复合材料包括陶瓷-金属、塑料-金属和金属-金属复合。金属粉末制造方法包括例如电解沉积、熔融金属喷雾和化学沉积,从而形成不同性能的粉末。极细的粉末主要是通过化学沉积而得到的。
已知通过还原含金属盐的溶液,例如用氢(Sheryit-Gordon Process),可以沉积金属粉末。但是这种方法导致颗粒尺寸相差较大并使颗粒具有不同形状。在铅铜粉末制造中,虽然添加剂例如聚氨基化合物(DE-OS2653281,U.S.Patent 4018595)或乙烯/顺式丁烯二酐共聚物(DE-OS2132173,U.S.Patent 3694185)能影响颗粒大小分布,然而所得到的粉末的平均颗粒尺寸总是超过10μm。由美国专利4539041已知,实际上在无水多元醇中、于至少85℃至最高350℃温度下将有色金属化合物,例如Au、Pd、Pt、Ti、Os、Cu、Ag、Ni、Co、Pb或Cd的化合物还原成金属。通常沉积物具有0.1-10μm的颗粒尺寸。该方法的缺点是,为了获得小于0.5μm的颗粒尺寸需要高温,并且能使用的还原剂只限于在还原温度下是液态的多元醇。该方法的另一缺点是大量消耗昂贵的化学药品,其消耗量超过所产生的铜量的20倍。由《Aust.Chem.Eng.》1983年11月第9-15页也已知,硫酸铜在酸性溶液中在pH值低于3.2和铜浓度为16克/升时,通过用淀粉或各种糖处理能被还原成细铜粉末,而在pH值高于2.9时将形成碱性硫酸盐并且只能还原成氧化亚铜。该方法的缺点是,由于溶液含硫酸盐,产物被硫污染,并且每单位体积溶液所能产生的铜量受硫酸铜溶解度限制。
本发明的目的是提供一种方便而经济地制造有色金属粉末的方法,它不需要昂贵设备就能制造很细的有色金属粉末,同时消除现有方法的、尤其是上述的那些缺点。
本发明是根据以下制造有色金属粉末或有色金属粉末混合物的发明构思而完成的,其中将一种金属化合物在含有糖或淀粉水溶液的水介质中并在搅拌和选择的高温下进行处理,然后分离沉积的金属粉末。按照本发明关于在pH值大于3.2的含水介质中和20-160℃温度下处理浓度为20-400克/升(按金属计算)的有色金属氧化物或氢氧化物并分离沉积的基本上无氧化物的有色金属粉末来实现这种方法。
在本发明的方法中,将有色金属氧化物或氢氧化物悬浮在糖或淀粉溶液中,于大气压下在搅拌反应器中加热最高达160℃。可以用某种金属盐代替金属氧化物或氢氧化物作为原料,上述盐可以通过添加碱转变为氢氧化物或一种难溶的碱式盐。有色金属化合物与糖或淀粉以近似相等的分额(按重量)被使用,但最好是糖或淀粉的重量大一些。术语糖是按公知的含义使用的,它包括单糖或低聚糖,即分子中有一个羰基官能团和多个羟基官能团的有机化合物。在上述物质中,简单化合物(单糖)随水的去除含结合成大分子(双糖或低聚糖)。合适的糖或糖衍生物的例子是单糖,例如戊糖、己糖(果糖、葡萄糖)、葡糖酸和内酯,例如葡糖酸-δ-内酯,也可是双糖,例如蔗糖和麦芽糖。还原过程通常进行若干小时。在还原结束后例出反应产物、洗涤、离心分离并在保护气体例如氮气中干燥。
在本发明的方法中最好以70-300克/升的浓度(按金属计算)使用有色金属氧化物或氢氧化物。在含水介质中,含有有色金属氧化物或氢氧化物和糖或淀粉的反应混合物形成一种含有大量固体颗粒的牢固悬浮液。由于提高温度能显著地提高还原速度,所以反应介质温度保持在70-150℃较为适宜。
也已经发现,通过添加氧化剂能加速反应,使用该方法可将反应时间几乎减少一半。适宜的氧化剂例子是过氧化氢及其碱金属盐。这种添加的加入量是干糖或干淀粉量的0.5-5%。
按照本发明的方法可以将沉积出的有色金属粉末的最初颗粒尺寸控制在一定范围内。通过选择反应介质的pH值将颗粒尺寸控制在0.1-30μm的范围。当pH值从高于3.2至14以及高至浓缩碱性溶液时,按下述方法控制最初颗粒尺寸,在这种方法中沉积出的有色金属粉末的颗粒尺寸随pH值增加而减少。因为在反应期间形成有机酸,所以通过添加碱性氢氧化物使pH值在反应期间保持恒定。
在本发明的方法中使用的金属氧化物或氢氧化物,其金属的电化序位于镉和金之间并且氧化-还原电势在-0.4和+1.5伏之间。最好选用金属Cu、Ag、Ni、Co、Sn、Pb、Sb和Bi的氧化物或氢氧化物以及As的氧化物或氢氧化物。已经发现,混合金属粉末可以从相应的各种金属氧化物及/或氢氧化物的混合物中同时沉积出来。这种混合金属粉末的例子有铜-镍结合和铜-钴结合。经扫描电子显微镜检验这种结合没有出现任何相差,所以已提到的这种结合可以是类似合金的结合。可以通过添加少量常规抗氧化剂例如油或脂肪酸盐稳定按照本发明的方法所制成的细颗粒有色金属粉末,例如铜粉末。细颗粒有色金属粉末由于其表面积较大易被氧化,所以应在含有例如氮气、氩气或二氧化碳的保护气氛中保存。
本发明的方法具有许多优点。高浓缩及在大多数情况下高碱性的反应介质具有高沸点并可在大气压下制备,不需要在加压反应器中加工而可以使用简单搅拌反应器。在该方法中糖或淀粉的消耗是较少的。举例来说,在还原并沉积出铜时每千克铜金属粉末所消耗的糖低于2千克。因为金属离子不需要保留在反应溶液中,所以使用悬浮金属化合物可以达到单位体积的高产量(超过每升300克金属),这样,在每批料处理后可以将反应器倒空而不会造成大的损失浪费。如果以高转化率制造金属粉末,就不需要从反应产物中分离氧化物。由图1a、1b和图2所示的铜粉末的图象(用扫描电镜制得)表明,可以制造外形十分规则的金属粉末。
通过下列实施例更详细说明本发明的方法。
实施例1
将120克氢氧化铜悬浮在180克果糖溶于1000毫升水中所形成的溶液中,在加入30毫升过氧化氢之后,将混合物加热到沸点。在反应期间pH值降低到3和4之间。在沸点处理7小时后,通过包括倒出、洗涤、离心分离和在氮气下干燥的一系列步骤从反应介质中分离出70克铜粉末(相当于90%的回收率)。含99%铜的铜粉末在扫描电镜下观察其颗粒尺寸大约是12μm(见图1b)。
实施例2
将300克氢氧化铜悬浮在540克蔗糖溶于1000毫升水中所形成的溶液中,将悬浮液加热至沸点。通过连续加入氢氧化钠溶液使pH值保持在7和7.5之间。反应介质在沸点搅拌2小时后,消耗掉100克氢氧化钠,通过包括倒出、洗涤、离心分离并在氮气流下进行干燥的一系列步骤可以分离出175克铜粉未(相当于90%的回收率)。含99%铜的铜粉末在扫描电镜下观察其颗粒尺寸大约是0.3μm(见图2)。
实施例3
将10.13千克红色氧化亚铜悬浮在18千克果糖溶于40升水中形成的溶液中并将悬浮液加热到90℃,通过连续加入计量过的氢氧化钠溶液使pH值保持在7和7.5之间。在90℃搅拌7小时后,通过包括倒出、洗涤、离心分离并在氮气中进行干燥的一系列步骤分离出含99%铜和0.25%氧的铜粉末。在离心分离后,上清液含有总共19克铜,这相当于大于99.5%的转化率。在扫描电镜下铜粉末颗粒尺寸大约是0.3μm。
实施例4
将200克固体氢氧化钠搅拌到200毫升含150克葡萄糖的水中并将所得溶液加热到90℃,然后添加100克氢氧化镍并在搅拌下将混合物加热到114℃。在114℃搅拌6小时后,通过包括倒出、洗涤、离心分离并在氮气中进行干燥的一系列步骤分离出50克镍(相当于80%的回收率)。用丁二酮肟不可能测定上清液中的镍。镍粉末的颗粒尺寸小于5μm。
实施例5
将52克碳酸银悬浮在40克果糖溶于500毫升水中形成的溶液中并将悬浮液在20℃进行搅拌。通过加入7.5克NaOH使pH值保持在7和7.5之间。在20℃反应伴随搅拌进行7小时后,通过包括倒出、洗涤、离心分离的一系列步骤分离出含银大于99%的40克银粉末(相当于100%的回收率)。银粉末的颗粒尺寸小于1μm。
实施例6
将150克麦芽糖溶于250毫升水和250毫升6当量浓度NaOH混合液中。然后添加100克乙酸铅(Pb(CH3COO2).3H2O)并将该混合物在搅拌下加热到105℃。在105℃反应伴随搅拌进行3小时后,通过包括倒出、洗涤、离心分离的一系列步骤分离出36克铅粉末,相当于75%的回收率。铅粉末的颗粒尺寸小于3μm。
实施例7
将200克纯净糖(puritose)溶于250毫升水和250毫升20%浓度NaOH混合液中。然后添加100克氧化铋(BiO)并将混合物在搅拌下加热到103℃。在添加后经过几分钟,通过包括倒出、洗涤、离心分离的一系列步骤分离出82.3克铋粉末,相当于92%的回收率。铋粉末的颗粒尺寸小于3μm。
实施例8
将200克固体KOH拌入200毫升含80克麦芽糖的水中。将所得溶液加热到90℃。然后添加50克氯化钴并将混合物在搅拌下加热到140℃。在140℃搅拌4小时后,通过包括倒出、洗涤和在氮气中干燥的一系列步骤分离出18克钴粉末,相当于80%的回收率。钴粉末的颗粒尺寸小于3μm。
实施例9
将300克固体KOH拌入300毫升含有70克蔗糖的水中并将所得溶液加热到90℃。然后添加30克氢氧化镍和10克氢氧化铜并将所得混合物在搅拌下加热到150℃。在150℃搅拌2小时后,通过包括倒出、洗涤和在氮气中干燥的一系列步骤分离出18.5克含70%Ni和30%Cu的金属粉末,相当于80%的回收率。利用磁体不能将该混合物或合金分解成其组分。粉末尺寸小于3μm。
实施例10
将300克固体KOH拌入200毫升含有100克蔗糖的水中并将所得溶液加热到90℃。然后添加40克氢氧化钴和10克氢氧化铜并将所得混合物在搅拌下加热到140℃。在140℃搅拌2小时后,通过包括倒出、洗涤和在氮气中干燥的一系列步骤分离出26克含大约75%Co和20%Cu的磁性金属粉末,相当于80%的回收率。粉末颗粒尺寸小于3μm。
实施例11
将90克固体KOH拌入600毫升含100克葡糖酸-δ-内酯和15毫升30%浓度的过氧化氢的水中并将所得溶液加热到100℃。然后在搅拌下逐步添加80克氢氧化铜并将所得混合物在100℃下连续搅拌加热约8小时。通过包括倒出、洗涤和在氮气中干燥的一系列步骤分离出45克铜粉末,相当于90%的回收率。粉末的颗粒尺寸小于2μm。
Claims (8)
1、一种制造有色金属粉末或有色金属粉末混合物的方法,其中将金属化合物在含有糖或淀粉水溶液的水介质中并在搅拌和选择的高温下进行处理,分离出沉积的金属粉末,其特征在于,在pH值大于3.2的含水介质中、于20℃和160℃温度范围内处理浓度在20克/升和400克/升(按金属计算)之间的有色金属氧化物或氢氧化物并分离出沉积的基本上无氧化物的有色金属粉末。
2、权利要求1所述的方法,其特征在于,所使用的有色金属氧化物或氢氧化物的浓度在70克/升(按金属计算)之间。
3、权利要求1或2所述的方法,其特征在于,将温度保持在70℃和150℃范围内。
4、权利要求1至3所述的方法,其特征在于,通过pH值在>3.2至≤14范围内的变化来控制金属粉末的颗粒尺寸,pH值上升使颗粒尺寸减小。
5、权利要求1至4所述的方法,其特征在于,通过添加碱性氢氧化物使pH值在反应期间保持恒定。
6、权利要求1至5所述的方法,其特征在于,使用有色金属氧化物或氢氧化物,其金属的氧化-还原电势按金属电化序位于镉(-0.40伏)和金(+1.5伏)之间。
7、权利要求1至6所述的方法,其特征在于,使用金属Cu、Ag、Ni、Co、Sn、Pb、Sb和Bi或As的氧化物或氢氧化物。
8、权利要求1至7所述的方法,其特征在于,将一种氧化剂,尤其是过氧化氢或其碱性盐以0.5%至5%的量(与糖相比)加入糖溶液中。
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CN1016047B (zh) | 1992-04-01 |
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