冶金工程师论文期刊推荐及范文赏析
冶金工程师论文期刊推荐《液压与气动》杂志属技术性期刊，由北京机械工业自动化研究所主办，1997年创刊。杂志1980年改为公开发行；1993年从季刊改为双月刊。
摘要：本文介绍了以废铜丝为原料，利用铜自身的还原作用，通过形成低价铜化合物的歧化分解来制备微米铜粉，探讨制备过程中的各种影响因素，属于废铜再利用问题的研究。
关键词：微米,铜粉,歧化
一、引言
目前，关于超细颗粒(超微颗粒)的规定是根据所研究超细微粉的基本特性、制备、观察及应用的难易程度的不同，而规定的为lμm以下、1nm以上的微粉均可称为超细微粉。[1]
而迄今纳米铜粉的研制还停留在实验室阶段，各种制备方法均存在着成本高、产率低、难以产业化的缺陷。铜超细粉体的实际应用基本是以微米铜粉为主体。微米铜粉具有许多优良的物理特性，因而被广泛应用于粉末冶金行业。其优良性能主要表现在粒径小、流动性强及优良的球状形貌等方面。[2]
二、原理综述
在锥形瓶中放入铜丝，加入浓氨水。通过加入氯化铵和冰乙酸控制pH值，用吹风机吹入空气，在35～45℃下反应至铜全部溶解。发生的反应为：
2Cu+O2+4NH3+4NH4＋＝2Cu(NH3)42++2H2O
Cu(NH3)42++Cu＝2Cu(NH3)2+
将杂质过滤后，向上述溶液中再次鼓入空气约1h,温度维持在40℃，发生下列反应：8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH↓
将CuOH沉淀滤出，母液返回原系统循环使用。将CuOH沉淀转入另一锥形瓶，在搅拌中加入H2SO4溶液酸化,得到铜粉和CuSO4溶液,经过滤分离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，干燥，得到铜粉，溶液结晶得到副产品CuSO4·5H2O。副产品CuSO4·5H2O循环利用。
三、实验仪器，药品和试剂
（1）实验仪器
1.磁力加热搅拌器
2.PHS-3C精密pH计
3.SHB-95型循环水式多用真空泵
4.DHG-70电热鼓风干燥箱
5.台式天平
6.玻璃仪器：过滤漏斗，250ml锥形瓶，100ml量筒，100ml烧杯，0～100℃温度计，玻璃棒
（2）实验药品
铜丝，硫酸铜，氯化铵
（3）实验试剂
硫酸，冰乙酸，氨水，无水乙醇
四、实验过程
（1）溶解过程
将15g铜丝剪成1cm长的小段放入250ml锥形瓶中，加入100ml26%的氨水和50ml蒸馏水。通过加入氯化铵和冰乙酸控制pH值。加入硫酸铜。将锥形瓶放在磁力搅拌装置上，放入搅拌子，加热搅拌，插入温度计，控制温度在35～45℃。吹入空气，反应至铜全部溶解，约3小时左右，发生的反应为：
2Cu+O2+4NH3+4NH4＋＝2Cu(NH3)42++2H2O
Cu(NH3)42++Cu＝2Cu(NH3)2+
（2）析出CuOH过程
待铜丝全部溶解后，用漏斗将杂质过滤，将滤液转移至锥形瓶中，放入搅拌子，加热搅拌，鼓入空气约1h,温度维持在40℃，发生的反应为：
8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH↓
（3）歧化过程
将CuOH沉淀滤出，母液返回原系统循环使用。将CuOH沉淀转入另一锥形瓶，在搅拌中加入H2SO4溶液酸化,得到铜粉和CuSO4溶液,经过滤分离，用无水乙醇洗涤，减压抽滤，干燥，得到銅粉；溶液结晶得到副产品CuSO4·5H2O。副产品CuSO4·5H2O循环利用。
（4）溶液的制备
1.工作液Cu(NH3)42+的制备
在0.5mol/LCuSO4溶液中加入CuCl2，使得CuCl2的浓度达到0.7mol/L.再加入NH4Cl(浓度为0.05mol/L),通入NH3,使NH3浓度为10～11mol/L,经反应生成浓度为1.2mol/L的Cu(NH3)42+，游离的NH3为5.2～6.2mol/L,根据K（NH3H2O）=1.8×10-5,可以算出溶液的pH值为11.27～11.35。
SO42-,Cl－的存在，可增加Cu(NH3)42+的浓度。NH4Cl浓度应在0.016～0.1mol/L，NH4Cl浓度太高，对以后沉淀CuOH不利,NH4Cl浓度太低，pH值太高，易于沉淀CuOH，但不利于下一步溶解铜的工作。
2.Cu(NH3)2+的制备
用工作液溶解铜：Cu(NH3)42++Cu＝Cu(NH3)2+
该反应的平衡常数K(25℃)=1628，反应很完全。但在反应中应控制Cu+/Cu2+＝8～10，比值为10时，c(Cu(NH3)2+)=2mol/L，c(Cu(NH3)42+)=0.2mol/L。反应需时间约为4～5小时，温度在25～35℃之间。温度高，可以加快反应速度，但是温度高，压力大，NH3易泄漏；因表压应不高于0.02Mpa,故温度高，压力大不安全。
3.CuOH的制备
向溶液中吹空气(O2)，发生如下反应：
8Cu(NH3)2++O2+2H2O＝4Cu(NH3)42++4CuOH
吹O2,不生成CuOH，只生成Cu(OH)2，这可以根据下列数据判断：
Ksp(CuOH)=10-14
Ksp(Cu(OH)2)=2.2×10-20
无论游离的NH3为浓度多大，沉淀的只能是CuOH，而不是Cu(OH)2。
吹O2前，为了减少NH3的挥发损失(防止NH3被N2带走)，先采用真空泵将游离的NH3抽至另一装有工作液的反应器内。使本反应器游离NH3的浓度1.5mol/L以下，然后向溶液中吹空气，Cu(NH3)2+和O2的反应既完全又迅速，空气的利用率几乎是100%。
根据30℃，NH3的浓度1.5mol/L时，P(NH3)=17mmHg,可知生产每吨铜粉被N2带走挥发损失的NH3不超过30kg。
抽NH3的操作可以选择适当的水循环泵，使该项操作在1.5小时内完成。
向Cu(NH3)2+溶液中吹O2的操作可以选择罗茨鼓风机，在3小时内完成。
吹O2后，溶液的温度由上升15℃到约32℃。当溶液中无Cu(NH3)2+后，停止向溶液中吹空气，此时溶液中c(Cu(NH3)42+)=1.2mol/L。
4.Cu的制备
将Cu(NH3)42+溶液和CuOH沉淀通过真空吸滤器分离。Cu(NH3)42+溶液再吸收NH3后，返回去溶解铜。CuOH沉淀经过H2SO4酸化:
2CuOH+H2SO4=CuSO4+2H2O+Cu
得到产品Cu和副产品CuSO4，再经烘干装袋封存。
五、实验结论
（1）在氨－氯化铵的体系中，以氨为配合剂，使铜生成Cu(NH3)2+，进而转化为CuOH，通过CuOH的岐化反应制备微米级铜粉。
（2）氨的浓度及pH值的控制对生成Cu(NH3)2+有重要影响，最佳反应条件是：反应温度为40℃，pH为11.2，NH4＋的浓度为0.1mol·L-1，NH3的浓度为12.6mol·L-1，此时，Cu(NH3)2+浓度、CuOH收率有一最大值。
（3）在CuOH的岐化反应中，硫酸的浓度和酸化的时间影响产物的粒度，硫酸的浓度为20%，加酸流速为4ml/min时，产物平均粒度最小。
（4）采用本工艺方法可利用废铜（如铜包钢、塑包铜等）为原料，以降低成本。生产过程能耗低，污染较小，具有较高的经济效益和环保效益。
参考文献
[1]田爱堂，刘维平，成钢．超细铜粉的制备进展．上海有色金属，2006，27(2):38～42
[2]柳凤钢，高铁男，龚德兴等．化学法制备微米铜粉的研究．天津师范大学学报，2005，25(1):20～22
