Способ получения медного порошка электролизом

(51) 25 5/02 (2006.01) С 25 С 1/12 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения металлических порошков, и может быть использовано при получении тонкодисперсного медного порошка электролизом. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода фракций 5 мкм и 10 мкм в 7 и более раз, понижение расхода энергии на электролиз с 2,5 до 0,58 КВтч на 1 кг порошка, повышение выхода по току с 95,5 до 96,8. Технический результат достигается тем, что в способе получения медного порошка электролизом,включающем электролиз раствора с применением растворимых медных анодов из концентрированных по меди и серной кислоте электролитов, электролиз ведут в присутствии фталевой кислоты концентрацией 100-750 мг/л с содержанием в электролите медного купороса (452) 90-120 г/л и серной кислоты (24) 150-200 г/л при плотности катодного тока 3200-4500 А/м 2 и температуре 50-60 С.(72) Кобжанов Адиль Сакенович Курбатов Андрей Петрович Романов Геннадий Алексеевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОГО ПОРОШКА ЭЛЕКТРОЛИЗОМ 18275 Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения металлических порошков, и может быть использовано при получении тонкодисперсного медного порошка электролизом. Известен способ получения порошка меди электролизом при использовании постоянного тока плотностью 1000-2000 А/м 2 в присутствии поверхностно-активного вещества димера танацехола Т-4 концентрацией 10-3-10-2 г/л. Состав раствора 10-40 г/л 452 100-180 г/л 24. Электролиз ведут на медном катоде со свинцовым анодом при температуре 40-60 С и скорости циркуляции электролита 0,2-0,3 л/Ач. Процесс ведется в непрерывном режиме, образующийся медный порошок механически счищается с катода и выводится из электролизера. По окончании электролиза полученный порошок промывают, стабилизируют и сушат (Пат. РК 7182, кл. С 25 С 5/02, 1999). Недостатками данного способа является высокое содержание грубодисперсной фракции 100 мкм 5-7 необходимость частой регенерации электролита, вызванное низкой концентрацией ионов меди и применением нерастворимых свинцовых анодов. Кроме того, в указанном способе нет сведений о количестве расходуемой электроэнергии. Однако можно судить, что из-за применения низкой концентрации сульфата меди и довольно высокой плотности тока расход энергии довольно велик. Наиболее близким по достигаемому результату является способ получения медных порошков электролизом раствора, содержащего 120-150 г/л сульфата меди пятиводного и 100-120 г/л серной кислоты. Электролиз проводят с алюминиевым катодом и растворимыми медными анодами при температуре 40-60 С и напряжении на электродах 2,5-3,5 В. Катодная плотность тока составляет 6000-7000 А/м 2. Порошок стряхивается и выгружается через каждые 30-45 минут (Пат. РК 14297, кл. С 25 С 5/02, 22 9/00, 2004). Недостатками способа-прототипа является невысокий выход металла по току (около 95,5) и высокий расход электроэнергии (2,5 КВтч на 1 кг про дукции), обусловленные применяемой высокой плотностью катодного тока, а также малое содержание мелкодисперсной фракции 10 мкм (3,5). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение выхода фракций 5 мкм и 10 мкм в 7 и более раз, понижение расхода энергии на электролиз с 2,5 до 0,58 КВтч на 1 кг порошка, повышение выхода по току с 95,5 до 96,8 по сравнению со способом - прототипом. Технический результат достигается тем, что в способе получения медного порошка из растворов медного купороса с применением растворимых медных анодов электролиз ведут при температуре 5060 С из электролита состава 90-120 г/л сульфата меди пятиводного и 150-200 г/л серной кислоты в присутствии добавки фталевой кислоты концентрацией 100-750 мг/л. Катодная плотность тока составляет 3200-4500 А/м 2, период наращивания и съема осадка с катода - 15 мин. Добавка в электролит фталевой кислоты позволяет повысить дисперсность электролитического порошка за счет специфической адсорбции ее молекул на местах роста кристаллов. Адсорбция пассивирует активные места роста кристаллов меди, благодаря чему кристаллы не увеличиваются в размерах в ходе электролиза. Вместо этого на уже сформированных кристаллах возникают новые центры зародышеобразования и новые кристаллы. Вследствие этого в ходе электролиза получается медный осадок, состоящий из сильно разветвленных кристаллов-дендритов. Небольшой размол осадка приводит к распаду дендритов и получению мелкодисперсного порошка. Оптимальной концентрацией фталевой кислоты в электролите является 100-750 мг/л. При электролизе с добавкой выше этой концентрации порошок приобретает темный цвет, что говорит о его загрязнении. Вне указанных пределов дисперсность электролитического порошка падает. В таблице 1 приведена зависимость дисперсности порошка от концентрации фталевой кислоты (плотность катодного тока 4400 А/м 2). Таблица 1. Дисперсность и цвет порошка меди при электролизе с добавками фталевой кислоты различной концентрации (плотность катодного тока 4400 А/м 2). Концентрация фталевой кислоты, мг/л 0 (без добавки) 100 500 1000 Понижение применяемой плотности тока также нежелательно, так как приводит к падению дисперсности порошка. В таблице 2 приведена зависи 2 розовый розовый розовый темно-розовый мость дисперсности порошка от величины катодного тока (концентрация фталевой кислоты 500 мг/л). 18275 Таблица 2. Дисперсность порошка, полученного при различной плотности катодного тока (С(фт. к-ты) 500 мг/л). Плотность катодного тока, А/м 2 3500 4400 Оптимальное сочетание концентрации серной кислоты и медного купороса позволяет достигать большой дисперсности получаемого порошка, высокой производительности процесса и низких энергозатрат. Понижение или повышение этих концентраций ведет к увеличению расхода электроэнергии. Проведение процесса при высокой температуре также позволяет снизить энергозатраты, но понижает дисперсность осадка. Оптимальными сочетанием условий является электролит состава 110 г/л 452 и 170 г/л 24, катодная плотность тока 4400 А/м 2, температура 55 С, период наращивания и съема осадка с катода 15 мин, концентрация фталевой кислоты 500 мг/л. При предлагаемых оптимальных условиях электролиза получается порошок с содержанием фракции 44 мкм не менее 99, фракции 10 мкм не менее 80, фракции 5 мкм не менее 40, при производительности не менее 5,0 кг/м 2 ч, расходе электроэнергии не более 0,6 КВтч/кг, выходе по току не менее 96-97. Пример 1 (по прототипу) Электролизную ванну заполняли электролитом с содержанием 452 - 120 г/л, 24 - 120 г/л. Электролиз проводился с катодом из алюминия и анодом из меди. На ванну подавалось напряжение в пределах 2,5-3 , обеспечивающее катодную плотность тока 6500 А/м 2. Электролиз вели непрерывно,при замене объема электролита в течение 1 часа и температуре 45 С. Стряхивание и выгрузку порошка проводили через каждые 30 минут. Полученный порошок промывали, стабилизировали и сушили. Содержание фракции 44 мкм в готовом продукте составило 96,5, фракции 10 мкм - 1,3, фракции 5 мкм - 0,7. При дополнительном легком размоле содержание фракции 44 мкм увеличивается до 99,1, фракции 10 мкм - до 12,8,фракции 5 мкм - до 3,5. Выход по току составил 95,5, расход энергии - 2,5 КВтч/кг. Пример 2 (по предлагаемому способу) Электролизную ванну заполняли электролитом состава 110 г/л 452, 170 г/л 24, добавляли к нему фталевую кислоту так, чтобы ее концентрация составляла 500 мг/л, и вели электролиз при температуре 55 С и плотности катодного тока 4400 А/м 2. Электролиз ведется с применением катода из алюминия и анода из меди. Электролиз вели непрерывно в течение 1 ч, стряхивание и выгрузку порошкообразного осадка производили каждые 15 мин. Порошок промывали, стабилизировали и сушили. Содержание фракции 44 мкм в готовом продукте составило 97,8, фракции 10 мкм - 39,1,фракции 5 мкм - 12,1. При дополнительном легком размоле содержание фракции 44 мкм увеличивается до 99,9, фракции 10 мкм -до 81,8,фракции 5 мкм - до 42,9. Выход меди по току 96,8, расход электроэнергии 0,58 КВтч/кг. Результаты электролиза по способу-прототипу и предлагаемому приведены в таблице 3. Таблица 3. Результаты электролиза по различным способам Результаты Содержание фракции 44 мкм,до размола после размола Содержание фракции 10 мкм,до размола после размола Содержание фракции 5 мкм,до размола после размола Расход электроэнергии, КВтч/кг Выход по току,Как следует из представленных данных, применение предлагаемого способа позволяет повысить выход мелких фракций ( 5 мкм,10 мкм) в медном порошке более чем в 6-12 раз, увеличить выход по току на 1,3, снизить энергозатраты с 2,5 до 0,58 КВтч/кг, то есть более чем в 4 раза по сравнению со способом-прототипом. 18275 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения медного порошка электролизом из концентрированного раствора медного купороса и серной кислоты, при температуре 5060 С, с использованием алюминиевого катода и медного растворимого анода, отличающийся тем, что электролиз ведут в присутствии фталевой кислоты концентрацией 100-750 мг/л, при плотности катодного тока 3200-4500 А/м 2. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание медного купороса и серной кислоты в концентрированном растворе составляет 90-120 г/л и 150-200 г/л, соответственно.