способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов

Формула изобретения

Способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов, включающий растворение отходов и последующий электролиз раствора, отличающийся тем, что электролиз ведут на виброэлектродах при плотности тока 0,2-0,5 А/см², при этом анод выполнен из анодированного свинца, а соотношение компонентов в электролите составляет: 40-60 г/л хлорида натрия на 20-30 г/л медьсодержащих аммиакатных отходов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимических методов получения медных порошков и может найти применение в производстве катализаторов, порошковой металлургии, антифрикционных смазках, гальванопластике, процессах очистки стоков от ионов меди.

Известен способ получения медного порошка электролизом из сульфатных растворов и устройством для его осуществления [Патент RU на изобретение № 2022717], заключающийся в электролитическом растворении в ванне медных анодов, осаждении порошка в виде губчатых осадков на катодах при циркуляции электролита и снятии губки с катодов. Процесс проводят при устанавливаемом напряжении на ванне, подачу и циркуляцию электролита осуществляют сверху вниз параллельно плоскости электродов при полной замене электролита в ванне в течение 2-3 ч. Применяют биполярные электроды, аноды выполнены из свинца. Медь осаждается в виде дисперсной губки на катодной стороне биполярных электродов, ссыпается с катодной поверхности, накапливается в донной части и выносится через канал электролитом.

Недостатками способа является сильная агломерированность частиц порошка и возможность снижения производительности за счет коррозии медного порошка.

Наиболее близким к заявляемому является способ утилизации медьсодержащих отходов [Патент RU на изобретение № 2157417], включающий растворение отходов активированного угля с последующим извлечением медно-аммиачного комплекса и электролиз полученного раствора. Электролиз ведут до снижения концентрации меди в электролите до 5 г/л с получением компактной электролитической меди, затем проводят электролиз до снижения содержания меди в электролите до 1,7 г/л с получением порошкообразной меди. Отработанный электролит направляют на растворение медно-аммиачного комплекса с последующим очищением от примесей меди катионитом и получением ацетата аммония. Отработанный активированный уголь затем вторично используют в доменных процессах или для изготовления электродов.

Недостатками этого способа является отсутствие в нем условий получения порошка с заданными свойствами.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов с заданными свойствами.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов включает их растворение и последующий электролиз раствора на виброэлектродах при плотности тока 0,2-0,5 А/см² , при этом анод выполнен из анодированного свинца, а соотношение компонентов электролита составляет: 40-60 г/л хлорида натрия на 20-30 г/л медьсодержащих аммиакатных отходов.

При этом достигается следующий технический результат: получение порошков меди с размером частиц не более 300 нм, содержанием кислорода не более 5% и производительностью более 0,031 кг/(м ²·ч), а также увеличивается способность сопротивления медного порошка к водородному изнашиванию в порошковых композициях, усиливается коррозионная стойкость порошка, повышается эффективность утилизации медьсодержащих аммиакатных отходов.

Увеличение производительности получения медного порошка происходит за счет образования на аноде гидразина, чему способствует присутствие анионов хлора и каталитически активный анодный материал.

Получаемый порошок содержит тонкую пленку оксида меди, предотвращающую его коррозию и водородное изнашивание в порошковых композициях.

Электрохимическая генерация восстановителя позволяет увеличить скорость образования порошка даже при малых содержаниях меди в электролите за счет чего достигается эффективность утилизации медьсодержащих аммиакатных отходов.

Пример реализации способа получения медных порошков из медьсодержащих аммиакатных отходов.

Для приготовления электролита растворяют в воде медьсодержащие аммиакатные отходы утилизации печатных плат [Cu(NH₃)₄]Cl₂ из расчета 25 г на 1 литр. После чего добавляют NaCl из расчета 50 г на 1 литр. Полученный электролит заливают в бездиафрагменный электролизер с виброанодом, выполненным из анодированного свинца. Электролиз ведут при плотности тока 0,2-0,5 А/см² и температуре электролита 25°С. По окончании электролиза медный порошок отделяют от электролита методом фильтрации, промывают дистиллированной водой из расчета 300 мл на 1 г порошка и сушат при температуре 80-90°С в течение 2 часов. За 1 час электролиза получают 0,14 кг/м² порошка меди.

Полученный порошок характеризуется размером частиц 80-300 нм (для анодного), 100-700 нм (для катодного); пикнометрической плотностью 8,74-8,77 г/см³ (для анодного и катодного) и насыпной плотностью 2,9 г/см³ (для анодного), 2,5 г/см³ (для катодного). Частицы анодного порошка (фиг.1а) характеризуются равноосной, но не сферической формой и пористостью, свойственной частицам с зернистой формой. Частицы катодного порошка (фиг.1б) характеризуются более разветвленной поверхностью с наростами, рваными узлами и отчасти дендритным строением, что свойственно порошкам с узловатой формой. Содержание кислорода в анодном порошке составляет 3-5%, в катодном 5-7%.

Образцы материала, легированного полученным анодным порошком, имеют твердость 45÷47 HRB и изнашиваются на 0.11÷0.125 мм. Микроструктура этого материала достаточно гомогенна (фиг.2а, б), присутствие фаз с высоким содержанием меди обеспечивают снижение износа при трении. Образцы стали, легированные катодным порошком, имеют твердость 42-44 HRB и изнашиваются на 0.10÷0.12 мм. Медь равномерно распределена в объеме материала (фиг.2в, г).