不同清洗和烘干工艺对水合联氨还原制备银粉的影响

2023-08-09 20:49 浏览:20

周克武代林涛鲁香粉金扬灯钟民宋振阳林应涛

（福达合金材料股份有限公司，浙江温州 325025）

DOI：10.16786/j.cnki.1671-8887.eem.2023.02.005

摘要研究发现水合联氨还原制备的银粉在不同清洗和烘干工艺的条件下，烘粉温度对银粉粒度影响较大，温度越高，银粉颗粒度越大，控制烘粉温度不高于100 ℃为宜；当利用真空烘箱烘粉时，采用无水乙醇清洗的银粉粒度比去离子水清洗的小；添加油酸清洗银粉能够避免银粉过筛后团聚，这有利于银粉和其他金属粉体混合，使银基触头产品金相组织均匀。

关键词去离子水；无水乙醇；油酸；烘粉温度

引言

超细银粉是银基电触头材料粉末冶金法制备高质量触点产品的重要原料，其生产方法主要是液相化学还原法，即将白银制成硝酸银后，加入适量的还原剂制成银粉。目前银粉液相化学还原法中，主要的还原剂有丙三醇^[1]、抗坏血酸^[2,3]、水合肼^[4]、葡萄糖^[5]等。为了控制银粉的颗粒度大小和分布，在生产过程中调节溶液中银离子浓度和酸碱度、添加分散剂，防止银粉团聚。

在液相还原反应结束后，将银粉进行清洗、烘干和过筛，最终得到超细银粉产品。目前许多科研院所和单位研究了不同还原剂、银离子浓度^[6]、分散剂和还原剂^[7]滴加速度等对银粉形貌的影响。

本研究选用银氨溶液-水合肼还原制备银粉，液相还原过程中不加入保护剂和分散剂，从不同清洗和烘干工艺处理银粉。通过对比电镜形貌、松装密度和平均粒度等参数，研究不同烘干环境、烘干温度和清洗试剂等对银粉的影响。

1 银粉制备

1.1 原料和仪器

所用原料有银锭（IC-Ag99.99）、浓硝酸（AR）、氨水（浓度30% AR）、水合肼（浓度80%）、去离子水、无水乙醇、油酸（AR）；所用仪器有烧杯、蠕动泵、电动搅拌器、实验室水循环真空抽滤器、真空烘箱、普通烘箱（大气中烘干）。

1.2 液相还原法制取银粉

称取一定量的银锭放入烧杯中，将浓硝酸和去离子水按体积比1∶1配制成硝酸溶液加入到烧杯中，观察到银锭完全溶解成硝酸银后，向烧杯中加入一定量的去离子水，再加入一定量的氨水，得到pH=8的银氨溶液，银离子浓度为80 g/L。使用电动搅拌器，设定600 r/min固定转速搅动银氨溶液，将水合肼溶液利用蠕动泵以流速50 mL/min加入到烧杯内，一定时间后银还原反应完全，银粉利用真空抽滤器抽干废液。

1.3 银粉清洗

将液相还原法制取的银粉称重等分成9份，分别利用去离子水、无水乙醇、油酸和无水乙醇混合溶液清洗，清洗次数4次，每次清洗结束都利用真空抽滤器抽干银粉清洗液，清洗方案如表1。

表1 不同清洗和烘干工艺方案

1.4 银粉烘干

将不同清洗工艺的银粉，利用普通烘箱或真空烘箱进行烘干，烘干方案如表1。

1.5 银粉过筛

将烘干的银粉利用300目筛网进行过筛，得到最终产品超细银粉。

2 结果与分析

2.1 电镜形貌分析

方案1和方案2是在相同清洗试剂去离子水和烘干温度150 ℃下，利用真空烘箱和普通烘箱进行烘干，银粉电镜形貌如图1和图2所示，可以看出两种烘干工艺下，银粉电镜形貌并没有明显区别。

图1 方案1

图2 方案2

方案3、方案4、方案5、方案6和方案7是在相同清洗试剂无水乙醇和真空烘箱烘干下，分别在50 ℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃和250 ℃温度下烘粉 8 h，银粉电镜形貌分别如图3～图7所示。随着烘粉温度的升高，银粉颗粒越来越大，主要原因是随着温度的升高，银粉颗粒表面的原子活性越来越大，颗粒表面的原子活性越大越容易跟相邻原子进行扩散，形成稳定的化学键，银粉颗粒变大。因此，在银粉烘干工序中要尽量避免高温，烘粉温度不高于100 ℃为宜。

图3 方案3

图4 方案4

图5 方案5

图6 方案6

图7 方案7

方案4、方案8和方案9是在相同真空烘箱，烘干温度100 ℃条件下，用不同清洗试剂清洗银粉后烘干，银粉电镜形貌如图4、图8和图9所示。方案8去离子水清洗烘干的银粉在电镜形貌下比方案4和方案9银粉颗粒大，方案4和方案9相比银粉电镜形貌并没有明显区别。由于方案4采用去离子水清洗，在烘干过程中，毛细管吸附理论认为，粉体材料硬团聚的产生是由排水过程中所引起的毛细管作用引起的。含有分散介质的粉体在加热时吸附的液体蒸发，随着分散介质的蒸发，颗粒的间距减小，在颗粒之间形成了连通的毛细管颗粒的表面部分逐渐裸露出来。而介质蒸气则从孔隙的两端出去，因毛细管力的存在，在水中形成静拉伸压力，导致毛细管孔壁的收缩，从而形成硬团聚。用表面张力小的无水乙醇充分洗涤超细粉体，可以置换颗粒表面吸附的水分，减小氢键的作用，减少颗粒聚结的毛细管力^[8]，因此相同烘干工艺下，方案4和方案9采用无水乙醇清洗烘干的银粉比方案8去离子水清洗烘干得到银粉颗粒度小。当利用真空烘箱烘粉时，超细银粉用无水乙醇清洗后烘干比去离子水清洗后烘干效果好，对银粉颗粒变大影响小。

图8 方案8

图9 方案9

2.2 松装密度和平均粒度检测分析

将不同方案清洗和烘干的银粉经过300目过筛，获得超细银粉产品。利用费氏粒度仪检测银粉平均粒度^[9]，利用漏斗法检测银粉松装密度^[10]，所得结果如表2所示。

表2 不同清洗和烘干工艺制备银粉松装密度和平均粒度检测数值

方案1和方案2是在相同清洗试剂去离子水和烘干温度150 ℃下，利用普通烘箱和真空烘箱进行烘干。方案2银粉松装密度和平均粒度数值与方案1并没有很大区别，与电镜形貌分析得到的结果相对应。

方案3、方案4、方案5、方案6和方案7是在相同清洗试剂无水乙醇和真空烘箱烘干下，分别在50 ℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃和250 ℃温度下烘粉 8 h。随着烘粉温度升高，银粉松装密度和平均粒度数值均变大，与电镜形貌分析得到的结果相对应。

方案4、方案8和方案9是在相同真空烘箱，烘干温度100 ℃条件下，用不同清洗试剂清洗的银粉后烘干。方案8去离子水清洗烘干的银粉松装密度和平均粒度数值比方案4和方案9大。方案4和方案9松装密度和平均粒度数值并没有很大区别，与电镜形貌分析得到的结果相对应。

2.3 银粉外观分析

将不同方案清洗和烘干的银粉经过300目过筛，获得超细银粉产品。当银粉利用300目筛网过筛后，图10为清洗后的银粉的外观。无水乙醇清洗烘干的银粉团聚严重，去离子水清洗烘干的银粉团聚轻微，利用无水乙醇和油酸混合溶液清洗烘干的银粉不发生团聚。当银粉经过筛网过筛时，粉体颗粒与筛网之间相互摩擦，产生静电吸附团聚，但这种团聚在轻微外力的作用下就会分散。而经过无水乙醇和油酸混合溶液清洗的银粉，粉体表面会包裹一层油酸，能够避免银粉在过筛时产生静电团聚。

图10 清洗后的银粉的外观

(a)无水乙醇清洗 (b)去离子水清洗 (c)无水乙醇和油酸清洗

3 结论

（1）烘粉温度对银粉粒度影响较大，温度越高银粉颗粒度越大。虽然烘粉温度提高可以使银粉更容易烘干，提高车间生产效率，但是严重影响了粉体形貌，因此可以利用无水乙醇进行清洗烘干，降低烘粉温度，不高于100 ℃为宜。

（2）真空烘箱和普通烘箱烘粉，银粉在去离子水清洗烘干下，无明显区别；当利用真空烘箱烘粉时，采用无水乙醇清洗的银粉粒度比去离子水清洗的小。

（3）采用无水乙醇和油酸混合溶液清洗银粉，烘干过筛得到超细银粉，在相同条件下与无水乙醇清洗银粉粒度没有明显区别，但添加油酸清洗银粉能够避免银粉过筛后团聚，这样利于银粉和其他金属粉体进行混合，使银基触头产品金相组织更加均匀。

1. 陈建波.丙三醇为还原剂制备单分散球形银粉的研究[D].长沙:中南大学,2013.

2. 滕媛.高分散性球形银粉制备研究[D].昆明:昆明理工大学,2017.

3. 焦翠.燕液相还原法制备高品质超细银粉研究[D].长沙:中南大学,2013.

4. 张健,吴贤,李程,等.水合联氨还原制备超细银粉[J].稀有金属材料与工程,2007(3):399-403.

5. 江建军,谈定生,刘久苗,等.葡萄糖还原制取超细银粉[J].上海有色金属,2004(1):5-8.

6. 郭学益, 焦翠燕,邓多,等.硝酸银溶液性质对超细银粉形貌与粒径的影响[J].粉末冶金材料与工程,2013(6):912-919.

7. 孙永兴.粒径可控球形密实银粉的制备研究[D].南京:南京理工大学,2012.

8. 张敏.超细粉体团聚的形成机理及消除方法研究[J].中国粉体工业,2019(1):23-27.

9. 全国有色金属标准化技术委员会.GB/T 3249—2009,金属及其化合物粉末费氏粒度的测定方法[S]北京:中国标准出版社,2009.

10. 全国有色金属标准化技术委员会.GB/T 1479.1－2011,金属粉末松装密度的测定-第1部分:漏斗法[S].北京:中国标准出版社,2011.

Influence of Different Cleaning and Drying Processes on Silver Powder Prepared by Reduction of Hydrazine Hydrate

ZHOU KewuDAI LintaoLU XiangfenJIN YangdengZHONG MinSONG ZhenyangLIN Yingtao

（Fuda Alloy Materials Co., Ltd., Zhejiang Wenzhou 325025, China）

Abstract: The laboratory tests found that silver powder under different cleaning and drying processes conditions prepared by reduction of hydrazine hydrate, the baking temperature has a greater influence on the particle size of the silver powder. The higher the temperature, the larger the particle size of the silver powder. It is better to control the baking temperature not to be higher than 100 ℃. When using a vacuum oven to dry the powder, the particle size of the silver powder cleaned with absolute ethanol is smaller than that cleaned with deionized water. Adding oleic acid to clean the silver powder can avoid agglomeration of the silver powder after sieving, which is conducive to the mixing of silver powder and other metal powders and makes metallographic structure of silver-based contact products homogeneous.

Keywords: deionized water；anhydrous ethanol；oleic acid；temperature of baking powder

作者简介：周克武（1991-），男（汉族），工程师，主要从事电触头材料制备工艺研究。

中图分类号： TG146

文章编号：1671-8887（2023）02-0019-04

收稿日期：2021-11-20

出版日期：2023-04-20

网刊发布日期：2023-04-13

打赏