Электрохимический способ получения медного порошка

(51) 25 1/12 (2009.01) 22 9/24(2009.01) 25 5/02, (2009.01) 22 15/14 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДНОГО ПОРОШКА(57) Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к электрохимическому способу получения порошка меди. Техническим результатом изобретения является получение наноразмерных порошков меди с высокими выходами по току, а также упрощение процесса. Технический результат достигается путем электролиза сернокислого раствора титанав отсутствии ионов медив исходном растворе при плотностях тока 150-350 А/м 2 на медном и титановом электродах.(72) Баешов Абдуали Баешевич Даулетбаев Аким Серикович Баешова Ажар Коспановна(73) Акционерное общество Институт органического катализа и электрохимии им. Д.В. Сокольского(56) Баешов А., Кожаков Б.Е., Букетов Е.А.,Кремко Е.Г. Электрохимическое получение медного порошка. Сборник работ по химии КазГУ, Алматы,1984, вып.8, с.283-289 22669 Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к электрохимическому способу получения порошка меди. Известен электрохимический способ получения медного порошка из сернокислого электролита следующего состава 18-23 г/л меди , 150-160 г/л серной кислоты, при плотности тока на катоде 3000 А/м 2, на аноде 460 А/м 2. При высокой плотности тока на катоде образуется медный порошок,состоящий из частиц дендритной формы. В качестве анода используют медную пластинку, а в качестве катода - титановые стержни /Кудра О., Гитман Е. Электрохимическое получение металлических порошков. Киев, 1952, с. 77/. Известный способ получения порошка меди имеет ряд следующих существенных недостатков 1. При формировании медного порошка на катоде одновременно выделяется водород, в этой связи выход по току образования порошка металла не превышает 60-80, кроме того вследствие выделения водорода прикатодное пространство постепенно подщелачивается, что приводит к выпадению основных солей меди, загрязняющих порошок. 2. На катоде образуются относительно крупные порошки меди, т.е. средние размеры их частиц составляют 50-70 мкм. 3. Ввиду того, что выход по току растворения медного анода 100, а катодный выход по току не превышает 60-80, создается разбаланс по ионам меди , т.е. происходит накопление последней в электролите и, как следствие, возникает необходимость вывода части электролита (после определенного периода времени), а это усложняет технологический процесс. 4. В связи с выделением на катоде газообразного водорода атмосфера помещения загрязняется аэрозольными частицами серной кислоты. Наиболее близким по технической сущности к достигаемому техническому результату является электрохимический способ получения медного порошка по следующему способу /Баешов А,Кожаков Б.Е., Букетов Е.А., Кремко Е.Г. Электрохимическое получение медного порошка,Сборник работ по химии, Алматы, КазГУ, 1984,вып.8, с. 283-289/, сущность которого заключается в следующем электролиз проводят в сернокислом растворе сульфата меди в присутствии 2-4 г/л ионов титана . В данном случае часть тока, которая в ранее известных способах расходуется на выделение водорода, при введении ионов титаначастично расходуется на его восстановление до титана ,затем последний в прикатодном пространстве взаимодействует с ионами медипо реакции 2 Т 3 С 2 С 024(1),за счет протекания которой дополнительно образуется мелкодисперсный порошок меди и выход по току образования порошка повышается. При этом вновь образуются ионы титана ,которые участвуют в следующем акте процесса, и это циклически повторяется. 2 По известному способу в отсутствии ионов титанавыход по току образования порошка меди составляет 75,2, а при содержании ионов титана 4 г/л - 85,7, т.е. выход по току образования порошка повышается более, чем на 10. Этот способ имеет следующие недостатки 1. Выделение водорода на катоде совместно с образованием порошка меди не исключается, в этой связи выход по току порошка металла не превышает 90, а также не исключается проблема постепенного подщелачивания прикатодного слоя электролита с нежелательными последствиями, и при этом наблюдается ухудшение условии труда,связанное с загрязнением атмосферы аэрозольными частицами электролита. 2. Примерно 10-15 порошка имеет высокую дисперсность, и величина размеров их частиц составляет 0,1-1,0 мкм, а остальная часть имеет частицы со средними размерами 40-60 мкм. 3. Медный анод растворяется практически со 100-ным выходом по току, а выход по току восстановления ионов мединамного ниже чем 90, в этой связи происходит повышение концентрации ионов медив растворе корректировка состава электролита требует дополнительных технологических операций. Задачей изобретения является получение ультрадисперсных порошков меди с высокими выходами по току. Техническим результатом настоящего изобретения является получение наноразмерных порошков меди с высоким выходом по току, а также упрощение процесса. Технический результат достигается способом получения ультрадисперсных порошков меди путем электролиза сернокислого раствора титана ,отличительной особенностью которого является то,что электролиз проводят в отсутствии ионов меди в исходном электролите. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем При анодной поляризации медный электрод растворяется с образованием ионов меди 22(2),а на титановом катоде ионы титанавосстанавливаются до трехвалентного состояния 43(3) Образовавшиеся ионы медии титанав дальнейшем начинают диффундировать в глубь раствора с поверхности анода и катода,соответственно, а в объеме раствора они взаимодействуют между собой с образованием наноразмерных частиц порошков меди. В целом образование дисперсных порошков протекает по следующий схеме Как видно из схемы, при образовании порошков металла в объеме раствора ионы четырехвалентного титана регенерируются, далее они заново на титановом катоде восстанавливаются до трехвалентного состояния и в объеме раствора вновь участвуют в образовании новых порций наноразмерных порошков меди. Этот процесс циклически повторяется, т.е. ионы титанапрактически не расходуются. В результате электролиза компактная медная пластинка переходит в порошкообразное дисперсное состояние. Следует отметить, что когда медные порошки формируются при непосредственном катодном восстановлении ионов медипри высоких плотностях тока они успевают срастаться в кристаллическую решетку. Согласно литературным данным, после образования зародышей, последние становятся центрами, на которых происходит рост кристаллов. Рост зародышей усиливается тогда,когда электрод имеет высокий электроотрицательный потенциал,поэтому получить наноразмерные порошки меди при непосредственном катодном восстановлении ионов мединевозможно. В этой связи в предлагаемом способе получение порошка меди осуществляется из сернокислого раствора титана , не содержащих ионы меди ,поэтому непосредственное катодное восстановление последних и увеличение размера получаемого порошка меди не происходит. Ионы медии ионы трехвалентного титана(являющиеся восстановителями) образуются при протекании электрического тока и они химически взаимодействуют друг с другом в объеме раствора с образованием наноразмерных частиц порошка меди. Таким образом, порошок меди, образовавшийся на основании протекания электрохимических и далее химических стадий процессов обладает очень высокой дисперсностью. Сначала образуются наноразмерные порошки меди, которые долго находятся в плавучем состоянии в объеме раствора,но с течением времени порошки металла друг с другом механически слипаются, сохраняя свою дисперсность, и постепенно накапливаясь на дне электролизера. Нижеприведенные примеры иллюстрирует заявляемые изобретение. Пример 1. Электролиз проводят в стеклянном электролизере без разделения электродных пространств. В качестве анода используют медные,а в качестве катода- титановые пластинки электролит содержит - 100 г/л серной кислоты и 10 г/л ионов титана .Электролиз проводят при плотностях тока на электродах 150 А/м 2, при комнатной температуре,продолжительность электролиза - 0,5 час. Выход по току образования порошка 99,9 . Средние размеры частиц медных порошков составляют 0.01-0.10 мкм. Пример 2. Условия опыта как в примере 1. Плотность тока на электродах 250 А/м 2,концентрация ионов титана- 15 г/л. Выход по току образования порошка 99,8 . Средние размеры медных порошков составляют 0.02-0.09 мкм. Пример 3. Условия опыта как в примере 1. Плотность тока на электродах 350 А/м 2,концентрация ионов титана- 20 г/л. Выход по току образования порошка 99,7 . Средние размеры частиц медных порошков составляют 0.02-0.10 мкм. Таким образом, предложенный нами способ получения порошка меди по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества 1. Образуются наноразмерные порошки со средними размерами частиц 0.01-0.10 мкм. 2. Выход по току образования порошка меди практически равен 100 , исключается разбаланс по ионам медив растворе, а также не происходит подщелачивание раствора в прикатодном слое. 3. На катоде газообразный водород не образуется, в этой связи атмосфера воздуха в помещении не загрязняется аэрозольными частицами серной кислоты, что приводит к улучшению условий труда. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электрохимический способ получения медного порошка из сернокислых растворов титана ,отличающийся тем, что электролиз проводят в отсутствии ионов медив исходном растворе при плотностях тока на медном аноде и титановом катоде 150-350 А/м 2, при концентрации ионов титанав электролите 10-20 г/л.