Çoğu nanomalzeme gibi, ultra ince bakır tozu da çok pahalıdır. Bu yazıda bu yüksek fiyatın nereden geldiğini açıklıyoruz. Bu, malzemelerin maliyetinden değil, karmaşık üretim sürecinden kaynaklanmaktadır. Tıbbi amaçlarla kullanılabilecek bir bakır tozu elde edebilmek için partikül boyutunun 1200nm'den (1,2µm) büyük olmaması, partiküllerin yaklaşık olarak yuvarlak olması ve saflığının en az %99,9x olması gerekir. Havacılık ve uzay ve elektronik endüstrilerinde partikül boyutu 40 µm'den (40.000 nm) büyük olmamalıdır; kalite metal bazında en az %99,99x olmalıdır. Bu kalitedeki bakır tozunun fiyatı, satın alma miktarına bağlı olarak gram başına 200 EURO ile 2500 EURO arasındadır. Bu tozun bir gramını üretmek için, katları yüksek saflıkta bakır ve çok daha fazla çözelti, katalizör ve katkı maddesi gerekir. Ancak bu işlemin en pahalı kısmı, onu üretmek için gerekli ekipmandır. Akım Bakır tozunun piyasa fiyatları.
Patent kaydındaki aşağıdaki açıklama, karmaşık prosedür hakkında bir fikir vermektedir. Burada açıklanan patent Mitsubishi Gas Chemical Co. Inc. Tokyo, Japonya'da tescillidir. Alternatif bir üretim, bir santrifüj vasıtasıyla filtrasyon ve ayırmadır. Bununla birlikte, bu, burada tarif edilen metodolojiden bile daha karmaşık ve masraflıdır.
Mevcut buluş, 0,2 ve 1 betweenm arasında bir ortalama parçacık çapına, neredeyse 5 ve 0,5 betweenm arasında bir ortalama parçacık çapına, XNUMX ve XNUMX /m / g arasında belirli bir yüzey alanına sahip olan ve küresel olarak düşük bir aglomerasyon eğilimi içeren yeni ince bakır tozu üretmek için bir işleme ilişkindir. Bu buluşun usulüyle üretilen ince bakır tozu, örneğin, kaplama bileşimleri, macunlar ve reçineler için elektriksel olarak iletken bir dolgu maddesi olarak, bir antibakteriyel katkı maddesi olarak ve toz metalurjisi için bir başlangıç tozu olarak avantajlı bir şekilde kullanılabilir.
Bakır tozlarının üretilmesi için geleneksel olarak bilinen yöntemler arasında bir elektrolitik yöntem, bir püskürtme yöntemi ve mekanik toz haline getirme bulunur ve yukarıdaki yöntemlerle üretilen bu tür bakır tozları temel olarak toz metalurjisinde kullanılır.
Genellikle nispeten büyük parçacık çaplarına sahip tozlar üreten bu yöntemler, daha ince bakır tozları üretmek için geliştirilmiş olsa da; Üretim koşullarını kontrol ederek veya eleyerek üretim verimliliği düşüktür ve bu tür yöntemlerle elde edilebilen incelik sınırlıdır.
Poroshk'ta yayınlanan 'Demir, kobalt, nikel ve bakır formatları için ayrıştırma süreci' makalesi. Metal. (Kiev 1977 (5), 7-13, Fe, Co, Ni ve Cu formatlarının termal ayrışmasını açıklar. Format ayrışması ile elde edilen Fe ve Co parçacıklarının ortalama boyutu 0,1 ila 0,3 idi, 60 µm ve özgül yüzey alanı yaklaşık XNUMX m² / g idi Sinterleme sayesinde daha büyük Ni ve Cu partikülleri elde edildi.
Kaplama bileşimlerindeki, macunlardaki ve reçinelerdeki uygulamalar gibi amaçlar için, diğer yandan, homojen bir dağılım ve homojen bir kaplama açısından bakıldığında, bakır tozu daha ince, yani 10 μm veya daha az olan ve şekil olarak homojen toz parçacıklarından oluşmalıdır. Elektronik parçalarda kullanım için, Na veya K gibi önemsiz miktarda alkali metal içeren bakır tozu, Cl gibi kükürt ve halojenler, aşınmanın önlenmesi ve neme bağlı elektriksel özelliklerin bozulması açısından tercih edilir.
Yukarıdaki amaçlar için kullanım için ince bakır tozları, örneğin sıvı fazda bir bakır bileşiğinin çökeltilmesi, bir vakumda veya atıl bir gazda buharlaştırma, bir bakır tuzunun gaz faz indirgenmesi ve bir oksidin katı faz indirgemesi ile hazırlanır.
Bununla birlikte, sıvı faz indirgeme çökeltme işlemi, performans ve maliyet açısından zayıftır, çünkü parçacık çapı dağılımı geniş, indirgeyici madde pahalıdır ve işlem küme işleminde gerçekleştirilmelidir. Vakumda veya atıl bir gazda buharlaşma yetersizdir, çünkü aşırı derecede ince ve geniş bir spesifik yüzey alanına sahip olan bakır tozları elde edilebilse de, oksidasyonun önlenmesi ve bakır tozlarının taşınması zordur, üretim ekipmanı pahalıdır ve kütle verimi Düşük Bir bakır tuzunun, özellikle yüksek reaksiyon sıcaklıklarında gerçekleştirilen bir bakır halojenürün gaz faz indirgenmesi, bitkinin halojenürün ayrışmasında üretilen bir halojen tarafından aşınması ve üretilen tozun sinir bozucu toplanması gibi problemlere sahiptir ve Halojenlerin büyük bir kısmı üretilen bakırda kalır. Bir oksidin katı faz indirgemesinin gerçekleştirilmesinde, başlangıç malzemesinin kullanımdan önce ince bir şekilde toz haline getirilmesi ve saflaştırılması esastır, çünkü üretilecek olan bakır tozunun şekli ve saflığı başlangıç malzemesine bağlıdır ve partiküller, yeterince temas etmeleri nedeniyle topaklanıp balmumudur. indirgeyici gaz ve ayrıca indirgemeye eşlik eden ısı üretimi nedeniyle. Sonuç olarak, katı faz indirgeme yöntemi yetersizdir, çünkü üretim verimliliği düşüktür ve üretim koşullarının kontrolü zordur.
Yukarıdaki koşullar altında, buluş sahipleri, basit işlemlerle ince bakır tozu üretmek için bir yöntem geliştirmek üzere yoğun çalışmalar yapmışlardır. Çabalarının bir sonucu olarak, 1 ila 0,2 averagem arasında bir ortalama primer parçacık çapına sahip olan bir bakır tozu, 1 ila 5 m2 / g arasında bir spesifik yüzey alanı ve düşük aglomerasyon eğilimi olan bir bakır tozu üretmek için bir yöntem bulmuşlardır. Mevcut buluş yukarıdakilere dayanarak tamamlanmıştır.
Tercih edilen düzenlemeler, bağımlı istem 2 ve 3'te listelenmiştir.
Buna göre, yukarıda tarif edildiği gibi ince bir bakır tozu üretmek için bir yöntem sunmak mevcut buluşun bir amacıdır.
Mevcut buluşa göre ince bir bakır tozu üretme yöntemi, 150 ve 300 ° C arasında bir ortalama primer parçacık çapına sahip olan bir ince bakır tozu elde etmek için, 0,2 ve 1 ° C arasında değişen bir sıcaklıkta, oksitleyici olmayan bir atmosferde, termal olarak katı faz çürüyen susuz bakır format içerir. özel bir 5 ila 015 m2 / g yüzey alanına ve düşük aglomerasyon eğilimine sahip olup, burada susuz bakır format, 850 orm veya daha düşük bir partikül boyutuna sahip, susuz bir bakır format tozu ve% 20 ağırlık veya daha fazladır. susuz bakır format tozu, bir nitrojen veya hidrojen gazı atmosferinde bir 90 ° C / dk ısıtma hızında ısıtıldığında, 160 ila 200 ° C arasındaki bir sıcaklık aralığında termal ayrışma. ısıtılır.
Mevcut buluşun tercih edilen bir düzenlemesinde, elde edilen ince bakır tozu, ince bakır tozu primer parçacıklarının topaklarını içerir; burada topakların ortalama çapı, 10 um ya da daha azdır. Susuz bakır format tozu, bakır format hidratın, 130 ° C veya daha düşük bir sıcaklıkta dehidre edilmesi ve daha sonra dehidratlanmış bakır formatın toz haline getirilmesiyle elde edilir. Toz formundaki susuz bakır format, bakır karbonat, bakır hidroksit ve bakır oksitten oluşan gruptan seçilen en az bir bakır bileşiğinin formik asit veya metil format ile reaksiyona sokulması ve yukarıda açıklanan yöntemle elde edilen ince bakır tozunun elde edilmesi ile elde edilen bakır formattır. daha sonra su içinde bir organik çözücü veya su içindeki bakır için bir pas önleyici çözeltisi veya bir organik çözücü madde ile yıkanır, böylece toz içinde gruptan seçilen en az bir safsızlık elementi azalır saflaştırılmış ince bakır tozu üretmek için halojen, kükürt, alkali metaller ve ağır metallerden oluşur.
Buluşun ayrıntılı açıklaması
Mevcut buluşun yöntemi aşağıda ayrıntılı olarak tarif edilecektir.
Bu buluşta kullanılan susuz bakır format genellikle bakır (II) formattır. Susuz bakır format, tozun, bir nitrojen veya hidrojen gazı atmosferinde bir 10 ° C / dak'lık bir ısıtma hızında bir 3 mg miktarında bulunması durumunda, termal ayrışma şartını sağlayan susuz bir bakır format tozudur. ısıtılır, 90 ila 160 ° C arasındaki bir sıcaklık aralığında tozun ağırlıkça yüzde XN veya daha fazlası termal olarak ayrıştırılır. Bu termal ayrışma davranışı, daha yüksek saflıkta ve topaklanma eğiliminde olan ince bir bakır tozu elde etme bakış açısından tercih edilir. Daha küçük aglomera partikül boyutuna sahip bir bakır tozu elde etmek için susuz bakır format tozu, 200 um (850 mesh) veya daha ince bir partikül boyutuna ve özellikle de 20 um (150 mesh veya daha ince) partikül boyutuna sahip bir toza sahiptir. Böyle bir susuz bakır format tozu, bakır format hidratın, 100 ° C ya da daha düşük bir sıcaklıkta kurutulmasıyla elde edilebilir ve sonra susuz bakır formatın, susuz bakır format kristallerinin doğrudan sulu bir bakır format çözeltisinden oluşturulması ve daha sonra kristallerin toz haline getirilmesi yoluyla ufalanması yoluyla elde edilebilir. 130 (m (850 mesh) partikül büyüklüğüne veya sulu bir bakır format çözeltisinden daha ince tanecikli bir kristalli susuz bakır format tozunun doğrudan oluşturulmasıyla. Bu şekilde elde edilen susuz bakır format tozunun, düşük safsızlık içeriğine sahip ince bir bakır tozu üretmek amacıyla düşük safsızlık elementleri içeriğine, özellikle Na veya K gibi alkali metallere, kükürt ve Cl gibi halojenlere sahip olması tercih edilir.
Mevcut buluşta, kullanılan bakır format yukarıdaki gereklilikleri karşıladığı sürece kullanılabilir. Bununla birlikte, başlangıç bakır bileşiği olarak bakır karbonat, bakır hidroksit veya bakır oksit kullanan bir yöntemle hazırlanan ve bu başlangıç bakır bileşiğini formik asit veya metil format ile reaksiyona sokan susuz bakır format, proses endüstriyel olduğunda, bu buluşun prosesi için bir başlangıç materyali olarak faydalıdır. yürütülür.
Endüstriyel olarak daha ucuz olan bakır tuzlarından veya atık bakırdan elde edilen bakır karbonat, bakır hidroksit ve bakır oksidin hepsi pratikte suda çözünmez olduğu için, elde edilen bakır bileşiklerinin, daha önce belirtilen bakır bileşikleri ile yukarıda tarif edilen gibi safsızlıkların azaltılmış bir içeriğine sahip olmaları kolayca sağlanabilir. Kurutma işlemi yıkanır veya farklı bir işleme tabi tutulur. Örneğin, bakır sülfat üretmek için bakır sülfatın sodyum karbonat veya sodyum bikarbonat ile reaksiyona sokulması durumunda, bakır karbonatta Na ve S gibi başlangıç bileşiklerine atfedilebilen safsızlık elementleri, bir diğerine sodyum karbonat veya sodyum bikarbonat eklenmesini içeren bir işlemle azaltılabilir. Sulu bakır sülfat çözeltisi; reaktifin, bir çökelti oluşturmak üzere 60 ila 85 ° C arasındaki bir sıcaklıkta reaksiyona girmesine izin verir ve ardından çökeltiyi kurutmadan suyla yıkar.
Yukarıda açıklanan bakır bileşiklerinin formik asit ile reaktivite sırası şöyledir: bakır hidroksit> bakır karbonat >> bakır (I) oksit, bakır (II) oksit. Bu bileşiklerden seçilen bir bakır bileşiği, genellikle sulu bir ortamda formik asit veya metil format ile karıştırılır, formik asit veya metil formatın oranı, bakır bileşiğinin eşdeğer oranından daha az değildir, oran, bakır bileşiğinin türüne göre belirlenir. Elde edilen karışım oda sıcaklığı ile 30 ° C arasındaki bir sıcaklıkta 24 dakika ila 100 saat süreyle tutulur, böylece reaksiyona giren maddelerin sulu bir bakır format çözeltisi vermek üzere bir sıvı faz reaksiyonuna girmesine izin verilir.
Yukarıdaki proseste, başlangıç koşullarına, reaksiyon koşullarına bağlı olarak reaksiyona girmemiş kalabilir, bakır forma ek olarak yan ürünler oluşturulabilir veya bakır format, başka bileşikler oluşturmak üzere ayrıca reaksiyona girebilir. Bu şekilde, ortaya çıkan bakır format bu gibi diğer bileşikleri içerir. Örneğin, bakır format sulu çözeltide oldukça kararsız olduğu için, su oranı arttıkça ve sıcaklık arttıkça, bazal bakır formatları gibi suda çözünmeyen ürünlerin oluşumu, yan reaksiyonlar veya müteakip bozunma reaksiyonları nedeniyle hızlanır. Bakır karbonat, bakır hidroksit ve bakır oksit gibi reaksiyona girmemiş herhangi bir başlangıç bileşiği ve bazik bakır formatları gibi yan reaksiyonlar veya ayrışma reaksiyonları ürünleri, temin edilen bakırın içerdiği herhangi bir madde olmadan metalik bakıra indirgenerek dönüştürülebilir. Bununla birlikte, indirgeme reaksiyonuna hatırı sayılır bir ısı oluşumu ve dolayısıyla su formları eşlik ettiğinden, bu tür bakır bileşikleri bu buluşun yönteminde termal katı faz ayrışması için uygun değildir, çünkü bu tür bileşiklerin kullanımı kalorimetrik kontrol ve diğer karmaşık prosedürler gerektirmektedir.
Bu bakır bileşiklerinin termal ayrışma davranışı, bakır hidroksit, bazik bakır karbonat, susuz bakır format ve 10'lük bir ısıtma hızına sahip bir N2 veya H2 gaz atmosferinde her biri 3 mg ağırlığındaki bakır formatın müteakip ayrışma reaksiyonunun bir ürününün olduğu bir diferansiyel termal denge analizi vasıtasıyla incelenmiştir. ° C / dak. ısıtıldı. Kalorimetrik değişikliklerdeki (endotermik, ekzotermik veya benzeri değişiklikler) pik sıcaklıklar ve ayrışma ürünleri üzerinde elde edilen sonuçlar Tablo 1'de gösterilmektedir.
Tablo 1
Atmosfer N 2 gaz H 2 gazı Bakır hidroksit Bazik bakır karbonat monohidrat Susuz bakır format Bakır format endotermik ayrışma ürünü; Oksit hafif endotermik; Bakır tozu ekzotermik; Oksit içeren bakır ekzotermik; Bakır tozu
Tablo 1, susuz bakır format dışındaki tüm bakır bileşiklerinin bir nitrojen (N2 gazı) atmosferinde bakır oksit veya esas olarak bakır oksit içeren bir toz oluşturmak üzere ayrıştığını ve bu bakır bileşiklerinin ayrışmasının endotermik veya ekzotermik olduğunu göstermektedir. Bu bakır bileşiklerindeki kalorimetrik değişiklikler, susuz bakır formatındakilerden en az on kat daha büyüktür ve özellikle, kristalizasyon suyu içeren bazik bakır karbonat monohidrattaki endotermik değişim, susuz bakır formatındakinden yaklaşık yüz kat daha fazladır.
Ek olarak, susuz bakır format haricinde, metalik bakır tozu oluşturmak için tüm bakır bileşikleri indirgeyici bir atmosferde (H2 gazı) ısıtılmalıdır ve indirgeyici atmosferdeki reaksiyonları ekzotermiktir, bunların ekzotermik miktarları susuz bakır formatınkinden en az beş kat daha fazladır. vardır.
Tablo 1 ayrıca susuz bakır formatın tıkayıcı olmayan bakır bileşiklerinin ayrışma tepe sıcaklıklarının, eskilerin bir kısmı ikincisiyle hafifçe çakıştığına rağmen, susuz bakır formatınkinden oldukça farklı olduğunu göstermektedir.
Yukarıdan, susuz bakır formatın, kalorimetrik değişikliklere uğramadan bakır tozu oluşturmak üzere kolayca termal olarak ayrışabileceği görülebilir. Aşağıdakiler de anlaşılabilir. Susuz bakır formatın bu bakır bileşikleri ile kirlenmesi durumunda, ayrışmış formik asidin azaltma gücü ile metalik bakır oluşur. Bununla birlikte, susuz bakır format dışındaki bileşiklerin oranı çok büyükse, indirgeme reaksiyonlarına eşlik eden ekzotermik ısı çok büyüktür ve sonuç olarak, lokal ısınma vb. Nedeniyle birbirleriyle aglomera oluşturan bakır tozu parçacıkları, İnce bir bakır tozu elde etmek için. Bu bileşiklerin oranı daha büyükse, üretilen bakır tozu bakır oksit içeren bir bakır tozu haline gelir.
Bu nedenle, bu buluşta kullanılan susuz bakır format, tercihan, bakır format dışında, bu bileşiklerin küçük bir miktarına sahip olandır. Bunun pratik bir ölçüsü, susuz bir bakır numunesi bir nitrojen veya hidrojen gazı atmosferinde 10 ° C / dak. ısıtılır, numunenin ağırlıkça yüzde 3'i veya daha fazlası, 90 ila 160 ° C sıcaklık aralığında termal olarak ayrıştırılır. Anhidre bakır format bu buluşta kullanılmak üzere endüstriyel olarak sentezlendiğinde yukarıdakilerin dikkate alınması tercih edilir.
Mevcut buluşun yönteminde, yukarıda tarif edildiği gibi susuz bir bakır format tozu ince bir bakır tozu üretmek için katı fazda termal olarak ayrıştırılır.
Susuz bakır formatın katı fazda termal ayrışması, oksitleyici olmayan bir ortamda, genellikle sıradan basınç altında, 150 ve 300 ° C, tercihen 160 ve 250 ° C arasındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. İşlem, susuz bakır formatın bir teneke kutu, teneke kutu veya başka bir kapta paketlendiği ve önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta ısıtıldığı ve muhafaza edildiği parti modunda gerçekleştirilebilir. Alternatif olarak, işlem susuz bakırın bir taşıyıcı bant gibi sürekli transfer ortamına tatbik edildiği ve transfer ajanlarının bakır formatı, bakır formatın termal olarak parçalandığı önceden belirlenmiş bir sıcaklığa ısıtılan bir ısıtma bölgesine sürdüğü kesintisiz bir şekilde gerçekleştirilebilir. ve ayrışma ürünü daha sonra boşaltılır.
Mevcut buluşta, katı fazdaki susuz bakır format tozu, ısıtma sıcaklıklarına dirençli ve formik asit buharının saldırısına uğramayan bir malzemeden yapılmış, teneke kutu veya benzeri gibi bir kap içinde paketlenmiş susuz bir bakır format tozu anlamına gelir. böyle bir malzemeden yapılmış bir koşu bandına uygulanan susuz bir bakır format tozu veya benzer bir durumda susuz bir bakır format tozu. Bir kapta paketlenmiş veya hareketli bir kayış üzerine yerleştirilmiş susuz bakır format tozunun miktarı özellikle sınırlı değildir çünkü bakır format tozu miktarı ile elde edilen ince bakır tozunun aglomera oluşturucu özellikleri arasındaki ilişki önemsizdir. Bununla birlikte, susuz bakır format tozu genellikle susuz bakır formatın iç kısmının istenen bir süre içinde, örneğin birkaç dakika ile birkaç saat arasında tamamen ayrıştırılabileceği bir miktarda kullanılır. Oksitleyici olmayan atmosfer, N2, H2, C2, CO, Ar veya diğer oksitleyici olmayan gaz atmosferi veya susuz bakır formatın ayrışması üzerine oluşan bir gazın atmosferi anlamına gelir. Tercih edilen bir toplu işlemde, örneğin ısıtma bölgesinin hacmini küçültmek suretiyle, ayrışma atmosferinin tamamen bakır format tozunun ayrışması sırasında oluşan gazdan oluşması sağlanır. Tercih edilen sürekli bir işlemde, aynı etki, ısıtma bölgesine giriş ve bu bölgeden çıkışın açık alanlarının küçültülmesiyle elde edilir. Bu modifikasyonlar, önceden bir N2, H2 veya diğer oksitleyici olmayan gaz atmosferi yaratmak için bir sistem sağlama ihtiyacını ortadan kaldırmaları bakımından avantajlıdır.
Bu buluşun yukarıda açıklanan termal ayrışma yönteminde, termal ayrışma susuz bakır formatın dış kısmından iç kısmına aşamalı olarak ilerler. Ayrışma üzerine oluşturulan bakır tozu, ayrışma atmosferinin, kısa bir süre içinde bakır tozunun mükemmel termal iletkenliği nedeniyle tutulduğu önceden belirlenmiş bir sıcaklığa ulaşır ve bakır tozu, bu sıcaklıkta bakır format buharı (bakır (I) format) olur. Oluşturulan bakır format ve ayrıca ayrışmada oluşan ve formik asidin ayrışma ürünlerinin gazlarına maruz kalan formik asit gazı. Bu şekilde, işlemin ilk aşamasında üretilen bir bakır tozu, termal ayrışma boyunca önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta bu gazlara maruz kalır. Termal bozunma sıcaklığı, 300 ° C'yi aştığında, bakır tozu dezavantajlı bir şekilde topaklaşma eğilimindedir ve ikincil bozunma, yani elverişsiz olan susuz bakır formatın bozunması üzerine oluşan formik asidin bozunması eğilimindedir. su oluşumuna yol açar. Bununla birlikte, büyük ölçüde susuz bakır formatın tamamı ayrıştırıldığında, bu kadar yüksek bir sıcaklığa maruz kalmanın kısa bir süre boyunca kalmasına rağmen, bakır tozu sınırlı bir süre için daha yüksek olmasına rağmen, atmosferin sıcaklığı, 300 ° C'nin üzerine çıkarılabilir 300 ° C'ye maruz bırakıldığında, tozun topak oluşturma eğilimi çok fazla artmaz. Öte yandan, termal ayrışma sıcaklığı 150 ° C'den düşükse, ayrışma olumsuz bir hızda ilerler ve çok zaman alır. Daha çok tercih edilen termal ayrışma sıcaklığı aralığı, 160-250 ° C aralığının alt sınırına yakın olan 150 ve 300 ° C arasındadır.
Bu buluşun yukarıda tarif edilen metodu ile üretilen bakır tozu genellikle 0,2 ve 1 betweenm arasında ortalama bir birincil parçacık çapına, 5 ve 0,5 m² / g arasında belirli bir yüzey alanına ve düşük aglomerasyon eğilimi olan ince bir bakır tozudur. Bu buluşa uygun susuz bakır formatın termal ayrışmasıyla elde edilen ince bakır tozunun belirgin özelliği, tozun, indirgeme usulü ve diğer geleneksel usullerle hazırlanan bakır tozlarına kıyasla, topaklaşma eğiliminin az olmasıdır. vardır.
İndirgeme yöntemiyle ve benzerleriyle elde edilen bakır tozlarına kıyasla, bu buluşun yöntemiyle üretilen ince bakır tozu havada daha yavaş oksitlenir. Dolayısıyla, mevcut buluşa göre ince bakır tozu havada bırakılsa bile, maruz kalma süresi kısa olmadıkça oksidasyonun neden olduğu renk değişikliği olmaz. Üretilen ince bakır tozu, başlangıçta mevcut olması beklenen ve çoğu toz parçacıklarının yüzeyine yapışan susuz bakır format tozunda bulunan kirlilik unsurları içerdiğinden, ince bakır tozunun su, organik bir çözücü ya da bir organik çözücü ile karıştırılması tercih edilir. Halojenler, kükürt, alkali metaller ve ağır metaller gibi kirlilik unsurlarını azaltmak için sudaki veya organik bir çözücüdeki bakır için bir pas önleyicinin çözeltisi yıkanır. Böyle bir yıkama işlemi ile, örneğin, safsızlık elementleri olarak mevcut olan alkali metallerin ve halojenlerin% 90 veya daha fazlası, safsızlık elementlerinin miktarına bağlı olarak, yine de uzaklaştırılabilir.
Tercih edilen bir yıkama işleminde, su veya her biri bir inhibitör veya benzerini içeren bir alkol gibi bir organik çözücü, tek aşamalı bir yıkamada veya çok aşamalı bir yıkama işleminin son aşamasında bir yıkama sıvısı olarak kullanılır ve yıkama sırasında, ultrasonik bir dispersiyon muamelesi, Karıştırıcı veya benzeri bir işlem yapılır. Bu yöntem avantajlıdır, çünkü kirlilik unsurlarının azaltılmasını, pas önleme işleminin ve topaklanmış parçacıkların yeniden dağıtılmasını sağlayabilir.
Yukarıdaki açıklamadan açıkça görüleceği gibi ve aşağıdaki Örnekler ve Karşılaştırma Örnekleri ile gösterileceği gibi, bu buluşa uygun susuz bakır formatın termal ayrışmasıyla ince bir bakır tozu üretme yöntemi, özel susuz bakır formatın kullanımı nedeniyle ince bir bakır tozu sağlayabilir. Küçük primer parçacık çapına ve düşük aglomerasyon eğilimine sahiptir. Bu özel susuz bakır format, daha ucuz bir bakır bileşiğinden düşük bir maliyetle endüstriyel olarak kolayca üretilebilir ve bu durumda, başlangıç malzemesinde bulunan safsızlıklar kolayca azaltılabilir.
Bu nedenle, ince bakır tozunun endüstriyel üretimi için pratik ve yeni bir işlem sağlayan bu buluş büyük önem taşımaktadır.
Mevcut buluş, aşağıdaki örneklere ve karşılaştırmalı örneklere referansla daha detaylı olarak açıklanacaktır, ancak örnekler, buluşun kapsamını sınırlandırdığı şeklinde yorumlanmamalıdır. Bu örneklerde, aksi belirtilmedikçe, tüm paylar ve yüzdeler ağırlığa dayalıdır.
Örnek 1
1 kg bazik bakır karbonata (= CUCO3 Cu (OH) 2H2) 2,4 kg yüzde 40'lık sulu formik asit solüsyonu eklenmiştir. Elde edilen karışım 80 ° C'ye ısıtıldı ve karışım karıştırılırken 30 dakika bu sıcaklıkta tutuldu. Reaksiyon ürününü konsantre etmek ve kurutmak için su daha sonra 80 ° C'de indirgenmiş basınç altında buharlaştırılarak uzaklaştırıldı, böylece 1,28 kg susuz bakır format kristali elde edildi. Bu susuz bakır formatın termal ayrışma özellikleri, 10 ° C / dakikalık bir ısıtma hızında bir nitrojen veya hidrojen gazı atmosferinde 3 mg susuz bakır format ilave edilerek test edildi. ısıtıldı. Sonuç olarak, 160 ila 200 ° C'lik sıcaklık aralığında ayrışan bileşenlerin oranının (bundan böyle "termal ayrışma derecesi" olarak anılacaktır) pratik olarak% 100 olduğu bulundu.
Yukarıda elde edilen susuz bakır formatın kristalleri, partikül büyüklüğü 150 um (100 ağ) veya daha ince olan bir toz halinde toz haline getirildi ve tozun 1 kg'ı, 15 cm x 15 cm x 8 cm (yükseklik) ölçülerek dolduruldu. Bu tüfek, atmosferin nitrojen ile değiştirildiği, 3 litre kapasiteli elektrikli bir fırına yerleştirildi. Elektrikli fırındaki sıcaklık, 4 ° C / dak hızında ölçülmüştür. ve daha sonra sıcaklık, termal ayrışmayı gerçekleştirmek için 200 saatlerinde 1,5 ° C'de tutuldu. Elektrikli fırın oda sıcaklığına soğutulduktan sonra, teneke kutu çıkarıldı ve bir bakır rengini gösteren termal olarak ayrışmış ürün tozundan 414 g elde edildi.
Bu toz,% 38 veya daha az bir oksijen içeriğine sahip, yaklaşık olarak tek biçimli neredeyse küresel birincil parçacıklardan oluşan ve yaklaşık 0,4 um'lik bir ortalama parçacık çapına sahip olan ve belirli bir yüzey alanı 0,3 m² / g olan ince bir bakır tozuydu. vardı.
Yukarıda elde edilen 0,1 g ince bakır tozuna 0,3 g yüzey aktif madde (sorbitan yağ asidi esteri, "LEODOL", Kao Corporation'ın bir ürünü) ve 150 g su ilave edildi ve bu karışım ultrasonik dispersiyon işlemine tabi tutuldu. Daha sonra, elde edilen dispersiyon, bir lazer tipi partikül boyutu dağılım analizörü vasıtasıyla aglomera partikül çapı açısından analiz edildi. Sonuç olarak, aglomera partikül çapının (ortalama olarak) yaklaşık 3 um olduğu bulundu.
Örnek 2
0,66 kg bakır oksit tozu ve 2,4 kg 80 yüzde formik asit çözeltisinin başlangıç malzemeleri olarak kullanılması ve başlangıç malzemelerinin saatlerce 80 ° C 20'te karıştırılması ve karıştırılması istisnaları dışında, örnek 1,28 ile aynı şekilde. Bu şekilde elde edilen susuz bakır formatın termal ayrışma derecesi pratik olarak% 1 idi.
Yukarıda elde edilen susuz bakır formatın kristalleri, partikül büyüklüğü 150 um (100 mesh) veya daha ince olan bir toz halinde toz haline getirildi ve tozun bir saat boyunca 1 ° C'de tutulması dışında tozun 300 kg'ı kullanıldı termal ayrışma, Örnek 1'tekiyle aynı şekilde. Bu şekilde, termal ayrışma ürünü olan 414 g toz elde edildi.
Bu toz, yaklaşık olarak tek biçimli bir parçacık çapına sahip olan ve yaklaşık olarak 0,4 um olan tek biçimli bir parçacık çapına sahip olan ve belirli bir yüzey alanı 2 m² / g olan, neredeyse küresel birincil parçacıklardan oluşan ince bir bakır tozuydu. Tozun topak parçacık çapı, tozun bir mikser ile muamele edilerek suda dağılmasından sonra (ortalama olarak) ölçülmüş ve yaklaşık 8 um olduğu bulunmuştur.
Karşılaştırmalı Örnek 1
0,66 kg kuprik oksit tozuna, 2,4 kg 16 yüzde sulu formik asit çözeltisi ilave edildi. Elde edilen karışım, üç saat boyunca 80 ° C'ye ısıtıldı ve daha sonra, 100 kg susuz bakır format kristalleri verecek şekilde reaksiyon ürününü konsantre etmek ve kurutmak için su, 1,2 ° C'de indirgenmiş basınçta buharlaştırılarak uzaklaştırıldı. Bu susuz bakır formatın termal ayrışma derecesi,% 85 idi. Bu şekilde elde edilen kristaller, suda çözünmeyen bileşenlerin içeriğini belirlemek için suda çözünmüştür ve içeriğin% 15 olduğu bulunmuştur. Suda çözünmeyen bileşenler, X-ışını difraktometrisi ile analiz edildi ve reaksiyona girmemiş bakır oksit ve bazik bakır formatın yaklaşık olarak 1: 1 karışımına karşılık gelen bir bileşime sahip olduğu bulundu.
Yukarıda elde edilen susuz bakır format kristalleri, Örnek 2'dekiyle aynı şekilde termal ayrışmaya tabi tutuldu ve daha sonra oda sıcaklığına kadar soğutuldu.
Bu şekilde elde edilen ve termal ayrışmanın ürünü olan toz, kahverengi bir renk gösterdi, yaklaşık% 3 bir oksijen içeriğine sahipti ve yaklaşık 0,3 um bir ortalama parçacık çapına sahip düzgün neredeyse küresel primer parçacıklardan oluşuyordu. Tozun topak parçacık çapı, tozun bir mikser ile muamele edilerek suda dağılmasından sonra (ortalama olarak) ölçülmüş ve yaklaşık 15 um olduğu bulunmuştur.
Karşılaştırmalı Örnek 2
Karşılaştırma Örneği 1'te kullanılanla aynı susuz bakır format tozunun kullanılmasıyla, termal ayrışma, karşılaştırmalı Örnek 1'dekiyle aynı şekilde gerçekleştirildi, ancak termal ayrışma, hidrojen gazının başlangıç maddesi içeren kaba akmasına izin verilirken gerçekleştirildi; ,
Bu şekilde elde edilen ve ısıl ayrışma ürünü olan toz, bakır rengi gösterdi ve ortalama 0,3 um'lik bir partikül çapına sahip düzgün neredeyse küresel primer partiküllerden oluşuyordu. Bununla birlikte, toz nispeten kısa bir sürede kahverengi hale geldi. Ek olarak, tozun aglomerat parçacık çapı, tozun bir mikser ile muamele edilerek suda dağılmasından sonra (ortalama olarak) ölçüldü ve yaklaşık 20 um olduğu bulundu.
Örnekler 3 ve 4 ve karşılaştırmalı örnekler 3 ve 4
1,62 kg bakır hidroksit tozuna, 4,8 kg 80 yüzde sulu formik asit çözeltisi ilave edildi ve bu karışım bir saat karıştırıldı. Elde edilen karışımın süzülmesiyle, bakır format tetrahidrat elde edildi, daha sonra susuz bakır format elde etmek için 100 ° C'de vakumda dehidre edildi.
Yukarıda elde edilen susuz bakır format kullanılarak, her bir başlangıç tozu için toz partikül boyutunun ve termal ayrışma koşullarının Tablo 2'te gösterildiği gibi olması istisnaları dışında, Örnek 1'te kullanılan prosedürle bakır tozu elde edildi. Elde edilen sonuçlar, Tablo 2'te gösterilmiştir.
Tablo 2
Örnek Karşılaştırmalı Örnek Susuz bakır format (ağ) µm partikül boyutu Termal bozunma koşulları: - Sıcaklık - Üretilen süre (saat) Cu tozu - Birincil partikül ∅ (µm) - Spesifik yüzey alanı (m² / g) - Aglomerat partikülleri ∅ (µm)
Örnek 5
Her biri Tablo 3'te gösterilen saflık içeriğine sahip beş tip susuz bakır format, Na, Cl ve S içeriklerinde farklı olan bazik bakır karbonatlar dışında başlangıç malzemesi olarak kullanılmıştır. örnek 1 ile aynı şekilde. Susuz bakır formatları, bakır tozları elde etmek için Örnek 1'dekiyle aynı şekilde termal olarak ayrıştırıldı.
Bu şekilde elde edilen bakır tozlarının her biri, büyük ölçüde geliştirilmiş bir saflığa sahip bir bakır tozu elde etmek için, Tablo 3'te gösterilen şekilde yıkandı. Elde edilen sonuçlar, Tablo 3'te gösterilmiştir.
Tablo 3
Susuz bakır formattaki (ppm) safsızlıklar, üretilen Cu tozundaki (ppm) yıkama sıvıları içindeki safsızlıklar ve yıkanmış Cu tozundaki (ppm) teknolojik safsızlıklar
Yıkama sıvıları ve 3 tablosunda gösterilen her bakır tozu için yıkama tekniği aşağıdaki gibidir.
Yıkama sıvıları:
1: Sudaki yüzde 0,5 benzotriazol çözeltisi.
2: su.
3: Metanolde yüzde 0,5 benzotriazol çözeltisi.
4: metanol.
Yıkama Teknolojisi:
Bir yıkama işlemi için, 100 g bakır tozu başına bir 20 ml yıkama kullanıldı
ve karıştırma veya ultrasonik muamele (* ile gösterilir) on dakika süreyle yapıldı. Bir yıkama işleminin tekrarlandığı durumlarda, tekrarlanan yıkama işlemlerinin sayısı 'x'den sonra tabloda gösterilir (örneğin,' x9 ',' dokuz kez yıkandı 'anlamına gelir).
Buluş detaylı olarak ve spesifik düzenlemelerine referansla açıklanmış olsa da, teknikte uzman kişiler istemlerin kapsamından ayrılmadan çeşitli değişiklik ve modifikasyonların yapılabileceğini anlayacaktır.
Hak talebi [en]
1. 150 ve 300 ° C arasındaki bir birincil parçacık çapına sahip olan bir ince bakır tozu elde etmek için, 0,2 ve 1 ° C arasındaki bir sıcaklıkta oksitleyici olmayan bir atmosferde susuz bir bakır formatın katı faz termal ayrışmasını içeren bir ince bakır tozu üretmek için bir yöntem 5 ila 0,5 m² / g'nin yüzeyi ve aglomerasyon için düşük bir eğime sahip olan, söz konusu susuz bakır format, 20 ağ veya daha ince bir parçacık çapına ve 90 ve 160 ° C arasındaki bir sıcaklık aralığında ağırlıkça yüzde veya daha fazla bir parçacık çapına sahip susuz bir bakır format tozdur. Susuz bakır format tozu, azot veya hidrojen gazı atmosferinde 200 ° C / dak. burada adı geçen susuz bakır format tozu, bakır format hidratın, 3 ° C veya daha düşük bir sıcaklıkta dehidre edilmesi ve daha sonra susuz bakır formatın veya bakır karbonat, bakır hidroksitten oluşan gruptan seçilen en az bir bakır bileşiği ile toz haline getirilmesiyle elde edilir. ve bakır oksit, formik asit veya metil format ile reaksiyona sokulur.
2. 3. İstem 1'te talep edilen bir yöntem olup, burada bahsedilen ince bakır tozu, ince bakır tozu primer parçacıklarının topaklarını ihtiva eder, burada sözü edilen topakların çapı, 10 um ya da daha azdır.
3. 9. İstem 1'te talep edilen yöntemle elde edilen ince bakır tozunun su, organik bir çözücü veya su içinde bakır için bir pas önleyici çözeltisi çözeltisi ile yıkanmasını içeren, saflaştırılmış bir ince bakır tozu üretmek için istem 1'te talep edilen bir yöntem. Sözü geçen tozda, halojenler, kükürt, alkali metaller ve ağır metallerden oluşan gruptan seçilen en az bir safsızlık elementini azaltmak üzere çözücü.
Kaynak: www.patent-de.com
Patent sahibi: Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc. Tokyo, Japonya
Belge: DE69024884T2
