Способ электролитического получения мелкодисперсных порошков серебра

Изобретение относится к порошковой металлургии. Мелкодисперсный порошок серебра получают электролизом раствора азотнокислого серебра с концентрацией серебра 15-60 г/дм³ и свободной азотной кислоты 5-20 г/дм³ при постоянном токе плотностью 1,5-2,0 А/дм². В качестве катодов используют титановые стержни, а в качестве анодов - пластины серебра. Обеспечивается получение порошков серебра с размером частиц от 1 до 20 мкм и насыпной плотностью 0,5-2,0 г/см³. 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металургии, в частности к получению серебряных порошков электролитическим способом, которые используются в электротехнической и радиоэлектронной промышленности. Порошки должны обладать устойчивыми физико-химическими свойствами, в частности иметь заданную дисперсность, распределение частиц по крупности, химический состав. Для выделения серебряных порошков проводят осаждение серебра из электролита, содержащего нитрат серебра и азотную кислоту, в электролизной установке с растворимым анодом из серебра и титановым катодом. Способ позволяет получать мелкодисперсные серебряные порошки с определенными свойствами.

Известен способ получения металлического серебряного порошка электролизом на переменном токе (А.с. СССР 1177397, опубл. 07.09.1985. Бюл. 33). По данному способу получают порошки серебра при плотности тока 0,5-1,0 А/дм². С целью повышения производительности электролизная ванна содержит два рабочих вспомогательных электрода, причем дополнительный электрод и два рабочих электрода подключены к фазам источника переменного трехфазного тока, а вспомогательный - к нейтрали. При этом производительность ванны составляет 0,1 г/ч порошка. Основным недостатком данного способа является применение достаточно сложной конструкции устройства электролизера и источника тока.

Известен способ получения порошков серебра при воздействии импульсов тока отрицательного и положительного знаков при варьировании соотношений импульсов тока отрицательного и положительного как (4-20):(1-5). Согласно изобретению осаждение серебра осуществляют на вращающемся катоде, ось которого расположена параллельно уровню электролита, при скорости вращения катода 7-12 об/мин (Патент РФ на изобретение №2255150, опубл. 27.06.2005). Недостатком данного способа является сложное электрооборудование.

Известен способ электролитического осаждения серебра на титановом катоде из раствора азотнокислого серебра с использованием импульсного тока. Электролиз осуществляется поочередным воздействием импульсов тока отрицательного и положительного знаков. Соотношение мощностей катодной и анодной составляющих задают амплитудами отрицательных и положительных импульсов тока, их длительностью и частотой следования и варьируют как (10-20):(1-5) в зависимости от заданной дисперсности порошка серебра (Патент РФ на изобретение №2210631, опубликовано 20.08.2003). Однако данный способ не позволяет получить порошок серебра с одинаковым размером частиц, поскольку на краях плоского катода локальная плотность тока всегда больше, чем в середине катода. В результате такого перераспределения тока более крупные частицы серебра образуются по краям.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ электролитического получения серебра из азотнокислого раствора на титановых пластинах с использованием постоянного тока (И.Н. Масленицкий, Л.В. Чугаев. Металлургия благородных металлов, «Металлургия», 1987, 432 с.). Электролиз осуществляется при постоянном токе 0,2-0,6 А/дм² при концентрации серебра в электролите 100-110 г/дм³. Серебро осаждается на катоде в виде крупнокристаллического, неплотно прилегающего к катоду осадка. Кристаллы серебра растут по направлению к аноду. Однако данный способ не позволяет получить мелкодисперсные порошки серебра, а плоские катоды не позволяют получить порошок серебра с близким размером частиц.

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на создание технологии, обеспечивающей возможность управления дисперсностью порошка и повышение дисперсности и однородности частиц порошка серебра с заданными свойствами: крупностью 1-20 мкм и насыпной плотностью 0,5-2,0 г/см³.

Технический результат обеспечивается тем, что электролиз проводят из раствора азотнокислого серебра с концентрацией серебра 15-60 г/дм³ и свободной азотной кислоты 5-20 г/дм³ при постоянном токе плотностью 1,5-2,0 А/дм² с применением титановых стержней в качестве катодов и пластин серебра (Ag 99,99) в качестве анодов.

Получение порошков серебра с близкой крупностью осуществляют осаждением серебра на титановых стержнях с высокой плотностью тока 1,5-2,0 А/дм² при постоянной силе токе. Осажденное серебро счищают с помощью встряхивания катодов во время электролиза на дно ванны. Размер частиц порошка регулируют изменением плотности тока и состава электролита. Для уменьшения размера частиц порошка увеличивают плотность тока и уменьшают концентрацию серебра в электролите. При большей плотности тока в ванне на катоде создается больше первичных центров кристаллизации. Однако при плотности тока свыше 2 А/дм² возникает перенапряжение, тем самым увеличивается расход электроэнергии, низкие плотности тока ведут к укрупнению размеров порошка, происходит линейный рост образовавшихся центров кристаллизации. Высокие концентрации катионов серебра в электролите ведут к большой скорости линейного роста кристаллов и, как следствие, к увеличению размера частиц порошка. Низкие концентрации приводят к снижению производительности за счет увеличения перенапряжения на катодах.

Катод в форме стержней в сравнении с пластинами обеспечивает возможность ведения процесса с большой плотностью тока при меньших потерях электроэнергии в виде джоулева тепла в электролите.

Испытания показали, что при электролизе образуются мелкодисперсные порошки в пределах 1-20 мкм. Управление крупностью получаемого продукта порошка серебра обеспечивается за счет изменения плотности тока и концентрации серебра в электролите.

Пример 1

Электролиз проводили на электролите, содержащем 50 г/дм³ серебра и 15 г/дм³ азотной кислоты. В качестве катода использовались титановые стержни ВТ1-0, а в качестве анодов - серебро (Ag 99,99). Температура электролита 50°С. На электролизер подавали постоянный ток, обеспечивающий плотность тока 1,5 А/дм². В результате был получен порошок серебра с крупностью частиц в пределах 7-10 мкм. Выход частиц класса 7-10 мкм составил 89%.

Пример 2

Электролиз проводили на электролите, содержащем 60 г/дм³ серебра и 20 г/дм³ азотной кислоты. В качестве катода использовались титановые стержни ВТ1-0, а в качестве анодов - серебро (Ag 99,99). Температура электролита 50°С. На электролизер подавали постоянный ток, обеспечивающий плотность тока 1,5 А/дм². В результате был получен порошок серебра крупностью частиц в пределах 15-20 мкм. Выход частиц класса 15-20 составил 87%.

Пример 3

Электролиз проводили на электролите, содержащем 15 г/дм³ серебра и 5 г/дм³ азотной кислоты. В качестве катода использовались титановые стержни ВТ1-0, а в качестве анодов - серебро (Ag 99,99). Температура электролита 60°С. На электролизер подавали постоянный ток, обеспечивающий плотность тока 2,0 А/дм². В результате был получен размер частиц порошка серебра крупностью в пределах 1-4 мкм. Выход класса 1-4 мкм составил 91%.

Примеры осуществления способа при разных технологических параметрах и технические характеристики полученных порошков серебра представлены в таблице 1.

К преимуществам предлагаемого способа относятся: возможность управления дисперсностью порошка, уменьшение затрат электроэнергии, повышение однородности и уменьшение размера частиц порошка серебра.

Способ электролитического получения мелкодисперсных порошков серебра, характеризующийся тем, что электролиз проводят из раствора азотнокислого серебра с концентрацией серебра 15-60 г/дм³ и свободной азотной кислоты 5-20 г/дм³ при постоянном токе плотностью 1,5-2,0 А/дм² с использованием титановых стержней в качестве катодов и пластин серебра из Ag 99,99 в качестве анодов с получением порошков серебра размером частиц от 1 до 20 мкм.