專(zhuān)利名稱(chēng)：一種金屬鎳粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬鎳粉及其制備方法，更詳細(xì)地說(shuō)涉及一種粒度在+250目—— 325目之間具有高松比良好流動(dòng)性的，適合作為電真空材料以及金屬陶瓷材料的鎳粉及其 制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)陰極材料涂層用高純鎳粉的需求不斷上升， 尤其是適合正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)速調(diào)管使用的鎳粉，由于各項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)要求較高，更成為金屬 粉末生產(chǎn)廠(chǎng)家關(guān)注的重點(diǎn)。目前，高純鎳粉的制備方法主要為電解法和熱解還原法。電解法由于生產(chǎn)出的鎳 粉純度較高且粒度整齊，目前已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，但該法也存在生產(chǎn)費(fèi)用較高且生產(chǎn)出的 鎳粉顆粒較大的問(wèn)題。熱解還原法設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低、操作容易且可以通過(guò)控制工藝參數(shù) 來(lái)控制鎳粉顆粒尺寸，因此相比于電解法，熱解還原法更適合于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利CN 1600479A和中國(guó)專(zhuān)利CN 1765550A均公開(kāi)了草酸鎳熱解還原制備鎳粉的方法，但這些專(zhuān)利 公布的鎳粉的各項(xiàng)指標(biāo)或不全面、或與電子工業(yè)對(duì)鎳粉的要求相比仍有一定差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性高質(zhì)穩(wěn)的高純鎳粉及其簡(jiǎn)單易行的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)先將預(yù)處理過(guò)的鎳板在硝酸中溶解，過(guò)濾去雜質(zhì)后用草酸溶液沉淀，接著將沉淀 洗滌、烘燥，然后在氫氣還原氣氛下熱解，最后將還原產(chǎn)物破碎、過(guò)篩制得高純鎳粉。具體的，本發(fā)明包括以下步驟1、將鎳板溶解于硝酸水溶液中制成硝酸鎳水溶液；2、將硝酸鎳水溶液過(guò)濾去除雜質(zhì)后加入草酸水溶液，反應(yīng)獲得草酸鎳沉淀；3、洗滌草酸鎳沉淀，將草酸鎳沉淀烘干后置于還原爐中，控制溫度為420-430°C， 在氫氣氣氛調(diào)控下熱解還原110-130分鐘，而后將獲得的熱解還原產(chǎn)物用攪拌球磨機(jī)破 碎，篩選出粒徑為-250目-+325目以上的鎳粉即為一次還原鎳粉； 4、將一次還原鎳粉置于還原爐中，控制溫度為520-530°C，在氫氣氣氛調(diào)控下熱解 還原110-130分鐘，將獲得的熱解還原產(chǎn)物用攪拌球磨機(jī)破碎，篩選出粒徑為-250目-+325 目(-250目即通得過(guò)250目篩，+325目即通不過(guò)325目篩，-250目-+325或-250目+325 即指能通過(guò)250目篩但不能通過(guò)325目篩)的鎳粉即制得產(chǎn)品。較佳的，步驟1中，鎳板經(jīng)表面除雜預(yù)處理。所述除雜預(yù)處理為將鎳板置于稀硝酸、稀硫酸或稀鹽酸水溶液中，以清除表面雜質(zhì)。稀硝酸、稀硫酸或稀鹽酸的重量百分比濃 度較佳為5-10%。較佳的，步驟1中，硝酸水溶液的濃度為重量百分比50 70%，制成的硝酸鎳水溶 液濃度范圍為1. 35 1. 45g/ml。
較佳的，步驟2中，草酸水溶液的濃度為重量百分比30-40%，不斷攪拌得到草酸 鎳沉淀。步驟3中，草酸鎳沉淀可采用離子水洗滌。較佳的，步驟3中，所述攪拌球磨機(jī)的球磨時(shí)間為120-180秒，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速均為 750-850轉(zhuǎn)/分。攪拌球磨機(jī)優(yōu)選高能攪拌球磨機(jī)，高能攪拌球磨機(jī)為轉(zhuǎn)速可調(diào)的球磨機(jī)， 此類(lèi)球磨機(jī)可經(jīng)市場(chǎng)購(gòu)獲得。本發(fā)明的關(guān)鍵在于對(duì)于草酸鎳沉淀的還原處理。研究發(fā)現(xiàn)，二次還原的方法及還 原溫度的控制對(duì)鎳粉的粒度會(huì)產(chǎn)生很大影響，草酸鎳在還原過(guò)程中由于草酸鎳的分解會(huì) 產(chǎn)生大量氣體，從而形成極細(xì)顆粒粉末，但這時(shí)的鎳粉顆粒處于成團(tuán)狀態(tài)，一經(jīng)進(jìn)入還原 階段就會(huì)形成假燒結(jié)狀態(tài)，溫度越高則粗顆粒粉末的比例也相應(yīng)增加。因此，控制還原溫 度成為整個(gè)工藝中的關(guān)鍵步驟。本發(fā)明中最佳溫度控制為一次還原425士5°C，二次還原 525士5°C，經(jīng)二次還原4小時(shí)左右，保證了鎳粉顆粒的粒度在-250目-+325目之間。在發(fā)明的方法中，破碎這一環(huán)節(jié)對(duì)鎳粉的松裝密度有很大影響。手工破碎通常不 能將假燒結(jié)顆粒徹底破碎，致使鎳粉的松裝密度和流動(dòng)性達(dá)不到要求。本發(fā)明以高能攪拌 球磨機(jī)破碎代替手工破碎，在剪切方向上將假燒結(jié)的顆粒徹底破碎，有效提高了鎳粉的流 動(dòng)性和松裝密度。再通過(guò)120-180秒的球磨時(shí)間保證粒度和高的松裝密度，在本發(fā)明的多 個(gè)實(shí)施例中鎳粉松裝密度都達(dá)到2-2. 5g/cm3。對(duì)于速調(diào)管以及雷達(dá)間流管這類(lèi)精密零件， 在軟硬度、強(qiáng)度、物理牢固度及光電效應(yīng)上有著特殊的要求，普通鎳粉制備很難達(dá)到其要 求，鎳粉的細(xì)微變化就會(huì)影響零件的性能，因此鎳粉的粒度的控制及松裝密度的控制十分 關(guān)鍵。本發(fā)明的方法制備的鎳粉滿(mǎn)足以下技術(shù)要求Ni+Co≤99. 95% (質(zhì)量百分含量)粒度-250目+325目≤75% (質(zhì)量百分含量)松裝密度為2. 0 2. 5g/cm3Fe、Mn、Cu < 0.005% (質(zhì)量百分含量)Mg、Si、As、Zn、Sn、Pb、S、P、Bi、Cr、Cd、Sb ≤ 0. 002% (質(zhì)量百分含量)。本發(fā)明的金屬鎳粉可用作電真空材料以及金屬陶瓷材料，尤其適合用作制備速正 負(fù)電子對(duì)撞機(jī)速調(diào)管或雷達(dá)間流管的材料。采用本發(fā)明的鎳粉制備的速調(diào)管以及雷達(dá)閘流 管使用壽命長(zhǎng)，能滿(mǎn)足各項(xiàng)指標(biāo)要求。本發(fā)明的有益效果是鎳粉純度高、質(zhì)量穩(wěn)定，可達(dá)到速調(diào)管以及雷達(dá)間流管對(duì)鎳 粉的使用要求；工藝中采用優(yōu)化的溫控和破碎條件，使鎳粉顆粒均勻、松裝密度高；生產(chǎn)設(shè) 備簡(jiǎn)單、操作易行。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖
具體實(shí)施例方式以下列舉具體實(shí)例以進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，實(shí)例并非用于限制本發(fā)明的保 護(hù)范圍。
本發(fā)明中，取樣方法按GB5314-85《粉末冶金用粉末的取樣方法》進(jìn)行。本發(fā)明中，產(chǎn)品化學(xué)成分分析按以下方法進(jìn)行 銅，鉛，鋅，鈣，磷，硫，錳，鎂，鐵，硅，砷，鉍，銻，錫，鎘，碳按GB5247-85《電介鎳粉》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。本發(fā)明中，產(chǎn)品粒度測(cè)定按以下方法進(jìn)行GB1480-84《金屬粉末粒度組成的測(cè)定——干篩方法》GB6524-86《金屬粉末粒度分布的測(cè)定——光透法》實(shí)施例1 金屬鎳粉的制備具體步驟1、先將0#鎳板置于10%的稀硝酸溶液中預(yù)處理，清除表面雜質(zhì)，再在濃度范圍為 60%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1. 35 1. 45g/ml的硝酸鎳鹽溶液；2、將硝酸鎳鹽溶液過(guò)濾，去除雜質(zhì)后加入濃度范圍為35%的草酸溶液，不斷攪拌 得到草酸鎳沉淀；3、用離子水洗滌草酸鎳沉淀，100°C烘干3-4小時(shí)后將草酸鎳沉淀裝入鎳舟置于 還原爐中，控制溫度為400正負(fù)5 °C度，在氫氣氣氛調(diào)控下將草酸鎳還原120分鐘，還原時(shí)間 上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右；4、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)球磨120-180秒，轉(zhuǎn)速750-850轉(zhuǎn)/分，再過(guò) 250目篩即制得一次還原高純鎳粉；5、將一次還原高純鎳粉裝入鎳舟置于還原爐中，控制溫度為500正負(fù)5°C度，在氫 氣氣氛調(diào)控下還原120分鐘，還原時(shí)間上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右；6、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)破碎120-180秒，再過(guò)250目篩和325目篩 即制得二次還原高純鎳粉；獲得鎳粉的檢測(cè)指標(biāo)參見(jiàn)表1表2表3。實(shí)施例2 金屬鎳粉的制備具體步驟1、先將鎳板置于10%的稀硝酸溶液中預(yù)處理，清除表面雜質(zhì)，再在濃度范圍為 60%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1. 35 1. 45g/ml的硝酸鎳鹽溶液；2、將硝酸鎳鹽溶液過(guò)濾，去除雜質(zhì)后加入濃度范圍為35%的草酸溶液，不斷攪拌 得到草酸鎳沉淀；3、用離子水洗滌草酸鎳沉淀，100°C烘干3-4小時(shí)后將草酸鎳沉淀裝入鎳舟置于 還原爐中，控制溫度為425正負(fù)5°C度，在氫氣氣氛調(diào)控下將草酸鎳還原120分鐘，還原時(shí)間 上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右；4、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)破碎120-180秒，再過(guò)250目篩即制得一次 還原高純鎳粉；5、將一次還原高純鎳粉裝入鎳舟置于還原爐中，控制溫度為525正負(fù)5°C度，在氫 氣氣氛調(diào)控下還原120分鐘，還原時(shí)間上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右；6、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)破碎120-180秒，再過(guò)250目篩和325目篩 即制得二次還原高純鎳粉；獲得鎳粉的檢測(cè)指標(biāo)參見(jiàn)表1表2表3。
實(shí)施例3 金屬鎳粉的制備具體步驟1、先將鎳板置于10%的稀硝酸溶液中預(yù)處理，清除表面雜質(zhì)，再在濃度范圍為 60%的硝酸中溶解，制成濃度范圍為1. 35 1. 45g/ml的硝酸鎳鹽溶液；2、將硝酸鎳鹽溶液過(guò)濾，去除雜質(zhì)后加入濃度范圍為35%的草酸溶液，不斷攪拌 得到草酸鎳沉淀；3、用離子水洗滌草酸鎳沉淀，100°C烘干3-4小時(shí)后將草酸鎳沉淀裝入鎳舟置于 還原爐中，控制溫度為450正負(fù)5°C度，在氫氣氣氛調(diào)控下將草酸鎳還原120分鐘，還原時(shí)間 上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右；4、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)破碎120-180秒，再過(guò)250目篩即制得一次 還原高 純鎳粉；5、將一次還原高純鎳粉裝入鎳舟置于還原爐中，控制溫度為550正負(fù)5°C度，在氫 氣 氣氛調(diào)控下還原120分鐘，還原時(shí)間上下正常浮動(dòng)在10分鐘左右； 6、將熱解還原產(chǎn)物用高能攪拌球磨機(jī)破碎120-180秒，再過(guò)250目篩和325目篩 即制得二次還原高純鎳粉；獲得鎳粉的檢測(cè)指標(biāo)參見(jiàn)表1表2表3。表1 一次還原后的性能測(cè)試 從表1可以看出，隨著還原溫度的增加，鎳粉的平均粒徑逐漸增大，表明溫度控制 是影響鎳粉初級(jí)粒度的關(guān)鍵因素；從表1還可以看出，三個(gè)實(shí)施例制備的鎳粉的粒度組成 均以10-20 μ m為主，表明在420 430°C的溫度范圍內(nèi)，鎳粉粒度可以得到初級(jí)穩(wěn)定控制， 但是此時(shí)的鎳粉粒度過(guò)小，不能滿(mǎn)足制備達(dá)標(biāo)速調(diào)管以及雷達(dá)間流管的要求，且松裝密度 也達(dá)不到要求。表2 二次還原后的性能測(cè)試 從表2可以看出，隨著還原溫度的增加，鎳粉的平均粒徑逐漸增大，且與一次還原 相比，平均粒徑大了不少，主要分布在250-325目之間，這表明二次還原及溫度控制是影響 鎳粉最終粒度的關(guān)鍵因素；從表2還可以看出，采用實(shí)施例2的還原溫度條件，制得的鎳粉 顆粒的粒度在+250目——325目之間的比例最高，達(dá)55%以上，成品率最高。表明在520 5300C的溫度范圍內(nèi)，鎳粉粒度更容易得到最終穩(wěn)定控制，去掉250目篩上的，剩下部分有 效成粉率最高并符合粒度要求。表3制得的金屬鎳粉各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè) 從表3可以看出，三個(gè)實(shí)施例制備的鎳粉均具有較高的純度，且鎳粉質(zhì)量穩(wěn)定，各 項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足或高于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)產(chǎn)品化學(xué)成分的要求。除實(shí)施例1中Si的含量略高外， 其他指標(biāo)完全符合間流管、速調(diào)管對(duì)鎳粉的使用要求。實(shí)施中破碎方法對(duì)松裝密度的影響很大，對(duì)比如下表4 (除破碎方法外，其余步驟與實(shí)施例2相同) 實(shí)施例4鎳粉用于制備調(diào)速管將實(shí)施例2制備的鎳粉加工成調(diào)速管陰極，速調(diào)管壽命達(dá)到6000小時(shí)。表5表示 用本發(fā)明的方法制備的鎳粉生產(chǎn)的陰極在402、406、408c管中裝管后的測(cè)試數(shù)據(jù)。表5 從表6可以看出，用本發(fā)明的方法制備的鎳粉生產(chǎn)的陰極在402、406、408c管中裝 管后，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合技術(shù)參數(shù)的要求，表明用本發(fā)明的方法制備的鎳粉生產(chǎn)的陰極基本能 滿(mǎn)足速調(diào)管的使用要求。實(shí)施例5鎳粉用于制備雷達(dá)閘流管將實(shí)施例2制備的鎳粉加工成雷達(dá)4003閘流管及2000/25閘流管，檢測(cè)閘流管的 各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。
權(quán)利要求
一種金屬鎳粉制備方法，包括以下步驟1)將鎳板溶解于硝酸水溶液中制成硝酸鎳水溶液；2)將硝酸鎳水溶液過(guò)濾去除雜質(zhì)后加入草酸水溶液，反應(yīng)獲得草酸鎳沉淀；3)洗滌草酸鎳沉淀，將草酸鎳沉淀烘干后置于還原爐中，控制溫度為420-430℃，在氫氣氣氛調(diào)控下熱解還原110-130分鐘，而后將獲得的熱解還原產(chǎn)物用攪拌球磨機(jī)破碎，篩選出粒徑為-250目以下的鎳粉即為一次還原鎳粉；4)將一次還原鎳粉置于還原爐中，控制溫度為520-530℃，在氫氣氣氛調(diào)控下熱解還原110-130分鐘，將獲得的熱解還原產(chǎn)物用攪拌球磨機(jī)破碎，篩選出粒徑為-250目+325目的鎳粉即制得產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述金屬鎳粉制備方法，其特征在于，步驟3和步驟4中，所述攪拌球 磨機(jī)的球磨時(shí)間均為120-180秒，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速均為750-850轉(zhuǎn)/分。
3.如權(quán)利要求1所述金屬鎳粉制備方法，其特征在于，步驟1中，鎳板經(jīng)表面除雜預(yù)處理。
4.一種金屬鎳粉，經(jīng)權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述制備方法制得。
5.如權(quán)利要求4所述金屬鎳粉，其特征在于，所述鎳粉滿(mǎn)足以下要求 Ni+Co ^ 99. 95% (質(zhì)量百分含量)；粒度-250目+325目> 75% (質(zhì)量百分含量)； 松裝密度為2. 0 2. 5g/cm3 ；Fe、Mn或Cu各自均不高于0.005% (質(zhì)量百分比含量)；Mg、Si、As、Zn、Sn、Pb、S、P、Bi、Cl\ Cd或Sb各自均不高于0. 002% (質(zhì)量百分比含量)O
6.如權(quán)利要求4或5所述金屬鎳粉用于制備速正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)速調(diào)管或雷達(dá)閘流管。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬粉末制備領(lǐng)域，公開(kāi)了一種金屬鎳粉及其制備方法。本發(fā)明的高純鎳粉采用草酸鎳熱解還原法制備、步驟如下先將預(yù)處理過(guò)的鎳板在硝酸中溶解，制成鎳鹽溶液，再加入草酸溶液得到草酸鎳沉淀，將草酸鎳沉淀洗滌、烘燥后放入還原爐中，在氫氣氣氛調(diào)控下還原制得高純鎳粉。本發(fā)明的高純鎳粉具有顆粒均勻、松裝密度高、質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，適合用作電真空材料以及金屬陶瓷材料，尤其適合用作制備速正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)速調(diào)管或雷達(dá)閘流管的材料。
文檔編號(hào)C22C19/03GK101837464SQ200910194758
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者張抗, 譚成波, 陳志良 申請(qǐng)人:上海九鼎粉體材料有限公司