一种利用含金属废弃物生产纳米铜及铜合金粉末的系统的制作方法

1.本实用新型属于铜及铜合金粉末技术领域，涉及一种利用含金属废弃物生产纳米铜及铜合金粉末的系统。


背景技术：

2.纳米铜及铜合金粉末是一种新型的纳米材料，具有优良的催化活性、光学特性和生物相容性，在能源催化、导电浆料、化学分析和生物成像等领域具有广泛的应用前景。含金属废弃物中含有铜及其他金属，从含金属废弃物中提取铜及其他金属，并制备组分和电子结构可调纳米铜及铜合金粉末是变废为宝的有效途径。因此，发展一种利用含金属废弃物生产纳米铜及铜合金粉末的系统及开发相关应用研究具有重大的现实意义。
3.通过物理或化学方法可以制备纳米铜及铜合金粉末。物理方法包括机械粉碎、电爆、雾化、激光等离子体等，这些物理方法往往需要苛刻的反应设备和条件，制备过程能源消耗量大，而且污染环境。生产的金属粉末通常存在严重的积炭、烧结现象，材料的粒径大、形貌不均一、品质差，应用于催化反应会导致积炭和烧结等问题。化学方法操作简单，但是反应过程较难完全进行，对粉末的纯度产生影响，得到的多金属粉末往往是复合粉末，而不是合金粉末；并且生产过程会产生粉尘、废液等造成环境污染。因此，迫切需要设计一种工艺简单、绿色高效、无毒无害、低耗环保的纳米金属及金属合金粉末的生产系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供了一种以含有金属的废弃物作为原料生产纳米铜粉末和纳米铜合金粉末的系统，该系统生产条件温和、能耗低、无污染。
5.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种利用含金属废弃物生产纳米铜及铜合金粉末的系统，包括依次相连的配合物反应器、还原装置和干燥装置，还原装置还分别与还原试剂配制装置和除尘装置相连，配合物反应器分别与第一分离纯化装置和第二分离纯化装置相连，第一分离纯化装置与第一反应釜相连，第二分离纯化装置与第二反应釜相连，第一反应釜和第二反应釜均与破碎筛分装置相连，破碎筛分装置与自动加料装置相连。
6.本实用新型生产系统具有以下有益效果：
7.1）本实用新型生产系统以含金属废弃物为原料，直接提取金属盐精制溶液用于合成金属粉末或者金属合金粉末，一方面采用废弃物回收的方式扩宽了原料来源，另一方面可以在制取金属盐精制溶液的过程中根据需要调整溶液浓度，打破了化学法制备金属或者金属合金粉末需要使用较高纯度金属盐的限制，减少了能源损耗和环境污染。
8.2）采用了双工艺回收金属废弃物，处理含铜废弃物提供铜盐精制溶液，可以处理第二金属废弃物提供第二金属盐精制溶液，使得本系统可以灵活选择生产铜粉末或者铜合金粉末。
9.3）采用配合物反应器，通过配合反应制备金属粉末，并且通过选择双位点配体（位
点配体指一个配体分子中含有两个配位官能团）可以生产铜合金粉末；这种反应方式使得金属粉末呈较规则的圆球状，且粒径小于10nm，粒径分布均匀，无过小或者过大的颗粒。
10.4）采用了带有沉降空间的还原装置，使得还原产物能够很好的与溶液分离，生产出的纳米金属粉末不易被空气氧化，能够在空气条件下保存。
11.5）除尘装置可以收集整个系统中的固体粉末并且投入到第二反应釜中继续用于生产，使得本系统几乎没有粉尘溢出和固体废弃物排放。
附图说明
12.图1是本实用新型系统的示意图。
13.图中：1.自动加料装置，2.破碎筛分装置，3.第一反应釜，4.第二反应釜，5.第一分离纯化装置，6.第二分离纯化装置，7.除尘装置，8.配合物反应器，9.还原试剂配制装置，10.还原装置，11.干燥装置。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型实施例进行详细说明。
15.如图1所示，本实用新型生产系统，包括依次相连接的配合物反应器8、还原装置10和干燥装置11，还原装置10还分别与还原试剂配制装置9和除尘装置7相连，配合物反应器8分别与第一分离纯化装置5和第二分离纯化装置6相连，第一分离纯化装置5与第一反应釜3相连，第二分离纯化装置6与第二反应釜4相连，第一反应釜3和第二反应釜4均与破碎筛分装置2相连，破碎筛分装置2还与自动加料装置1相连。
16.自动加料装置1包括废弃物入口和废弃物出口。废弃物出口与破碎筛分装置2相连。
17.破碎筛分装置2包括破碎入口、第一破碎出口、第二破碎出口和第一排气口。破碎入口与自动加料装置1上的废弃物出口相连。第一破碎出口与第一反应釜3相连，第二破碎出口与第二反应釜4相连；第一排气口与除尘装置7相连。
18.破碎筛分装置2对送入的含铜金属废弃物进行破碎和筛分处理，得到粒度合适的颗粒状含铜金属废弃物；
19.或者，破碎筛分装置2对送入的含第二金属废弃物进行破碎和筛分处理，得到粒度合适的颗粒状含第二金属废弃物。
20.第一反应釜3（粗铜盐反应釜）包括含铜废弃物入口、第一酸入口、第一水入口、粗铜盐溶液出口、第一搅拌装置和第一加热装置。含铜废弃物入口与破碎筛分装置2上的第一破碎出口相连，粗铜盐溶液出口与第一分离纯化装置5相连。
21.第一酸入口与第一酸供应系统相连。第一水入口与水供应系统相连。
22.第一反应釜3用于将含铜废弃物与酸溶液在搅拌和加热的条件下进行混合反应，得到粗铜盐溶液；
23.第二反应釜4（粗金属盐反应釜）包括含第二金属废弃物入口、第二酸入口、第二水入口、粗金属盐溶液出口、第二搅拌装置、第二加热装置和粉尘废弃物入口；第二金属废弃物入口与破碎筛分装置2上的第二破碎出口相连；粗金属盐溶液出口与第二分离纯化装置6相连；粉尘废弃物入口与除尘装置7相连。
24.第二酸入口与第二酸供应系统相连。第二水入口与水供应系统相连。
25.第二反应釜4用于将含第二金属废弃物与酸溶液在搅拌和加热的条件下进行混合反应，得到粗金属盐溶液。
26.第一分离纯化装置5（铜盐分离纯化装置）包括粗铜盐溶液入口、第一分离剂入口、第一稀释剂入口和铜盐精制溶液出口。粗铜盐溶液入口与第一反应釜3上的粗铜盐溶液出口相连；铜盐精制溶液出口与配合物反应器8相连，第一分离剂入口与第一分离剂存储机构相连，第一稀释剂入口与第一分离剂存储机构相连。
27.第一分离纯化装置5用于将粗铜盐溶液在第一分离剂和第一稀释剂的作用下分离纯化得到铜盐精制溶液。
28.第二分离纯化装置6（金属盐分离纯化装置）包括粗金属盐溶液入口、第二分离剂入口、第二稀释剂入口和金属盐精制溶液出口。粗金属盐溶液入口与第二反应釜4上的粗金属盐溶液出口相连，第二分离剂入口与第二分离剂存储机构相连，第二稀释剂入口与第二稀释剂存储机构相连，金属盐精制溶液出口与配合物反应器8相连。
29.第二分离纯化装置6用于将粗金属盐溶液在第二分离剂和第二稀释剂的作用下分离纯化得到金属盐精制溶液。
30.配合物反应器8包括铜盐精制溶液入口、金属盐精制溶液入口、配体入口、第三水入口、配合物溶液出口、第三搅拌装置和第三加热装置；铜盐精制溶液入口与第一分离纯化装置5上的铜盐精制溶液出口相连，金属盐精制溶液入口与第二分离纯化装置6上的金属盐精制溶液出口相连，配体入口与配体存储装置相连，第三水入口与水供应系统相连，配合物溶液出口与还原装置10相连。
31.配合物反应器8用于将铜盐精制溶液和配体溶液在搅拌与加热的条件下混合反应制备铜配合物溶液，或者将铜盐精制溶液、金属盐精制溶液以及配体溶液在搅拌和加热的条件下混合反应制备含铜双金属配合物溶液。
32.还原装置10包括配合物溶液入口、还原剂入口、浆液出口、第二排气口、第四搅拌装置和第四加热装置。配合物溶液入口与配合物反应器8上的配合物溶液出口相连，还原剂入口与还原剂试剂配制装置9相连，第二排气口与除尘装置7相连，浆液出口与干燥装置11相连。
33.进入还原装置10的配合物溶液在搅拌和加热的条件下与还原剂混合反应、沉降后，在还原装置10下部得到纳米铜浆液或者纳米铜合金浆液。
34.干燥装置11包括浆液入口、列管收集器和产品收集桶。浆液入口与还原装置10上的浆液出口相连。
35.进入干燥装置11的纳米铜浆液或者纳米铜合金浆液，在干燥装置11中进行脱水处理，得到纳米铜粉末或者纳米铜合金粉末，然后通过列管收集器存储于产品收集桶内。
36.除尘装置7包括尘气入口和粉尘出口。尘气入口分别与破碎筛分装置2中的第一排气口和还原装置10中的第二排气口相连，粉尘出口与第二反应釜4中的粉尘废弃物入口相连。
37.除尘装置7收集破碎筛分装置2和还原装置10排出的尘气，进行除尘处理，并将除尘装置7分离出的粉尘废弃物送如第二反应釜4进行回收利用。
38.本实用新型生产系统中：
39.依次相连的自动加料装置1、破碎筛分装置2、第一反应釜3和第一分离纯化装置5将含铜废弃物原料进行破碎筛分、反应、分离纯化后得到铜盐精制溶液。
40.依次相连的自动加料装置1、破碎筛分装置2、第二反应釜4和第二分离纯化装置6将含第二金属的废弃物原料破碎筛分、反应、分离纯化后得到第二金属盐精制溶液。
41.使用本实用新型生产系统生产纳米铜粉末时：
42.1）将含铜金属废弃物通过自动加料装置1中经破碎入口加入到破碎筛分装置2中，进行破碎筛选处理，得到合适粒度的颗粒状含铜金属废弃物；
43.2）将颗粒状含铜金属废弃物、酸和水加入第一反应釜3中进行配料、混合和加热反应，得到粗铜盐溶液；
44.3）将粗铜盐溶液、第一分离剂和第一稀释剂加入第一分离纯化装置5，进行精制处理，得到铜盐精制溶液；
45.4）将铜盐精制溶液、配体和水加入配合物反应器8进行配料、混合和加热反应，得到铜配合物溶液；配体采用油酸或油胺；
46.5）将铜配合物溶液和还原剂加入还原装置10进行配料、混合和加热反应，然后沉降处理得到纳米铜浆液；
47.6）将纳米铜浆液加入干燥装置11进行脱水处理，制得纳米铜粉末。
48.该纳米铜粉末的粒径分布为2.0～10.0nm，平均粒径为7.2nm，粒径分布均匀。
49.使用本实用新型生产系统生产纳米铜合金粉末时：
50.1）将含铜金属废弃物通过自动加料装置1中的第一废弃物通道经第一破碎入口加入到破碎筛分装置2中，进行破碎筛选处理，得到合适粒度的颗粒状含铜金属废弃物；
51.2）将颗粒状含铜金属废弃物、酸和水加入第一反应釜3中进行配料、混合和加热反应，得到粗铜盐溶液；
52.3）将粗铜盐溶液、第一分离剂和第一稀释剂加入第一分离纯化装置5进行精制处理得到铜盐精制溶液；
53.4）将含第二金属废弃物通过自动加料装置1加入到破碎筛分装置2中进行破碎筛选处理，得到合适粒度的颗粒状含第二金属废弃物；
54.5）将颗粒状含第二金属废弃物、酸和水加入第二反应釜4中进行配料、混合和加热反应，得到第二粗金属盐溶液；
55.6）将第二粗金属盐溶液、第二分离剂和第二稀释剂加入第二分离纯化装置6进行精制处理，得到第二金属盐精制溶液；
56.7）将铜盐精制溶液、第二金属盐精制溶液、配体和水加入配合物反应器8进行配料、混合和加热反应，得到含铜双金属配合物溶液；
57.8）将含铜双金属配合物溶液和还原剂加入还原装置10进行配料、混合和加热反应，然后沉降处理得到纳米铜合金浆液；
58.9）将纳米铜合金浆液加入干燥装置11进行脱水处理，制得纳米铜合金粉末。
59.含第二金属废弃物可以是含镍废弃物、含锌废弃物或者含锰废弃物，根据使用的含第二金属废弃物不同，可以得到纳米铜镍合金、纳米铜锌合金或者纳米铜锰合金。
60.用本实用新型生产系统制备纳米铜镍合金粉末，制得的纳米铜镍合金粉末的粒径分布4.0～8.0nm，平均粒径6.3nm，粒径分布均匀。