一种超细金属粉末的清洗方法及其清洗剂与流程

1.本发明属于金属粉末清洗技术领域，具体涉及一种超细金属粉末的清洗方法及其清洗剂。


背景技术：

2.超细粉末是指从直径百万分之一毫米到万分之一毫米的一种极小的微粒，一般都用埃来量度，其粒径范围为10埃～1000埃。它在内部压力、磁性、光吸收、热阻和熔点方面有着意想不到的效果。物理学家认为：当颗粒尺寸小到某一界限时，则呈现出与块状金属完全不同的性质，位于颗粒表面的原子与位于颗粒内部的原子数之比随着颗粒的变小而增加，如果该比例很大(例如，在体积为1000立方埃的微粒中，表面原子约占80％)，则从整体来看，表面的性质表现得更为强烈。如果颗粒更细，就不分表面和内部，而可看成是一种物质的分子或原子的集合体。使用超细金属粉末制得的金属零部件具有许多不同于常规材料的性质，如优良的力学性能、特殊的磁性能、高电导率和扩散率、高反应活性和催化活性等，这些特殊性质使得超细金属粉末材料在航空航天、舰船、骑车、冶金、化工等领域得到越来越广泛的应用。
3.在生产和制备超细金属粉末时，由于超细金属粉末的比表面积大、活性强，其表面有众多未饱和的电子，因此很容易把生产过程中的油污和其他金属离子吸附在其上面，作为未饱和电子的填充配对，且单独使用水清洗是很难洗脱的，影响产品品质和整体材料性能。
4.因此，需要研究一种清洗效率高、去污能力强的超细金属粉末的清洗方法及其清洗剂。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种清洗效率高、去污能力强的超细金属粉末的清洗方法及其清洗剂。
6.本发明提供一种超细金属粉末的清洗方法，清洗溶剂包括水和水基清洗剂，清洗方法包括如下步骤：
7.将水、金属粉末和水基清洗剂按照质量比为2-5:1:0.05％-0.5％的比例依次加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声；
8.停止搅拌和超声，将上述混合物过滤出液体，得到固体物；
9.将水和所述固体物按照质量比为2-5:1的比例加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声进行清洗，清洗结束后滤出固体物，重复此步骤3-5次，得到固体物；
10.在过滤得到的固体物中加入乙醇，搅拌使固体物在乙醇中分散；
11.将分散后的混合溶液进行真空干燥，干燥温度为50-90℃，回收干燥过程中的气态乙醇并冷凝回收，混合溶液烘干后得到金属粉末。
12.优选地，在上述步骤中，每次清洗的时间为4-20分钟。
13.优选地，在真空干燥步骤中，干燥时间为1-3小时。
14.优选地，在上述步骤中添加的水为去离子水。
15.本发明还提供一种水基清洗剂，包括表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂，所述表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂的质量比为10-20:5-15:45-65:1-5:1-5，将所述表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂搅拌均匀得到所述水基清洗剂。
16.优选地，所述表面活性剂a为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)或脂肪醇聚氧乙烯醚-9(aeo-9)中的一种。
17.优选地，所述表面活性剂b为脂肪醇聚氧乙烯醚-7(aeo-7)、辛基酚聚氧乙烯醚-15(op-15)、辛基酚聚氧乙烯醚-10(op-10)、壬基酚聚氧乙烯醚-10 (tx-10)、壬基酚聚氧乙烯醚-6(tx-6)中的一种或两种。
18.优选地，所述分散剂为硅酸钠(na2sio3)或十二烷基硫酸钠(sds)中的一种。
19.优选地，所述稳定剂为乙二胺四乙酸(edta)。
20.优选地，所述助溶剂为正二乙醇或正丁醇的一种。
21.本发明的超细金属粉末的清洗方法通过采用特定的水基清洗剂可以使超细金属粉末表面的油污和金属离子溶胀、乳化，分散到清洗剂中，达到金属粉末与污染物的分离，得到纯度高和表面光洁，分散性能好的超细金属粉末，该清洗方法有效提高了超细金属粉末的清洗效率和去污能力。
具体实施方式
[0022][0023]
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0024]
传统的超细金属粉末的制备方法一般包括机械法，即借助机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法，具体可包括机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等；还包括物理法，一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化，并破碎成细小的液滴，并在收集器内冷凝而得到超细金属粉末，该过程不发生化学变化，目前研究和使用较多的主要是等离子旋转电极法和气体雾化法；最后还包括物理-化学法，是指在粉末制备过程中，同时借助化学反应和物理破碎两种方式而获得超细粉末的方法，该方法中最具代表性的是以氢气为反应介质的氢化-脱氢法。在目前的主流制备超细金属粉末的方法中，对制备后的超细金属粉末都不可避免地地沾上污染物，这些污染物会极大地影响超细金属粉末的纯度，使其性能下降，因此需要对制备完成的超细金属粉末进行清洗，洗去其表面的油污和其他金属离子。
[0025]
本发明实施例提供一种超细金属粉末的清洗方法，清洗溶剂包括水和水基清洗剂，水基清洗剂是借助于含有的表面活性剂、乳化剂、渗透剂等的润湿、乳化、渗透、分散、增溶等作用来实现对物油污、油脂的清洗剂。水基清洗剂一般也可以认为是与水相溶水、可以加水稀释使用的清洗剂。使用水基清洗剂一方面能简化清洗步骤，只需要配合水使用即可，在清洗步骤不需要额外添加其他清洗剂或者溶解剂，另一方面也降低成本，水基清洗剂可以自行配置。具体的清洗方法包括如下步骤：
[0026]
将水、金属粉末和水基清洗剂按照质量比为2-5:1:0.05％-0.5％的比例依次加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声；在清洗步骤中，添加的水为去离子水，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水，使用去离子水可以保证在清洗的过程中没有其他离子扰乱清洗的进行，避免超细金属粉末沾上其他离子污染物，可以保证产品的纯度。在添加水、金属粉末和水基清洗剂时需要注意添加物料的顺序，在添加水后即需要开启搅拌和超声，以保证在添加金属粉末时，金属粉末能马上分散到水中，可减少金属粉末的团聚，从而提高清洗效率；其后再加入水基清洗剂，水基清洗剂在搅拌和超声的作用下可快速溶于水中，并与金属粉末起反应，使金属粉末表面的油污和金属离子溶胀、乳化，分散到水基清洗剂中，达到金属粉末与污染物的分离。根据不同的超细金属粉末的制备方法和超细金属粉末表面的污染物的多少，可适当改变水、金属粉末和水基清洗剂的质量配比，一般情况下，水和水基清洗剂的添加量同步增加或同步减少，这样有助于水基清洗剂全部溶解在水中同时保持良好的去污能力。全部物料添加完成后，进行搅拌和超声操作时间为4-20分钟，根据物料的添加量来确定，优选为4-15分钟。
[0027]
完成上述清洗步骤后，停止搅拌和超声，将上述混合物过滤出液体，得到固体物，进行固液过滤分离时，可采用离心机过滤，不同的过滤方式会影响产品品质和资源流失，采用离心过滤可最大保留金属粉末，不会轻易随着液体流失，在其他优选实施例中，可进行二次过滤，进一步保证金属粉末不流失。过滤后得到的固体物即为经过清洗掉表面污染物的金属粉末，此时金属粉末表面可能还沾有少量的污染物和水基清洗剂成份，因此需要进一步进行清洗。
[0028]
将水和进行清洗后的固体物按照质量比为2-5:1的比例加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声进行清洗，清洗结束后滤出固体物，重复此步骤3-5次，得到固体物；此步骤中的清洗操作与第一步骤中的清洗操作相同，不过仅使用去离子水作为清洗剂，通过多次清洗可以冲洗到沾在金属粉末表面的最后的污染物和水基清洗剂成份，去离子水清洗需要清洗3-5次，当前后两次去离子水清洗操作过滤后的液体的电导率不发生变化时，可停止清洗，得到清洗完成的金属粉末。此步骤中的清洗时间也为4-20分钟，优选为4-15分钟。
[0029]
在过滤得到的固体物中加入乙醇，搅拌使固体物在乙醇中分散，在乙醇中分散可防止金属粉末形成团聚，从而提高后续烘干的效率。
[0030]
将分散后的混合溶液进行真空干燥，干燥温度为50-90℃，干燥时间为1-3 小时，根据乙醇金属粉末混合物的量适当更改干燥时间，保证混合物中的乙醇全部气化。在回收干燥过程中的气态乙醇并冷凝回收，混合溶液烘干后得到金属粉末，冷凝回收后的乙醇在进一步提纯后可重复使用。
[0031]
本发明还提供一种水基清洗剂，包括表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂，表面活性剂的作用，在于改变表面的电位和颗粒之间的吸附力，从而使吸附在颗粒表面的杂质脱离下来。表面活性剂a为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)或脂肪醇聚氧乙烯醚-9(aeo-9)中的一种；表面活性剂b为脂肪醇聚氧乙烯醚-7(aeo-7)、辛基酚聚氧乙烯醚-15(op-15)、辛基酚聚氧乙烯醚-10(op-10)、壬基酚聚氧乙烯醚-10(tx-10)、壬基酚聚氧乙烯醚-6(tx-6) 中的一种或两种；分散剂为硅酸钠(na2sio3)或十二烷基硫酸钠(sds)中的一种；稳定剂为乙二胺四乙酸(edta)；助溶剂为正二乙醇或正丁醇的一种。上述表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂均是水溶性物质，进行配比混合后保证混合物也能
易溶于水。将表面活性剂a和表面活性剂b配比后，使水基清洗剂包括阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂，通过两者配比可使混合液体系的表面活性提高，提高水基清洗剂的增溶和洗涤分散等性能，刺激性小，还有优异的润湿功能，提高去污能力。
[0032]
在配比各组分时，表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂的质量比为10-20:5-15:45-65:1-5:1-5，将表面活性剂a、表面活性剂b、分散剂、稳定剂和助溶剂搅拌均匀得到水基清洗剂。本实施例的水基清洗剂可用于金属粉末的清洗，对于金属没有腐蚀性，无毒，对环境友好，同时其具有优异的分散性能和洗涤性能，能有效提高金属粉末清洗的效率。
[0033]
以下通过具体的实验来说明本发明实施例的清洗方法及清洗剂的效果：
[0034]
实验组1
[0035]
取1000g制备完成后未清洗的超细金属粉末，检测其清洗前杂质离子的含量为x，清洗后检测金属粉末中的杂质离子的含量为y,按以下步骤清洗:
[0036]
将水、金属粉末和水基清洗剂按照质量比为5:1:0.5％的比例依次加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声；
[0037]
停止搅拌和超声，将上述混合物过滤出液体，得到固体物；
[0038]
将水和所述固体物按照质量比为5:1的比例加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声进行清洗，清洗结束后滤出固体物，重复此步骤5次，得到固体物；
[0039]
在过滤得到的固体物中加入乙醇，搅拌使固体物在乙醇中分散；
[0040]
将分散后的混合溶液进行真空干燥，干燥温度为70℃，回收干燥过程中的气态乙醇并冷凝回收，混合溶液烘干后得到金属粉末。
[0041]
实验组2
[0042]
取1000g制备完成后未清洗的超细金属粉末，检测其清洗前杂质离子的含量为x，清洗后检测金属粉末中的杂质离子的含量为y,按以下步骤清洗:
[0043]
将水、金属粉末和水基清洗剂按照质量比为2:1:0.05％的比例依次加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声；
[0044]
停止搅拌和超声，将上述混合物过滤出液体，得到固体物；
[0045]
将水和所述固体物按照质量比为2:1的比例加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声进行清洗，清洗结束后滤出固体物，重复此步骤5次，得到固体物；
[0046]
在过滤得到的固体物中加入乙醇，搅拌使固体物在乙醇中分散；
[0047]
将分散后的混合溶液进行真空干燥，干燥温度为70℃，回收干燥过程中的气态乙醇并冷凝回收，混合溶液烘干后得到金属粉末。
[0048]
对照组1
[0049]
取1000g制备完成后未清洗的超细金属粉末，检测其清洗前杂质离子的含量为x，清洗后检测金属粉末中的杂质离子的含量为y,按以下步骤清洗:
[0050]
将水、金属粉末按照质量比为5:1的比例依次加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声；
[0051]
停止搅拌和超声，将上述混合物过滤出液体，得到固体物；
[0052]
将水和所述固体物按照质量比为5:1的比例加入到反应釜中，同时开启搅拌和超声进行清洗，清洗结束后滤出固体物，重复此步骤5次，得到固体物；
[0053]
在过滤得到的固体物中加入乙醇，搅拌使固体物在乙醇中分散；
[0054]
将分散后的混合溶液进行真空干燥，干燥温度为70℃，回收干燥过程中的气态乙醇并冷凝回收，混合溶液烘干后得到金属粉末。
[0055]
对照组2
[0056]
取1000g制备完成后未清洗的超细金属粉末，检测其清洗前杂质离子的含量为x，清洗后检测金属粉末中的杂质离子的含量为y,按以下步骤清洗:
[0057]
将水、金属粉末和水基清洗剂按照质量比为5:1:0.5％的比例依次加入到反应釜中，搅拌，过滤得到固体物，烘干后得到金属粉末。
[0058]
实验结果如下：
[0059]
表1实验结果
[0060]
组别x(单位：ppm)y(单位：ppm)实验组1200.8实验组2201对照组12013对照组2206
[0061]
通过上述实验可以看出，实验组1和实验组2采用本发明实施例提供的超细金属粉末的清洗方法和清洗剂进行清洗后，金属粉末上的杂质离子的含量明显降低，说明其具有良好的清洗效率和去污能力；对比实验组1和对照组1可知，采用相同的清洗方法时，采用本发明提供的水基清洗剂的实验组1具有明显更好的洗涤性能；对比实验组1和对照组2可知，采用相同的水基清洗剂，本发明实施例提供的清洗方法具有更强的去污能力。
[0062]
本发明的超细金属粉末的清洗方法通过采用特定的水基清洗剂可以使超细金属粉末表面的油污和金属离子溶胀、乳化，分散到清洗剂中，达到金属粉末与污染物的分离，得到纯度高和表面光洁，分散性能好的超细金属粉末，该清洗方法有效提高了超细金属粉末的清洗效率和去污能力。
[0063]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。