В области электронных материалов, токопроводящих паст, порошковой металлургии и высокотехнологичных металлических материалов нано- и микроразмерный медный порошок всё более активно используется в качестве ключевого сырья. Особенно это касается размера частиц 300–500 нм В процессе производства медного порошка этапы твердо-жидкостного разделения и промывки нередко становятся ключевыми технологическими узлами, влияющими на качество продукта, производительность и контроль затрат.

По сравнению с традиционными микронными порошками нанометрические и субмикронные медные порошки обладают Большая удельная поверхность, высокая активность частиц и высокая стабильность в суспензии. Такие особенности создают заметные сложности для применения традиционных методов седиментации и центрифугирования в реальных производственных условиях. В настоящей статье, опираясь на типичные технологические режимы, проводится анализ технических трудностей, возникающих при разделении твёрдой и жидкой фаз в процессах с нано- и микроразмерными медными порошками, а также рассматриваются пути внедрения и технические преимущества нового фильтрационного аппарата для нано- и микропорошков в подобных технологических процессах.

1. Обзор технологий разделения нано- и микропорошков меди и типичные рабочие условия

В некоторых технологических процессах производства нано- и микроразмерных медных порошков для удаления поверхностных оксидов обычно требуется использовать Кислотная промывка и многоступенчатая мойка . Типичный процесс следующий:

1. Приготовить суспензию из медного порошка.
2. Использовать Раствор серной кислоты концентрацией 10% Провести промывку оксидами
3. Провести вторичную промывку с использованием спирта.
4. Промывка до тех пор, пока электропроводность системы не будет поддерживаться на уровне Около 30 мкСм/см
5. В конечном счёте осуществляется разделение твёрдого и жидкого веществ и получение сухого медного порошка.

В ходе этого процесса суспензия проявляет следующие типичные характеристики:

На первый взгляд, данная производительность не относится к категории сверхбольших, однако из-за чрезвычайно мелкого размера частиц сложность системы значительно превышает таковую при работе с обычными порошками.

2. Ключевые проблемы, присущие традиционным методам разделения

В настоящее время среди подобных технологий наиболее распространёнными способами твёрдо-жидкостного разделения являются:

• Метод естественного осаждения
• Сепарация на центрифуге
• Многоступенчатое мытьё и разбавление

Однако в системах нано- и микроразмерных медных порошков эти методы зачастую сталкиваются с явными узкими местами.

1. Эффективность естественного осаждения крайне низка.

Осадка наноразмерных частиц в жидкости заметно зависит от броуновского движения.

Когда размер частиц снижается до 300–500 нм В этом случае скорость оседания частиц чрезвычайно мала, и для формирования заметного слоя осадка часто требуется значительное время.

Типичные проблемы включают:

• Длительное время оседания
• Сложность с очищением верхнего слоя
• Система занимает много места.
• Трудно контролировать производственный такт.

Особенно при достижении содержания твёрдого вещества 25–40% При этом вязкость системы увеличивается, а скорость осаждения дополнительно снижается.

2. При центрифужном разделении существует противоречие между энергопотреблением и эффективностью.

Хотя центрифуги способны повысить скорость разделения, их применение в области нано- и микропорошков также сталкивается с определёнными трудностями:

(1) Частицы слишком мелкие

Наноразмерные частицы легко образуются:

• Стабильная суспензия
• Коллоидная структура
• Явление вторичного рассеяния

Приводит к снижению эффективности центрифужного разделения.

(2) Большой расход промывочной воды

Для достижения низкой электропроводности (например, 30 мкСм/см) часто требуется:

• Многоступенчатое разведение
• Большое количество сточной воды
• Многократное центрифугирование

Это напрямую приводит к:

• Увеличение водопотребления
• Увеличение потребления алкоголя
• Рост затрат на постобработку

(3) Нестабильность коэффициента回收а порошка

Наноразмерные порошки легко:

• Унос с маточным раствором
• Образование мелкодисперсного суспендированного хвостового раствора

Влияет на конечный выход.

3. Основные технологические сложности фильтрации нано- и микропорошков меди

С инженерной точки зрения основные сложности подобных систем сосредоточены в трёх аспектах:

1. Размер частиц близок к наноразмеру.

Частицы размером 300–500 нм уже близки к типичному пределу фильтрации.

Это проявляется в следующем:

• Частицы способны проникать через обычные фильтрующие материалы.
• Легко засоряется фильтрующий слой
• Быстрое увеличение сопротивления фильтрации

Это предъявляет более высокие требования к фильтрующему оборудованию.

2. Сильные колебания твёрдого вещества в суспензии (25–40%)

Высоконаполненные суспензии обладают:

• Высокая вязкость
• Легко агломерируется
• Легко образует уплотнённый фильтровальный осадок.

Если конструкция фильтра нерациональна, легко возникают:

• Уплотнение фильтровального осадка
• Сложность стирки
• Сложности с сушкой

3. Система многокомпонентной мойки сложна.

В системе затрагиваются:

• Сернокислая система
• Система алкоголя

Следовательно, оборудование должно соответствовать:

• Устойчивость к коррозии
• Устойчивость к органическим растворителям
• Хорошая герметичность

В противном случае легко возникнет:

• Риск утечки
• Безопасностные риски
• Загрязнение продукта

4. Технологический путь нового фильтрационного аппарата для нано- и микропорошков

В связи с вышеуказанными проблемами новая фильтровальная установка для нано- и микропорошковых материалов обеспечивает Структурное проектирование + оптимизация фильтрационного механизма , обеспечивая высокую эффективность разделения и промывки порошков нано- и микроразмеров.

Его основная идея заключается не в простом «фильтровании», а в следующем:

Создание стабильной и управляемой нано- и микроразмерной фильтрационной системы.

1. Проектирование фильтрующей структуры нано- и микроразмеров

Данное оборудование использует многоступенчатую структуру фильтрующих слоёв, что обеспечивает системе:

• Высокая способность к задержанию
• Стабильный фильтрационный канал
• Низкая степень проникновения частиц

Даже в 300–500 нм В системах порошковых материалов также можно добиться достаточно стабильного разделения твёрдого и жидкого фаз.

Это проявляется в следующем:

• Повышение прозрачности верхнего слоя
• Снижение потерь мелкого порошка
• Повышение коэффициента утилизации

2. Механизм стабилизации формирования фильтровальной лепёшки

В процессе фильтрации система постепенно формирует устойчивый слой фильтровальной лепёшки.

Этот фильтровальный осадок является не только сепарационной средой, но и:

Вторичный фильтрующий слой.

Его преимущества включают:

• Повышение точности фильтрации
• Повышение эффективности стирки
• Снижение потерь мелкого порошка

Для системы медного порошка это особенно важно.

5. Значительное повышение эффективности многоступенчатой мойки

В традиционных центрифужных системах стирка обычно зависит от:

• Многократное разведение
• Многоступенчатый центробежный

В то же время в фильтрационном аппарате для нано- и микропорошков можно:

Технология промывки фильтровального осадка

Обеспечить более эффективный процесс стирки.

1. Повышение эффективности удаления остаточных растворов после кислотной промывки

После промывки 10%-ной серной кислотой остаточная кислота часто требует обильного промывания для снижения электропроводности.

Способы фильтрации и промывки позволяют достичь:

• Целевая жидкостная замена
• Равномерное проникновение при стирке
• Более низкий остаточный объём жидкости

Следовательно, при достижении:

Электропроводность 30 мкСм/см

При достижении цели требуется значительно меньше моющего раствора.

2. Повышение эффективности промывки спиртом

На стадии промывания спиртом структура фильтровального осадка стабильна, что обеспечивает равномерное прохождение спирта через слой фильтровального осадка.

Результаты включают:

• Сокращение времени стирки
• Повышение эффективности усвоения алкоголя
• Повышение эффективности сушки

Это особенно важно для легко окисляющейся медной пудры.

6. Анализ соответствия возможностей получения сухих материалов и производственной мощности

В целевом режиме работы:

120 кг сухого материала / 8–12 часов

Данная производственная мощность относится к типичному диапазону пилотных и маломасштабных промышленных производств.

Новейший фильтр для нано- и микропорошков может:

• Проектирование площади фильтрации
• Контроль перепада давления
• Оптимизация цикла стирки

Обеспечить стабильную работу.

Анализ расширения годовой производственной мощности

Цель на будущее:

10 тонн сухого сырья в год

По следующей оценке:

Если запускать ежедневно:

• 1 партия
• Около 120 кг

Тогда:

Примерно 80–90 партий в год

Таким образом можно достичь проектной цели.

Пояснение:

Данное оборудование в текущем этапе производства обладает хорошей совместимостью с существующими производственными мощностями и имеет резерв для расширения.

7. Анализ оптимизации водопотребления и эксплуатационных расходов

В традиционных центробежных системах:

Расход промывной воды обычно достаточно велик.

Причины включают:

• Неравномерная стирка
• Мелкий порошок трудно удалить.
• Необходимо выполнить несколько циклов.

А в системе фильтрации и промывки:

Потребление воды может быть значительно сокращено.

Типичные пути экономии включают:

1. Сократить количество стирок
2. Повышение эффективности однократной стирки
3. Снижение объёма остаточной жидкости

Результат проявляется в виде:

• Снижение водопотребления
• Снижение потребления алкоголя
• Снижение затрат на утилизацию отходов

С точки зрения долгосрочной эксплуатации это зачастую является важным источником экономической эффективности системы.

8. Стабильность технологического процесса и повышение качества продукции

Качественная стабильность нано- и микроразмерных медных порошков напрямую влияет на:

• Электропроводность
• Синтеровочные свойства
• Конечное соответствие продукта

После стабилизации работы системы фильтрации качество продукции обычно проявляется следующим образом:

1. Более стабильная чистота порошка

Путём эффективной стирки:

• Снижение остаточной кислотности
• Снижение примесей

Способствует:

Повышение однородности качества порошков.

2. Контролируемая влажность

Стабильная структура фильтровального осадка позволяет достичь:

Низкий остаточный объём жидкости.

Это означает:

Нагрузка на стадии сушки снижается.

3. Распределение по размерам частиц остаётся стабильным.

По сравнению с процессом сильного центрифугирования:

Способ фильтрации оказывает минимальное повреждающее воздействие на частицы.

Способствует:

Сохранение целостности нано- и микроструктуры.

9. Перспективы развития фильтрации наноразмерных порошковых материалов в будущем

С развитием отраслей электронных материалов и новых источников энергии сфера применения нано- и микропорошков постоянно расширяется.

Включает:

• Наномедный порошок
• Нанопорошок никеля
• Серебряная пудра
• Проводящий материал
• Катализирующий материал

Их общей особенностью является:

Размер частиц становится всё мельче, а требования к чистоте — всё выше.

Это означает:

Традиционные методы седиментации и центрифугирования постепенно столкнутся с техническими ограничениями.

При этом фильтрационные технологии, специально предназначенные для нано- и микросистем, станут одним из ключевых видов оборудования.

Заключение: Сепарация твёрдых и жидких фаз на нано- и микромасштабах вступает в эпоху специализированного оборудования.

Для размера частиц 300–500 нм Что касается систем с медным порошком, то, хотя традиционные методы осаждения и центрифугирования по‑прежнему применяются, их эффективность, расход ресурсов и стабильность постепенно начинают проявлять свои ограничения.

Новая фильтровальная установка для нано- и микропорошков работает следующим образом:

• Высокоточная фильтрующая структура
• Стабильное образование фильтровальной лепёшки
• Эффективный механизм стирки

Разрабатывается более управляемый, энергоэффективный и стабильный технологический подход для разделения нанометрических порошковых материалов.

По мере того как будущие производственные мощности будут переноситься в Уровень 10 тонн в год С развитием данной отрасли подобное оборудование будет играть всё более важную роль в технологиях производства нано- и микропорошков металлов и станет одной из ключевых базовых установок, способствующих модернизации производственных процессов по выпуску высокотехнологичных материалов.

«Экспериментальное изображение»