本發(fā)明材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米錫粉的制備工藝。

背景技術(shù)：

錫粉廣泛應(yīng)用于粉末冶金、電碳制品、金剛石工具制品、電子材料、摩擦材料、噴涂材料、焊接材料、醫(yī)藥化工、冶金分析助熔劑等領(lǐng)域，此外，納米尺度的錫粉也是一種非常具有應(yīng)用潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。

目前金屬錫粉的生產(chǎn)采用氣體霧化法，它采用高速的氣流或水流直接擊碎液體金屬或合金，其粉末大小一般小于150μm。其基本的生產(chǎn)工藝是：①金屬的熔化，熔化溫度比金屬熔點(diǎn)高50-100攝氏度，而錫粉的熔點(diǎn)是231.93℃，熔融錫液的溫度控制在300℃左右；②在霧化設(shè)備中，利用0.3-1.2mp的高壓空氣霧化金屬液流，制得合乎相應(yīng)規(guī)格、要求的粉末；③冷卻集粉；④經(jīng)過冷卻的粉末進(jìn)行篩分；⑤產(chǎn)品真空包裝。

霧化法生產(chǎn)錫粉雖然生產(chǎn)工藝簡單，可連續(xù)作業(yè)，但其需要較高的溫度和壓力，并且需要持續(xù)的冷卻水流，并不是一種節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)方法。而且這種方法制備獲得的粉體只能達(dá)到微米級，難以達(dá)到一些特種使用場合的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種納米錫粉的制備工藝，提出新的制粉理念，從而開發(fā)一種新型的、低能耗、綠色環(huán)保、且簡單易操作的納米錫粉制備工藝。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種納米錫粉的制備工藝，具體包括如下步驟：

1)取液態(tài)合金基材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝，制備獲得含錫的液態(tài)合金；

2)取步驟1)制備獲得的含錫的液態(tài)合金，放入電解質(zhì)溶液中，施加直流電壓，獲得含錫的電解質(zhì)溶液和經(jīng)電解處理后的液態(tài)合金；

3)將步驟2)中獲得的經(jīng)電解處理后的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，投入步驟2)中，重復(fù)使用；

4)對步驟2)中獲得的含錫的電解質(zhì)溶液進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，將錫粉進(jìn)行洗滌、干燥、研磨后，獲得所需納米尺度的錫粉。

優(yōu)選地，步驟1)中，所述含錫的液態(tài)合金至少包括有含鎵、錫的二元合金。所述含錫的液態(tài)合金在室溫(20-30℃)下為液態(tài)。

更優(yōu)選地，所述含錫的液態(tài)合金還包括有含鎵、錫以及其它元素的多元合金，所述其它元素選自銦、鋅、銀、硒中的任意一種或多種組合。

更優(yōu)選地，所述含鎵、錫的二元合金，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：

錫2～25％；

鎵75～98％。

更優(yōu)選地，所述含鎵、錫以及其它元素的多元合金中，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：

錫2～25％；

鎵45～98％；

其它元素0～30％。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述電解質(zhì)溶液的ph為12.5～14.5。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述電解質(zhì)溶液為naoh水溶液。

更優(yōu)選地，所述naoh水溶液的濃度為0.2-0.7mol/l。所述naoh水溶液的濃度過低會(huì)導(dǎo)致較大的電壓需求；naoh水溶液的濃度過高會(huì)使電解質(zhì)ph過大，不利于廢液的回收，并具有一定的處理危險(xiǎn)。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述含錫的液態(tài)合金與電解質(zhì)溶液加入的體積比為1:10～2:3。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述直流電壓的電壓范圍為20～80v。所述施加直流電壓可以形成電場，從而將室溫液態(tài)合金中的錫分離出來并溶解到電解質(zhì)溶液中，獲得含錫的電解質(zhì)溶液。

更優(yōu)選地，所述直流電壓的電壓范圍為30-50v。所述直流電壓的電壓過小，錫從鎵基液態(tài)合金中分離出來的速度就會(huì)偏慢；直流電壓的電壓過大，會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，并造成能量的浪費(fèi)。

優(yōu)選地，步驟2)中，所述直流電壓的正負(fù)兩電極的距離范圍≥100mm。所述直流電壓的正負(fù)兩電極的距離越遠(yuǎn)，所需電壓越大。

優(yōu)選地，步驟1)或3)中，所述真空感應(yīng)熔煉工藝中的真空度≥5*10^-3pa。

更優(yōu)選地，所述真空感應(yīng)熔煉工藝中的真空度為5*10^-3pa。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述含錫的電解質(zhì)溶液呈灰色。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述離心萃取能夠使含錫的電解質(zhì)溶液中的錫粉與電解質(zhì)溶液有效分層，使錫粉沉降在離心管底部，去除電解質(zhì)溶液后，獲得錫粉。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述洗滌為采用乙醇、去離子水先后清洗錫粉。

更優(yōu)選地，所述乙醇為純度≥99.99％的乙醇。

更優(yōu)選地，所述洗滌的次數(shù)為2-4次。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述洗滌的次數(shù)為2次。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述干燥的條件為：干燥裝置：烘箱；干燥溫度：40～90℃；干燥時(shí)間≥6小時(shí)。所述干燥能夠?qū)⒎胖迷跓屑{米錫粉，放入烘箱中進(jìn)行烘干。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述研磨在瑪瑙研缽中進(jìn)行。所述研磨能夠減少錫粉中納米顆粒的團(tuán)聚。

優(yōu)選地，步驟4)中，所述研磨在真空條件下進(jìn)行，所述研磨過程中的溫度≤60℃。

如上所述，本發(fā)明提供的一種納米錫粉的制備工藝，利用微電場分離并提取含錫的液態(tài)合金中的錫元素，并對電解液中的錫粉進(jìn)行離心、洗滌、干燥和研磨后即可獲得納米級錫顆粒。本發(fā)明提出一種新穎的高純納米錫顆粒制備理念和工藝，設(shè)計(jì)了含錫液態(tài)合金的成分范圍、微電場分離工藝以及后續(xù)的納米錫粉處理工藝。本發(fā)明獲得的納米錫粉尺度可控，分布均勻，而且設(shè)備成本低廉，工藝簡單、綠色環(huán)保，有望獲得廣泛推廣。

附圖說明

圖1顯示為納米錫粉電解分離裝置示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明制備獲得的納米錫粉的形貌圖。

圖3顯示為本發(fā)明制備獲得的納米錫粉的尺寸分布圖。

圖4顯示為本發(fā)明制備獲得的納米錫粉的xrd結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

須知，下列實(shí)施例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置；所有壓力值和范圍都是指相對壓力。下列實(shí)施例中使用的試劑，均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)試劑，均可從市場上購買獲得。

此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個(gè)設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。

實(shí)施例1

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：60％，純度為99.9％；銦：25％，純度為99.9％；錫：15％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.3mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為30v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)70℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到20.5納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

實(shí)施例2

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：60％，純度為99.9％；銦：25％，純度為99.9％；錫：15％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.5mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為40v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)90℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到17.8納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

實(shí)施例3

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：60％，純度為99.9％；銦：25％，純度為99.9％；錫：15％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.7mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為50v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)40℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到16.6納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

實(shí)施例4

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：65％，純度為99.9％；銦：25％，純度為99.9％；錫：10％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.3mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為30v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)80℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到16.5納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

實(shí)施例5

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：60％，純度為99.9％；銦：25％，純度為99.9％；錫：14％，純度為99.9％；鋅：1％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.3mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為30v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)50℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到18.6納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

實(shí)施例6

選用鎵基液態(tài)合金制備含錫的液態(tài)合金，各成分的質(zhì)量百分比為鎵：95％，純度為99.9％；錫：5％，純度為99.9％。選用真空感應(yīng)熔煉工藝，將配料按上述配比加入熔煉坩堝中，關(guān)上艙門，開啟真空泵，當(dāng)真空度達(dá)到5*10^-3pa以上后進(jìn)行熔煉；熔煉溫度為1000℃，保溫1分鐘后，關(guān)閉熔煉開關(guān)，待熔體降溫至室溫附近，打開爐門，取出坩堝，獲得含錫的液態(tài)合金。

如圖1所示，搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用滴管吸取適量0.3mol/l的naoh溶液至水槽中，調(diào)節(jié)ph至12.5-14.5，從坩堝中取出10ml的上述制備含錫的液態(tài)合金，滴入水槽中。再調(diào)節(jié)電壓為30v，閉合電源開關(guān)，會(huì)看到液態(tài)合金附近的電解液會(huì)產(chǎn)生灰色的物質(zhì)擴(kuò)散至電解液中，即獲得含錫的電解質(zhì)溶液。五分鐘后斷開電源，用滴管吸取灰色的電解質(zhì)溶液至離心管中，進(jìn)行離心萃取后獲得錫粉，再將錫粉進(jìn)行2次酒精、去離子水洗滌，再在烘箱內(nèi)60℃干燥6小時(shí)，在瑪瑙研缽中研磨后，獲得納米錫粉。通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4，其平均顆?？蛇_(dá)到19.8納米。同時(shí)，將不含錫的液態(tài)合金回收，再加入錫材，采用真空感應(yīng)熔煉工藝重熔后，再次獲得含錫的液態(tài)合金，重復(fù)用于提取納米錫粉。

對上述實(shí)施例1-6中獲得的納米錫粉，通過顯微觀察，分析錫粉的形貌和尺寸，具體結(jié)果見圖2-4。由圖2-4可知，本發(fā)明獲得的錫粉均為納米尺度，顆粒尺寸均勻可控，過程綠色環(huán)保且能耗成本較低，有望在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域獲得推廣。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。