本發(fā)明涉及化工領域，尤其涉及銀粉的制備方法，特別是一種分步法制備球形銀粉的方法和裝置。

背景技術：

球形銀粉調(diào)制的導電漿料具有軋漿不粘輥，印刷易脫網(wǎng)，收縮率極小，燒結膜致密等特點，廣泛應用于高端電子漿料市場，是太陽能電池、PDP屏蔽銀漿料和高導電性厚膜漿料的極佳原材料。球形銀粉的制備方法有很多種，如化學還原法、電化學沉積法、電解法、濺射法、振動球磨法、溶膠凝膠法等。現(xiàn)有技術中，化學還原法是最普遍的用來制備球形銀粉的方法。如專利：CN1387968“超細球形銀粉的制備方法”，CN101214555“一種球形納米銀粉的制備方法”，但其工藝和性能均存在不足，均需要復雜工藝，產(chǎn)能低，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。制約了其產(chǎn)業(yè)化，同時也限制了其應用。CN102248177“激光誘導球形銀粉制備方法”，雖然產(chǎn)量可達到一定規(guī)模，但激光誘導控制難度大，產(chǎn)品質(zhì)量起伏，性能不穩(wěn)定。CN105834449A“一種利用微納米氣泡作為晶種誘導生產(chǎn)銀粉的制備方法”，CN105817641A“一種利用新生納米晶種誘導生產(chǎn)金屬粉末的制備方法”和CN105436517A“一種利用納米晶種誘導生產(chǎn)金屬粉末的制備方法”，均采用晶種誘導氧化還原方法制備銀粉，但由于反應過程無法實現(xiàn)精密控制，造成銀粉質(zhì)量不穩(wěn)定，銀粉球形度和流動性不好。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種分步法制備球形銀粉的方法和裝置，所述的這種分步法制備球形銀粉的方法和裝置要解決現(xiàn)有技術的制備方法獲得的球形銀粉質(zhì)量不穩(wěn)定，銀粉球形度和流動性不好的技術問題。

本發(fā)明提供了一種分步法制備球形銀粉的方法，包括如下步驟：

1)控制還原反應生成納米銀晶種的步驟，按照質(zhì)量比稱取第一批銀氨溶液、第一批還原劑、第一批pH調(diào)節(jié)劑和第一批分散劑，第一批銀氨溶液、第一批還原劑、第一批pH調(diào)節(jié)劑和第一批分散劑的質(zhì)量比為1：0.05-0.2：0.1-0.2：0.01-0.4，所述的第一銀氨溶液的質(zhì)量百分比濃度為1％-10％，第一還原劑濃度為1-100ppm，將上述的物料以射流方式加入到一個第一反應容器中，反應時間0.01--5分鐘，第一pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在6--10之間；

2)控制還原反應條件使納米銀晶種選擇性生長的步驟，按照質(zhì)量比稱取第二批銀氨溶液、第二批還原劑、第二批pH調(diào)節(jié)劑和第二批分散劑，第二批銀氨溶液、第二批還原劑、第二批pH調(diào)節(jié)劑和第二批分散劑的質(zhì)量比為1：0.5-2.0：0.01-0.1：0.01-0.4，所述的第二銀氨溶液的劑的質(zhì)量百分比濃度為1％-15％，第二還原劑質(zhì)量百分比濃度為1％-40％，利用恒壓源壓力將第一反應器中的反應液打入一個第二反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第二反應容器中，反應時間0.1--20分鐘，第二pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在8--11之間；

3)控制還原反應條件避免生長速度過快破壞銀粉球形度的步驟，按照質(zhì)量比稱取第三批銀氨溶液、第三批還原劑、第三批pH調(diào)節(jié)劑和第三批分散劑，第三批銀氨溶液、第三批還原劑、第三批pH調(diào)節(jié)劑和第三批分散劑的質(zhì)量比為1：0.5-2.0：0.01-0.5：0.01-0.4，所述的第三銀氨溶液的質(zhì)量百分比濃度為10％-40％，第三還原劑的質(zhì)量百分比濃度為10％-30％，利用恒壓源壓力將第二反應器中的反應液打入一個第三反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第三反應容器中，反應時間0.1--20分鐘，第三pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在8--11之間；

4)控制還原反應條件快速生成粒徑分布均勻的微米級球形銀粉的步驟，按照質(zhì)量比稱取第四批銀氨溶液、第四批還原劑、第四批pH調(diào)節(jié)劑和第四批分散劑，第四批銀氨溶液、第四批還原劑、第四批pH調(diào)節(jié)劑和第四批分散劑的質(zhì)量比為1：0.5-2.0：0.01-0.1：0.01-0.5，所述的第四銀氨溶液的質(zhì)量百分比濃度為30％-40％，第四還原劑的質(zhì)量百分比濃度為20％-60％，利用恒壓源壓力將第三反應器中的反應液打入一個第四反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第四反應容器中，反應時間0.1--20分鐘，第四pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在8--11之間；

5)通過離心或凝絮沉淀作用使銀顆粒和剩余的液體分離；

6)分離后的球形銀粉采用去離子水或乙醇清洗，然后烘干。

進一步的，所述的銀氨溶液濃度在1％-40％Wt之間，所述的PH調(diào)節(jié)劑是氨水，濃度在10％-25％Wt之間，所述的還原劑為甲醛、水合肼、抗壞血酸、羥胺化合物、或丙三醇中的任意一種或多種，所述的分散劑是聚乙烯醇、明膠、脂肪酸或松香的任意一種或多種。

本發(fā)明還提供了上述的一種分步法制備球形銀粉的裝置，包括一個第一反應容器，一個第二反應容器，一個第三反應容器，一個第四反應容器，所述的第一反應容器和所述的第二反應容器串聯(lián)連接，所述的第二反應容器和所述的第三反應容器串聯(lián)連接，所述的第三反應容器和所述的第四反應容器串聯(lián)連接，所述的第一反應容器的進口端連一個恒壓氣源產(chǎn)生裝置，所述的第四反應容器的出口端連接一個水液分離裝置，在任意一個所述的反應容器的入口端均設置有至少兩個噴嘴，任意一個所述的噴嘴和所述的反應容器連通。

進一步的，任意一個所述的反應容器呈圓柱狀結構，反應容器的直徑小于600mm，長度大于400mm。

本發(fā)明包括一個在多個反應器中利用化學還原方法從銀氨溶液中獲得球形銀顆粒的過程，在所述的利用化學還原方法從銀氨溶液中獲得球形銀顆粒的過程中，是以射流方式將還原液、含銀氧化液、PH調(diào)節(jié)劑和分散劑分別依次加入多個串聯(lián)的反應器中，使還原液、含銀氧化液、PH調(diào)節(jié)劑和分散劑在不同反應器中依次充分混合分步反應。每個反應器都精密控制還原反應條件，完成球形銀粉的不同生長階段的反應：第一步控制還原反應生成納米銀晶種；第二步控制還原反應條件使納米銀晶種選擇性生長；第三步控制還原反應條件避免生長速度過快破壞銀粉球形度；第四步控制還原反應快速生成粒徑分布均勻的微米級球形銀粉，最后將生成的高分散球形銀顆粒和剩余的液體輸送到一個分離系統(tǒng)中，利用離心或凝絮沉淀作用使銀顆粒和剩余的液體分離，得到高分散球形銀顆粒，再利用去離子水或乙醇清洗球形銀顆粒并烘干。

本發(fā)明的工作原理是：在反應初期首先生成納米銀晶種，然后控制還原反應條件，從而控制銀晶種生長，得到高純度的球形銀粉，通過調(diào)整反應條件可以控制粒子的尺寸，從而得到粒徑和形貌均可控的球型銀粉。生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了化學反應各步驟的精確控制，最終實現(xiàn)對銀晶核生長速度、晶粒大小及形貌的控制，從而制成不同粒度、不同比表面積、不同形貌的球形銀粉。本發(fā)明制備的球形銀粉性能指標高，可廣泛應用于各類高端導電銀漿的生產(chǎn)。

本發(fā)明和已有技術相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明的分步法制備球形銀粉的方法和裝置具有工藝和設備簡單、產(chǎn)品生產(chǎn)穩(wěn)定、適合大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點，而且還具有節(jié)能、環(huán)保、連續(xù)投料量大、產(chǎn)量高、成本低和工藝設備無特殊要求等優(yōu)點。工藝技術屬國際領先。制備的銀粉材料具有球形度高、分散性好、粒度均勻可控、振實密度高、導電性能優(yōu)越等特點，達到世界一流水平。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種分步法制備球形銀粉的方法的工藝流程圖。

圖2是本發(fā)明的一種分步法制備球形銀粉的裝置的示意圖。

圖3是采用本發(fā)明的工藝獲得的球形銀粉的照片。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種分步法制備球形銀粉的方法，包括如下步驟：

1)控制還原反應生成納米銀晶種的步驟，按照質(zhì)量比1:0.1稱取第一批銀氨溶液和第一批還原劑，銀氨溶液濃度為7.3％Wt，還原劑濃度80ppm。按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.13稱取第一批濃度20％Wt氨水，按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.2之間稱取第一批分散劑，將上述的物料以射流方式加入到一個第一反應容器中，反應時間0.02分鐘，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在9.3；

2)控制還原反應條件使納米銀晶種選擇性生長的步驟，按照質(zhì)量比1:1稱取第二批銀氨溶液和第二批還原劑，銀氨溶液濃度為15％Wt，還原劑濃度12％Wt。按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.03稱取第二批濃度20％Wt氨水，按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.3稱取第二批分散劑，利用恒壓源壓力將第一反應器中的反應液打入一個第二反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第二反應容器中，反應時間2.5分鐘，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在8.5之間；

3)控制還原反應條件避免生長速度過快破壞銀粉球形度的步驟，按照質(zhì)量比1:1稱取第三批銀氨溶液和第三批還原劑，銀氨溶液濃度為20％Wt，還原劑濃度16.7％Wt。按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.27稱取第三批濃度20％Wt氨水，按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.3稱取第三批分散劑，利用恒壓源壓力將第二反應器中的反應液打入一個第三反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第三反應容器中，反應時間6.8分鐘，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在9；

4)控制還原反應條件快速生成粒徑分布均勻的微米級球形銀粉的步驟，按照質(zhì)量比1:1稱取第四批銀氨溶液和第四批還原劑，銀氨溶液濃度為40％Wt，還原劑濃度43.8％Wt。按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.01稱取第四批濃度20％Wt氨水，按照上述銀氨溶液質(zhì)量比1:0.3稱取第四批分散劑，利用恒壓源壓力將第三反應器中的反應液打入一個第四反應容器中，同時將上述的物料以射流方式加入到第四反應容器中，反應時間0.65分鐘，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)反應液PH值在8；

5)通過離心或凝絮沉淀作用使銀顆粒和剩余的液體分離；

6)分離后的球形銀粉采用去離子水或乙醇清洗，然后烘干。

進一步的，所述的PH調(diào)節(jié)劑是氨水，濃度在10％-25％Wt之間，所述的還原劑為甲醛、水合肼、抗壞血酸、羥胺化合物、或丙三醇中的任意一種或多種，所述的分散劑是聚乙烯醇、明膠、脂肪酸或松香的任意一種或多種。

本發(fā)明還提供了上述的一種分步法制備球形銀粉的裝置，包括一個第一反應容器1，一個第二反應容器2，一個第三反應容器3，一個第四反應容器4，所述的第一反應容器1和所述的第二反應容器2串聯(lián)連接，所述的第二反應容器2和所述的第三反應容器3串聯(lián)連接，所述的第三反應容器3和所述的第四反應容器4串聯(lián)連接，所述的第一反應容器1的進口端連一個恒壓氣源產(chǎn)生裝置5，所述的第四反應容器4的出口端連接一個水液分離裝置6，在任意一個所述的反應容器的入口端均設置有至少兩個噴嘴7，任意一個所述的噴嘴7和所述的反應容器連通。

進一步的，任意一個所述的反應容器呈圓柱狀結構，反應容器的直徑小于600mm，長度大于400mm。

本實施例的工作過程是：配制不同濃度和不同溫度含銀氧化液、還原劑和氨水溶液以及多種分散劑，是以射流方式將還原液、含銀氧化液、氨水和分散劑分別依次加入多個串聯(lián)的反應器中，使還原液、含銀氧化液、氨水和分散劑在不同反應器中依次充分混合分步反應。每個反應器都精密控制還原反應條件，完成球形銀粉的不同生長階段的反應，最終生成微米級別的球形銀顆粒。