CN102660685A

CN102660685A - 一种废弃金刚石工具回收利用的方法

Info

Publication number: CN102660685A
Application number: CN201210137164XA
Authority: CN
Inventors: 周新木; 李永绣
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明属于资源综合回收利用及超细金属预合金粉体制备领域。本发明在密封条件下采用氯酸盐和盐酸对废金刚石刀具进行了溶解，浸出残渣通过简易浮选方法将金刚石、碳化钨进行分离；溶解液采用化学共沉淀—还原工艺将母液中的各种有色金属制备得到超细预合金粉末。本发明处理成本低，污染相对较少，经济效益和环境效益显著。易于工业化生产。金刚石、碳化钨有价物质的综合回收率大于99%，其它有价物质的综合回收率大于98%。

Description

一种废弃金刚石工具回收利用的方法

技术领域

本发明属于资源综合回收利用及超细金属预合金粉体制备领域。

背景技术

随着世界工业的发展，世界资源面临匮乏，特别是金属资源尤为显得更加显著。世界发达工业国家对“二次资源”的利用十分重视，再生资源已成为有色金属的主要原料，再生有色金属工业已成为一个独立产业。在近十多年世界各国都在不断提高再生金属的利用率。在几个发达工业国家铜、铅、锌二次利用率达到55～80%以上。

随着我国经济近几年的高速增长，有色金属产量的持续快速增长，矿产原料短缺的矛盾日趋突出，所以应大力发展有色金属资源的再生研究及回收工作。因此，我国在“十一五”规划中就提出大力发展循环经济，建设节约型、环境友好型社会。对于有色冶金行业，不管是从资源、能源、环境等各方面来说，都迫切的需要大力开发“二次资源”。

金刚石是目前所发现的自然界中硬度最高的物质，广泛应用于地质钻探以及硬脆材料的切割、磨削及钻孔等加工，如珠宝、石材、陶瓷、硬质合金、半导体晶体、磁性材料等，由于金刚石都是细小颗粒状，一般需要使用胎体材料将其制成一定形状且具有一定机械力学性能的工具后才能得以使用。金刚石工具是以金刚石为磨料，以金属粉末为胎体通过压制烧结等工艺制成的各种型号、规格的工具，以切割、钻削、铣磨等方式广泛应用于石材、建材、耐火材料、陶瓷、半导体等硬脆材料的加工，我国目前已经是世界上最大的金刚石及金刚石工具生产国，并且规模及市场份额还在逐年提高。

在上世纪90年代，国内生产及进口金刚石锯片几乎全部使用钴基金刚石锯片。上世纪90年代末，由于石材行业效益迅速下降，从而导致金刚石锯片刀头的价格大大下跌。金刚石锯片刀头制造技术逐渐转为使用粒度较细强度较低的金刚石和以铁粉和铜为主体的铁铜基结合剂，从而取代价格昂贵，粗粒度，高强度金刚石和钴基结合剂，以求降低成本。

在金刚石工具使用过程中，尤其是大型的金刚石工具一般其使用的不锈钢基体是循环利用的，为保护钢基体不受损伤，一般约15～20％的刀具在使用后期就必须卸下弃用。此外各大金刚石工具生产商在生产金刚石工具的过程中都会生产出一定量的残次品。我国目前是世界上最大的金刚石工具生产及消费国，仅此每年就产生数以千吨废弃刀头。

如何综合回收处理废弃金刚石工具的问题就摆在了我们面前，目前国内对废弃金刚石工具的处理都逐渐走向综合利用，但收回工艺还存在不足，金属回收率不高，有环境污染，有的甚至仅限于回收其中不溶于酸的金刚石及碳化钨颗粒，对剩余含有金属离子的母液直接排放，严重污染环境，造成有色金属资源的极大浪费。随着有色金属价格的逐渐提高，回收其中的各种金属不仅具有社会效益也具有更为现实的经济效益。

发明内容

本发明目的是提出一种废弃金刚石工具综合回收利用的方法，采用该方法回收的金刚石、碳化钨颗粒及制备的超细金属预合金粉末继续可用作金刚石工具生产的原料。

实现本发明技术方案为：废弃金刚石工具在盐酸及氧化剂氯酸钠作用下溶解，不溶物为分离出金刚石、碳化钨，浸出液加沉淀剂得到金属沉淀物前驱体，金属沉淀物前驱体经干燥还原成金属预合金粉末。

一种废弃金刚石工具综合回收利用的方法，其特征步骤如下。

（1）按质量分数配制成盐酸浓度为25～36％、氯酸钠浓度为35～45％作为浸出液。

（2）按照废弃金刚石工具与步骤（1）中的盐酸、氯酸钠浸出液的质量比为1:2.4～3.5: 1.2～1.5，将盐酸及氯酸钠浸出液加入洗净的废弃金刚石工具中，在密闭环境下室温溶解，反应过程中通过外循环泵进行定时循环。

（3）当步骤（2）中的循环液pH≧1时，先通过50目筛网过滤出未溶废金刚石工具细屑，未溶废金刚石工具细屑返回步骤（2），其余再进入真空过滤机过滤，分离浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石和碳化钨。

（4）将步骤（3）中的固体颗粒用去离子水洗涤，去除固体颗粒表面吸附的金属离子及氯离子，直至洗涤滤出液的pH值为7；在洗涤后的固体颗粒中，按质量比加入1:20的去离子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮选法分离出金刚石；对剩余颗粒过滤后置于温度80～120℃的电热干燥箱中，干燥2～3小时，回收碳化钨粉末。

（5）用5%碳酸钠水溶液调整步骤（3）中的浸出液的pH值至4～5。

（6）把步骤（5）中的调整后的浸出液与质量分数为10～18%的碳酸钠或碳酸氢钠沉淀剂溶液同时加入到反应釜中，其中，所加入的金属离子摩尔数与所加沉淀剂的摩尔数在整个过程中的比值为1:0.98～1.05，保持恒定并持续搅拌，其反应温度为30-80℃、pH值控制在6.0～8.5，加料完成后继续搅拌30～60分钟，停止搅拌后在反应温度下继续陈化2～4小时，生成沉淀物前驱体。

（7）用真空压滤机把步骤（6）中所得的沉淀物前驱体进行固液分离，用去离子水进行多次洗涤，直至洗涤滤基本无氯离子，流出液的pH值为7，干燥。

（8）使用金属粉末氢气还原炉把步骤（7）中干燥后的沉淀物前驱体以氢气或氨分解气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度400～700℃，还原时间3～6小时，气流量2～5m³／h。

（9）把步骤（8）中得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装即可得到用于金刚石工具生产的超细金属预合金粉末，此预合金粉末激光粒度D50为5～20um，松装比重为1～1.6g／cm³，氧含量<0.8％。

本发明步骤（1）、（2）所述的氯酸钠浸出液，也可以是用其它氯酸盐配制。

本发明步骤（7）所述的干燥，可以采用闪蒸干燥机或电热干燥箱，工业生产中最好使用闪蒸干燥机。

本发明与现有技术相比有较好的效果是，通过酸浸—化学共沉淀—还原工艺对废弃金刚石工具进行综合处理，达到资源全面回收利用的目的。首先通过密闭酸浸工艺，把各种有色金属浸出到母液当中，无有毒气体逸出。过滤得到金刚石及碳化钨颗粒。通过添加煤油浮选分离出金刚石和碳化钨，金刚石、碳化钨有价物质的综合回收率大于99%。对于浸出母液在合适的温度、pH值等条件下直接用沉淀剂进行化学共沉淀，确保金属的回收率在98%以上，经过滤、洗涤工艺除去氯离子，沉淀产物经干燥后氢还原，最终得到超细预合金粉末。

本发明具有工艺简单、密闭、无污染，成本低等特点，适应于工业化规模生产。

附图说明

图1为本发明采用的技术路线图。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

按质量分数为36％盐酸溶液12L和浓度为35％氯酸钠溶液7.5L作为浸出液，将用自来水加少量洗衣粉浸泡50min并洗净的废弃金刚石工具5Kg装入反应器中，加入浸出液，在室温下通过外循环泵循环反应直至pH≧1，先通过50目筛网以除去少量未溶废工具细屑（该部分返回到浸出步骤），再进入真空过滤，分离浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石和碳化钨；将固体用去离子水洗涤直至滤出液的pH值约为7；把洗涤后的固体颗粒按质量比加入1:20的去离子水和45mL的煤油，用浮选法分离出金刚石；对剩余颗粒置于电热干燥箱中干燥，干燥温度105℃，干燥时间3 h；回收碳化钨粉末；测出浸出液中金属离子的总浓度，用5%碳酸钠水溶液调整浸出液的pH值至5；将调整后的浸出液与浓度为18%碳酸钠溶液45L按一定流量比同时加入到反应釜中，保持恒定并持续搅拌，控制反应温度为70℃、反应pH值最终控制在8.0，加料完成后继续搅拌40min，停止搅拌后在反应温度下继续陈化4 h，生成沉淀物前驱体；用真空过滤进行固液分离，用去离子水进行多次洗涤，直至洗涤滤液基本无氯离子，pH值约为7，洗涤干净后用电热干燥箱干燥；将干燥后的沉淀物前驱体100g放入管式炉中以氢气还原成超细金属预合金粉末，还原温度650℃，还原时间4 h，气流量200mL／min；得到的超细金属预合金粉末经过粉碎、筛分，得到可用于金刚石工具生产的超细金属预合金粉末，经分析：粒度D50为16.5um，松装比重为1.38g／cm³，氧含量<0.7％。

实施例2。

按质量分数为25％盐酸溶液17.5L和浓度为45％氯酸钠溶液6L作为浸出液，将用自来水加少量洗衣粉浸泡45min并洗净的废弃金刚石工具5Kg装入反应器中，加入浸出液，在室温下通过外循环泵循环反应直至pH≧1，先通过50目筛网以除去少量未溶废工具细屑（该部分返回到浸出步骤），再进入真空过滤，分离浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石和碳化钨；将固体用去离子水洗涤直至滤出液的pH值约为7；把洗涤后的固体颗粒按质量比加入1:20的去离子水和45mL的煤油，用浮选法分离出金刚石；对剩余颗粒置于电热干燥箱中干燥，干燥温度110℃，干燥时间2.5 h；回收碳化钨粉末；测出浸出液中金属离子的总浓度，用5%碳酸钠水溶液调整浸出液的pH值至约为4；将调整后的浸出液与浓度为15%碳酸钠溶液54L按一定流量比同时加入到反应釜中，保持恒定并持续搅拌，控制反应温度为70℃、反应pH值最终控制在7.5，加料完成后继续搅拌45min，停止搅拌后在反应温度下继续陈化4 h，生成沉淀物前驱体；用真空过滤进行固液分离，用去离子水进行多次洗涤，直至洗涤滤液基本无氯离子，pH值约为7，洗涤干净后用电热干燥箱干燥；将干燥后的沉淀物前驱体100g放入管式炉中以氢气还原成超细金属预合金粉末，还原温度650℃，还原时间4 h，气流量200mL／min；得到的超细金属预合金粉末经过粉碎、筛分，得到可用于金刚石工具生产的超细金属预合金粉末，经分析：粒度D50为18.5um，松装比重为1.52g／cm³，氧含量<0.68％。

以上所述的实施例，只是本发明的几个小试典型的具体实施方案，本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出中试和工业生产，并能作出权利要求范围内的任何修改。

Claims

1.一种废弃金刚石工具回收利用的方法，其特征是按以下步骤：

（1）按质量分数配制成盐酸浓度为25～36％、氯酸钠浓度为35～45％作为浸出液；

（2）按照废弃金刚石工具与步骤（1）中的盐酸、氯酸钠浸出液的质量比为1:2.4～3.5: 1.2～1.5，将盐酸及氯酸钠浸出液加入洗净的废弃金刚石工具中，在密闭环境下室温溶解，反应过程中通过外循环泵进行定时循环；

（3）当步骤（2）中的循环液pH≧1时，先通过50目筛网过滤出未溶废金刚石工具细屑，未溶废金刚石工具细屑返回步骤（2），其余再进入真空过滤机过滤，分离浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石和碳化钨；

（4）将步骤（3）中的固体颗粒用去离子水洗涤，去除固体颗粒表面吸附的金属离子及氯离子，直至洗涤滤出液的pH值为7；在洗涤后的固体颗粒中，按质量比加入1:20的去离子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮选法分离出金刚石；对剩余颗粒过滤后置于温度80～120℃的电热干燥箱中，干燥2～3小时，回收碳化钨粉末；

（5）用5%碳酸钠水溶液调整步骤（3）中的浸出液的pH值至4～5；

（6）把步骤（5）中的调整后的浸出液与质量分数为10～18%的碳酸钠或碳酸氢钠沉淀剂溶液同时加入到反应釜中，其中，所加入的金属离子摩尔数与所加沉淀剂的摩尔数在整个过程中的比值为1:0.98～1.05，保持恒定并持续搅拌，其反应温度为30-80℃、pH值控制在6.0～8.5，加料完成后继续搅拌30～60分钟，停止搅拌后在反应温度下继续陈化2～4小时，生成沉淀物前驱体；

（7）用真空压滤机把步骤（6）中所得的沉淀物前驱体进行固液分离，用去离子水进行多次洗涤，直至洗涤滤基本无氯离子，流出液的pH值为7，干燥；

（8）使用金属粉末氢气还原炉把步骤（7）中干燥后的沉淀物前驱体以氢气或氨分解气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度400～700℃，还原时间3～6小时，气流量2～5m³／h；

（9）把步骤（8）中得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装。