CN107601498B

CN107601498B - 一种金刚石微粉的纯化方法

Info

Publication number: CN107601498B
Application number: CN201711050165.XA
Authority: CN
Inventors: 杨华; 黄家剑; 陈惠�
Original assignee: Shenzhen Haimingrun Superhard Materials Co ltd
Current assignee: Shenzhen Haimingrun Superhard Materials Co ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: CN107601498A

Abstract

本发明公开了一种金刚石微粉的纯化方法，其中，包括步骤：将待纯化的金刚石微粉置于酸溶液中，密封并在80~220℃下动态处理，取固体、干燥，得到酸处理金刚石微粉；将酸处理金刚石微粉进行氯化焙烧，得到纯化的金刚石微粉。本发明解决了现有技术中金刚石微粉中的杂质无法有效去除的问题。

Description

一种金刚石微粉的纯化方法

技术领域

本发明涉及金刚石复合片领域，尤其涉及一种金刚石微粉的纯化方法。

背景技术

金刚石复合片是由金刚石微粉和硬质合金基体在超高温、高压条件下烧结而成。金刚石复合片的优异性能是因为金刚石微粉在高温高压条件下形成了D-D键，D-D键形成的好坏、多少直接决定了金刚石复合片的最终性能，而有效隔绝外界的杂质进入金刚石粉体能明显提高产品金刚石复合片的性能及稳定性，但这种方法只是控制了增量杂质的影响，而无法消除存量杂质对产品性能带来的影响，因此，去除金刚石微粉中的杂质变的尤为重要。但是金刚石复合片用的微粉粒径大多在2~20微米之间，过小的粒径和较大的比表面积使金刚石微粉杂质去除变的十分困难，甚至由于二次污染造成杂质不减反增的情况，原料中Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Al、Ca、Mg、Si等杂质元素含量高居不下，破坏了金刚石颗粒间D-D键的形成，最终降低了产品金刚石复合片的性能。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金刚石微粉的纯化方法，旨在解决现有技术中金刚石微粉中的杂质无法有效去除的问题。

本发明的技术方案如下：

一种金刚石微粉的纯化方法，其中，包括步骤：

将待纯化的金刚石微粉置于酸溶液中，密封并在80~220℃下动态处理，取固体、干燥，得到酸处理金刚石微粉；

将酸处理金刚石微粉进行氯化焙烧，得到纯化的金刚石微粉。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述待纯化的金刚石粒度为2~25微米。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述酸溶液为盐酸、硝酸和氢氟酸的混合酸。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述酸溶液中，盐酸浓度为1.0~5.0mol/L，硝酸浓度为0.5~2.0mol/L，氢氟酸浓度为2.0~5.0mol/L。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述待纯化的金刚石微粉的质量（g）与酸溶液体积（mL）比为0.2:1~0.4:1。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述酸溶液中，盐酸浓度为1.5mol/L，硝酸浓度为0.5mol/L，氢氟酸浓度为3.0mol/L。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述氯化焙烧采用高纯氯化氢气体或氯气气体。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述氯化焙烧温度为700~1000℃。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，所述动态处理时间为1~24h。

所述的金刚石微粉的纯化方法，其中，预先将酸溶液置于反应釜中，所述动态处理采用釜体翻转的方式进行。

有益效果：本发明通过在高温动态条件下对金刚石微粉进行酸浸处理，将附着在金刚石微粉表面的杂质基本去除，同时将酸处理后的金刚石微粉进行氯化烧结处理，可去除金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质，进一步提纯化金刚石微粉，解决了现有技术中金刚石微粉中的杂质无法有效去除的问题。

附图说明

图1为本发明所述金刚石微粉的纯化方法较佳实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种金刚石微粉的纯化方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所述的金刚石微粉的纯化方法，包括步骤：

S1、将待纯化的金刚石微粉置于酸溶液中，密封并在80~220℃下动态处理，取固体、干燥，得到酸处理金刚石微粉；

S2、将酸处理金刚石微粉进行氯化焙烧，得到纯化的金刚石微粉。

本发明通过将金刚石微粉置于酸溶液中，并在密封条件下进行80~220℃的高温动态处理，高温及动态作用，能够增加酸溶液对杂质的浸润效果，加快酸与杂质的反应，有效去除金刚石微粉表面附着的杂质，取固体用去离子水清洗并干燥后即得到酸处理后的金刚石微粉，然后将酸处理金刚石微粉进行氯化焙烧，去除金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质，最终获得高度纯化的金刚石微粉。

所述步骤S1中，将待纯化的金刚石微粉置于酸溶液中并在密封条件下进行80~220℃的高温动态处理1~24h，处理温度过低反应活性低、反应太慢、耗时长，温度过高能效果提高不够明显，对设备和操作人员要求却十分高，不利于工艺实现；而密封条件保证酸溶液不会随着反应的进行而大量蒸发影响动态酸浸处理的继续进行，而且形成15~25个标准大气压的高压环境，能够彻底地让酸溶液浸入到金刚石微粉表面及内部间隙，与杂质发生反应进而将其去除。

具体地，所述酸溶液为盐酸、硝酸和氢氟酸的混合酸，所述盐酸、硝酸和氢氟酸均为电子级，且总杂质含量低于5ppm，所述混合酸能够很好地与金刚石微粉表面的杂质反应并将其去除。

更具体地，所述酸溶液中，盐酸浓度为1.0~5.0mol/L，硝酸浓度为0.5~2.0mol/L，氢氟酸浓度为2.0~5.0mol/L，且总酸质量浓度：10~60%，上述配比下的酸溶液对金刚石微粉上的杂质去除效果尤佳。

进一步地，所述酸溶液中，所述盐酸浓度为1.5mol/L，硝酸浓度为0.5mol/L，氢氟酸浓度为3.0mol/L，总酸质量浓度为50%，同时在温度为180℃密闭条件下进行动态处理。

较佳地，所述的金刚石微粉的纯化方法中，所述待纯化的金刚石微粉的质量（g）与酸溶液体积（mL）比为0.2:1~0.4:1，酸溶液能够很好地将金刚石微粉浸透。

具体地，所述动态处理可以普通的搅拌处理如搅拌棒搅拌或磁力搅拌，尤佳地，是预先将酸溶液置于反应釜中，然后在加入金刚石微粉后采用釜体翻转的方式达到动态处理的效果，其中翻转频率为1~60转/min，时间大于5h；较佳地，釜体翻转搅拌频率为10转/min，时间为24h。

所述反应釜使用钢体内衬四氟乙烯（或内喷涂四氟乙烯）材料的反应釜，固液比控制在30%左右，装料体积（微粉和酸）不超过釜内体积的60%，通过釜体的翻转，金刚石微粉在酸液中上下自由沉降起到自身搅拌的作用，而不会因摩擦引进任何污染，金刚石微粉在反复沉降相互摩擦过程中，有利于微粉的球化率提高。

作为前提，所述待纯化的金刚石粒度控制为2~25微米，以便于酸浸处理中酸液的浸入、以及氯化焙烧过程中焙烧气体的接触。

较佳地，所述取固体过程采用压滤方式进行，去除粉体中的酸液，并用去离子水进行多次淋洗，压滤容器选用不锈钢压滤罐，所有内部能接触到溶液的部分都需作喷涂四氟乙烯材料处理，过滤膜采用滤孔为0.5微米的PVDF薄膜，可多次使用。压滤时通入高纯氮气进行加压，压力不超过0.5MPa，在滤饼还未开裂时加入电阻率超过8MΩ·cm的去离子水淋洗，反复多次，直至压滤出来的水电阻率超过0.5MΩ·cm，以将反应后溶解在酸溶液中的金属离子等杂质去除干净。

具体地，所述步骤S2中，采用氯化氢气体或氯气气体进行氯化焙烧反应，且采用的氯化氢气体或氯气气体纯度均大于99.999%，经过氯化烧结能够将金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质去除，最终获得高度纯化的金刚石微粉。

所述氯化焙烧过程在立式石英管内进行，石英管由纯度超过99.999%的石英玻璃制成，使用前，内部用去离子水反复清洗干净，采用管外发热体进行加热。较佳地，所述氯化焙烧温度为700~1000℃，并且控制氯化焙烧气体（即纯度大于99.999%的氯化氢气体或氯气气体）流量3~10L/min，焙烧时间为1~5h。氯化焙烧温度过低达不到有效焙烧杂质的目的，温度过高造成微粉由金刚石相转化成石墨相；氯化焙烧气体流量过小不能充分与金刚石微粉接触以煅烧去除其内部杂质，而流量过大则容易造成氯化焙烧气体的浪费；在焙烧时间达到5h时，金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质以基本去除，经过上述氯化焙烧，即能得到进一步纯化的金刚石微粉。

更佳地，氯化焙烧过程中，温度为1000℃、氯化焙烧气体（即纯度大于99.999%的氯化氢气体或氯气气体）流量5L/min、焙烧时间为2h。

下面通过实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

称量1000g待纯化的金刚石微粉原料加入体积为6L的反应釜内，往釜内加入已经配好的混酸溶液（其中盐酸浓度为1.5mol/L，硝酸浓度为0.5mol/L，氢氟酸浓度为3.0mol/L）2.5L，盖上盖子密封好后置于外热式翻转架上，设定温度为180℃，翻转频率为顺时针10转/min，反应24小时结束。

高温动态酸浸处理完成后，待金刚石微粉沉降后倒出上层部分酸液，以防有不溶于酸的塑料颗粒浮在酸表面。加入足量的去离子水稀释，将金刚石微粉连同稀释的酸溶液一起倒入压滤罐内，密封罐口，打开通气阀门，通入高纯氮气，将酸液排出，待酸液排出流量变的较小后，停止通气，并排放罐内高压气体；打开压滤罐盖，沿着罐壁缓慢倒入3L去离子水，重新密封罐体，通入氮气进行压滤，如此反复清洗4次以上，直至滤液电阻率达到0.5MΩ·cm以上；待清洗压滤完后，将滤饼置于干净的烘箱内烘干，得到纯化后的金刚石微粉A。

实施例2

称量1000g待纯化的金刚石微粉原料加入高温氯化用的石英管内，接好通气与出气管道，升温至600℃，以5L/min的速率通入高纯氯化氢气体，尾气采用氢氧化钠溶液吸收，然后继续升温至1000℃，开始计时，氯化反应2小时后，关闭加热电源，停止通入氯化氢气体，切换成通入高纯氮气吹扫5分钟，去除金刚石微粉中的残余氯化氢气体，待冷却后将金刚石微粉取出，得到纯化后的金刚石微粉B。

实施例3

称量1000g金刚石微粉A加入高温氯化用的石英管内，接好通气与出气管道，升温至600℃，以5L/min的速率通入高纯氯化氢气体，尾气采用氢氧化钠溶液吸收，然后继续升温至1000℃，开始计时，氯化反应2小时后，关闭加热电源，停止通入氯化氢气体，切换成通入高纯氮气吹扫5分钟，去除金刚石微粉中的残余氯化氢气体，待冷却后将金刚石微粉取出，得到纯化后的金刚石微粉C。

对纯化后的金刚石微粉A、纯化后的金刚石微粉B、纯化后的金刚石微粉C以及金刚石微粉原料进行元素分析，结果如表1所示：

表1

单位：ppm

	Fe	Ni	Co	Mn	Mo	Cr	Al	Ca	Mg	Si	Total
												原料	138	36	2.3	5.5	0	3.2	8.1	9.0	2.4	2.8	207.3
A	0.9	0.8	0.5	0.3	0	0.3	1.1	0.2	0.4	1.1	5.6
												B	56	12	1.8	1.1	0	1.4	0.6	1.8	0.6	2.8	78.1
C	0.3	0.3	0.4	0.1	0	0.1	0.3	0.1	0.2	1.0	2.8

从表1可以看出，经实施例3中得到的纯化后的金刚石微粉C中的Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Al、Ca、Mg、Si等杂质元素的总含量仅为2.8 ppm，与金刚石微粉原料中相比的有了大幅下降，而且各杂质元素的含量比金刚石微粉A的杂质元素的含量及金刚石微粉B的杂质元素的含量也减小不少，也即说明本发明所述的经过高温动态酸处理结合氯化焙烧处理的纯化方法，能够去除金刚石微粉表面附着的杂质以及金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质，最终获得高度纯化的金刚石微粉。

综上所述，本发明提供了一种金刚石微粉的纯化方法，通过在高温动态调条件下对金刚石微粉进行酸浸处理，将附着在金刚石微粉表面的杂质基本去除，同时将酸处理后的金刚石微粉进行氯化烧结处理，可去除金刚石微粉缝隙、部分晶格及包裹体中的杂质，进一步提纯化金刚石微粉，解决了现有技术中金刚石微粉中的杂质无法有效去除的问题。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，包括步骤：

将待纯化的金刚石微粉置于酸溶液中，密封并在80～220℃下动态处理，取固体、干燥，得到酸处理金刚石微粉；

将酸处理金刚石微粉进行氯化焙烧，得到纯化的金刚石微粉；

预先将酸溶液置于反应釜中，所述动态处理采用釜体翻转的方式进行；金刚石微粉反复沉降相互摩擦；

所述取固体过程采用压滤方式进行，并用去离子水进行多次淋洗；

所述氯化焙烧过程在立式石英管内进行，采用管外发热体进行加热，所述氯化焙烧温度为700～1000℃。

2.根据权利要求1所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述待纯化的金刚石粒度为2～25微米。

3.根据权利要求1所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述酸溶液为盐酸、硝酸和氢氟酸的混合酸。

4.根据权利要求3所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述酸溶液中，盐酸浓度为1.0～5.0mol/L，硝酸浓度为0.5～2.0mol/L，氢氟酸浓度为2.0～5.0mol/L。

5.根据权利要求4所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述待纯化的金刚石微粉的质量g与酸溶液体积mL比为0.2:1～0.4:1。

6.根据权利要求3所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述酸溶液中，盐酸浓度为1.5mol/L，硝酸浓度为0.5mol/L，氢氟酸浓度为3.0mol/L。

7.根据权利要求1所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述氯化焙烧采用氯化氢气体或氯气气体。

8.根据权利要求1所述的金刚石微粉的纯化方法，其特征在于，所述动态处理时间为1～24h。