CN109055977A - 一种用于金刚石电解提纯的电解液 - Google Patents

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文炯
刘永奇
郭留希
杨晋中
刘创勋
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Abstract

本发明属于金刚石提纯技术领域，具体涉及一种用于金刚石电解提纯的电解液，所述的金刚石电解提纯的电解液中1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25‑150份、氯化铵25‑200份、硼酸25‑200份，铁34.3‑36.3份、镍51.5‑53.5份、钴0.1‑0.3份、锰0.1‑0.3份、铜0.2‑0.4份。本发明成本低，高效，环保。

Description

一种用于金刚石电解提纯的电解液
技术领域
本发明属于金刚石提纯技术领域，具体涉及一种用于金刚石电解提纯的电解液。
背景技术
由高温高压法制得的人造金刚石中会有合成块，合成块内包埋残留的石墨、触媒金属和少量的叶腊石等，为了保证人造金刚石的品质，需要消除合成块，常用的消除合成块方法有机械破碎，但是合成块坚硬难碎，破碎金刚石难度大且设备易磨损，生产效率低下，产出的金刚石质量差，消除合成块方法还有“王水法”，是使用浓硫酸、高氯酸以及氢氟酸将合成块溶出，但是该方法不仅工序复杂、物耗高、劳动强度大、成本高，而且产生大量的有害酸性气体、含酸废水和含大量铁镍等的固体废弃物，对环境污染严重。消除合成块方法还有电解法，该方法是通过将合成柱破碎成碎块后再进行电解，将合成块内的触媒金属氧化成金属离子后溶入电解液中，然后在阴极上还原回收，由于触媒金属从合成块内被提取，坚硬致密的合成块因此变得酥松，金刚石能从其中顺利提取，并且从阴极还原回收的金属镍、铁经济价值较大，因此得到广泛应用，但是市场上提纯电解液，一种是硫酸镍体系的电解液，另一种是盐酸体系的电解液，硫酸镍体系电解周期长，一般5-8天，价格昂贵，约10000元/吨，不利于企业的高效经济生产，盐酸体系电解液因盐酸挥发严重，需要定期补充母液组分，并且环境污染严重，因此现有技术需要进一步的改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低，高效，环保的用于金刚石电解提纯的电解液。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种用于金刚石电解提纯的电解液，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25-150份、氯化铵25-200份、硼酸25-200份，铁34.3-36.3份、镍51.5-53.5份、钴0.1-0.3份、锰0.1-0.3份、铜0.2-0.4份。
进一步的，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25份、氯化铵25份、硼酸25份，铁34.3份、镍51.5份、钴0.1份、锰0.1份、铜0.2份。
进一步的，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸87.5份、氯化铵112.5份、硼酸112.5份，铁35.3份、镍52.5份、钴0.2份、锰0.2份、铜0.3份。
进一步的，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸150份、氯化铵200份、硼酸200份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
进一步的，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸40份、氯化铵30份、硼酸60份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
本发明中的柠檬酸是Ni2+和Fe2+的络合剂，同时柠檬酸还能防止Fe2+氧化成Fe3+；使电解液的排杂质能力加强，稳定电解液的pH值，其中,氯化铵在电解液中有良好的导电能力，又能与Fe、Ni离子形成较稳定的络合物，该络合物在酸性环境中能防止Fe、Ni离子被氧化分解，在碱性环境中能防止Fe、Ni离子水解成氢氧化物而沉淀，使电解液维持在一个稳定的工作状态，电解液中还使用硼酸，硼酸能在水溶液中释放H+补充析氢消耗的H+，维持溶液的pH值稳定，是电解液的缓冲剂，此外，硼酸还具有电沉积还原Fe、Ni的催化剂的作用。
附图说明
图1为柠檬酸质量浓度对阴极增重的影响；
图2为氯化铵质量浓度对阴极增重的影响；
图3为硼酸质量浓度对阴极增重的影响；
图4为提纯前金刚石中合成块的颗粒形貌图；
图5为提纯后金刚石中合成块的颗粒形貌图。
具体实施方式
实施例1：
一种用于金刚石电解提纯的电解液，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25份、氯化铵25份、硼酸25份，铁34.3份、镍51.5份、钴0.1份、锰0.1份、铜0.2份。
实施例2
一种用于金刚石电解提纯的电解液，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸87.5份、氯化铵112.5份、硼酸112.5份，铁35.3份、镍52.5份、钴0.2份、锰0.2份、铜0.3份。
实施例3
一种用于金刚石电解提纯的电解液，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸150份、氯化铵200份、硼酸200份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
实施例4
一种用于金刚石电解提纯的电解液，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸40份、氯化铵30份、硼酸60份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
试验例1
金刚石合成块来自郑州某公司，每次试验称取20g破碎后的金刚石块，装入布袋中作为阳极，布袋材料为100%的涤纶，阳极电极是石墨片，阴极电极是20mm×100mm×2 mm的钛板。使用本发明所制得的电解液，电解条件为室温，电压为12V，每次试验用实施例3中的配比制得的电解液体积为500mL，其中1份为1g计量，使用直流稳压电源电解。电解前后使用精度1mg的电子天平称量阴极重量，计算阴极增重。
将电解质中的柠檬酸的质量浓度作为变量，对电解过程中阴极的重量进行检测，结果如下图1所示，由图1可得，在20g/L之前，柠檬酸对阴极增重起着积极的作用，这是由于柠檬酸与硼酸一起作为缓冲剂，能够稳定溶液的pH值，并且提高溶液的分散性，同时柠檬酸也提高了阴极的沉积速率，因此阴极增重上升。当柠檬酸的质量浓度进一步增加后，柠檬酸根会与Ni2+、Fe2+形成可溶性的络合物，降低了溶液中自由的Ni2+、Fe2+浓度，使析氢副反应加剧，降低了电解效率。由上可得，柠檬酸在20g/L时阴极能获得较佳的电沉积效率。
试验例2
金刚石合成块来自郑州某公司，每次试验称取20g破碎后的金刚石块，装入布袋中作为阳极，布袋材料为100%的涤纶，阳极电极是石墨片，阴极电极是20mm×100mm×2 mm的钛板。使用本发明所制得的电解液，电解条件为室温，电压为12V，每次试验用实施例3中的配比制得的电解液体积为500mL，其中1份为1g计量，使用直流稳压电源电解。电解前后使用精度1mg的电子天平称量阴极重量，计算阴极增重。
将电解质中的氯化铵的质量浓度作为变量，对电解过程中阴极的重量进行检测，结果如下图2所示，在氯化铵质量浓度为5g/L时，阴极增重只有2.3g，这是由于氯化铵的浓度太低，溶液分散性不好，导致沉积速度较慢。随着氯化铵浓度升高，溶液分散性不断好转，阴极增重不断提高。质量浓度为15g/L时阴极增重达到最大，约3.5g。当氯化铵的浓度继续增加时，由于NH4+对Ni2+、Fe2+的络合作用过于强烈，抑制了Ni2+、Fe2+在阴极的放电，导致阴极增重减小，氯化铵质量浓度达到35g/L时阴极增重减到最小。随着氯化铵质量浓度进一步增加到40g/L，阴极增重又有所提高。因此，氯化铵的适宜浓度为15g/L。
试验例3
金刚石合成块来自郑州某公司，每次试验称取20g破碎后的金刚石块，装入布袋中作为阳极，布袋材料为100%的涤纶，阳极电极是石墨片，阴极电极是20mm×100mm×2 mm的钛板。使用本发明所制得的电解液，电解条件为室温，电压为12V，每次试验用实施例3中的配比制得的电解液体积为500mL，其中1份为1g计量，使用直流稳压电源电解。电解前后使用精度1mg的电子天平称量阴极重量，计算阴极增重。
将电解质中的硼酸的质量浓度作为变量，对电解过程中阴极的重量进行检测，结果如下图3所示，由图3可得，当硼酸的质量浓度低于20g/L时，缓冲作用较弱，溶液失效较快，电解时Ni2+、Fe2+离子沉积底部现象较明显，阴极增重相对较少。当硼酸的浓度大于20g/L时，硼酸的缓冲作用较明显，阴极增重不断增加，到30g/L时达到最大，阴极增重最大。所以硼酸的浓度应该恰当控制，含量过低，缓冲作用太弱，pH值不稳定；过高，则因四硼酸的强束缚作用导致电解效果下降。由上述可知，硼酸的适宜浓度用量为30g/L。
试验例4：
将合成块破碎，放入本发明的最佳配比电解液中，电解合成块后，合成块变得较酥松，适当搓揉，再经水洗就可获得金刚石产品。图4使用基恩士VHX-2000体式显微镜观察提纯前金刚石中合成块的颗粒形貌图，图5使用基恩士VHX-2000体式显微镜观察提纯后金刚石中合成块的颗粒形貌图，如图5所示，提纯后的金刚石表面光洁、基本没有石墨与触媒金属等杂质，晶型完整，无结构缺失，能高效提纯金刚石，并且本发明的电解液，经过3-5天的电解便可获得良好效果，且阴极金属回收率高达92%以上。

Claims (5)

1.一种用于金刚石电解提纯的电解液，其特征在于，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25-150份、氯化铵25-200份、硼酸25-200份，铁34.3-36.3份、镍51.5-53.5份、钴0.1-0.3份、锰0.1-0.3份、铜0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的用于金刚石电解提纯的电解液，其特征在于，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸25份、氯化铵25份、硼酸25份，铁34.3份、镍51.5份、钴0.1份、锰0.1份、铜0.2份。
3.根据权利要求1所述的用于金刚石电解提纯的电解液，其特征在于，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸87.5份、氯化铵112.5份、硼酸112.5份，铁35.3份、镍52.5份、钴0.2份、锰0.2份、铜0.3份。
4.根据权利要求1所述的用于金刚石电解提纯的电解液，其特征在于，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸150份、氯化铵200份、硼酸200份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
5.根据权利要求1所述的用于金刚石电解提纯的电解液，其特征在于，1L电解液由以下重量份数的原料制成：柠檬酸40份、氯化铵30份、硼酸60份，铁36.3份、镍53.5份、钴0.3份、锰0.3份、铜0.4份。
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