金剛石合成棒中有金剛砂石、剩余石墨、催化荊金屬及葉蠟石雜質(zhì)。要獲得純凈金剛石需將這些混合物去除。金剛石提純是去除合成棒中混雜的催化劑金屬、葉蠟石等雜質(zhì)的過(guò)程。分選是將提純的金剛石進(jìn)行篩分、選形與磁選,劃分出不同粒度、形狀和性能的品種的過(guò)程。
清除催化劑金屬。
王水處理。
I.原料。化學(xué)純鹽酸(密度1. 19g/cni3 )、化學(xué)純硝酸(密度1. 40g/em' ),按鹽酸,硝酸二3=1的體積比例配成王水。
I.反應(yīng)原理。加熱時(shí)反應(yīng)速度加快,對(duì)鎳鉻鐵合金,其化學(xué)反應(yīng)如下:
3Ni+2 HNO3十611CI一3 NiCI2十2NO十4H20
Cr+HNO3+3 H C!一CrCI3+NO+2H20
Fe+ HNO3十3HCl一FeCl3 +NO十2H20
III.方法步驟。
將合成棒搗碎,除去大塊葉蠟石,投入到耐酸容器中。王水分次加人,加熱至沸騰,關(guān)小火,保待沸騰時(shí)間為8- 10h當(dāng)反應(yīng)溶液呈綠色,表示反應(yīng)已停止。冷卻后倒人清水反復(fù)清洗、沉淀。處理完畢后,將物料烘十。
電解處理。
I.原料。硫酸鎳NiSO4,工業(yè)純200g/L;硫酸鎂MgSO4,化學(xué)純150g/L;硫酸亞鐵FeSO4,化學(xué)純150g/L;氯化鈉NaCI,化學(xué)純2-3g/L;硼酸H21303,化學(xué)純5g/L。
II.電解工藝參數(shù)。
電解壓:6-8V.
電解溫度:50-60C
pH值:5一6。
電流密度;開始3A/cm2;終止,1.3A/cm2。
陽(yáng)、陰極I EIJ距:30---40mm
III.反應(yīng)原理。以Ni為例說(shuō)明原理,其他過(guò)渡族金屬與此類似。
NiSO4一NI2++so24-
H2SO4一2HT+SO24-
H2O一H++OH-
Ni2+跑到陰極電解板上,生成Nio溶液中的水分解成H+和0H-, H+又和so24-生成H2SO4,并與陽(yáng)極試棒中的Ni2+繼續(xù)生成NiSO4,NiSO4再分解析出Ni,依次循環(huán),最終使陽(yáng)極的Ni都經(jīng)電解液遷移到陰極,達(dá)到清除試棒中金屬元素的目的。
IV.方法步驟。電解裝置陰極用不銹鋼板制成,陽(yáng)極由多孔材料制成。先將合成棒搗碎,倒入電解籃中壓實(shí),然后將配制好的電解液倒入電解槽中,調(diào)節(jié)pH值到5-6,再將陰極板和電解籃放人電解液中進(jìn)行電解。
電解時(shí)注意:電解3-4h應(yīng)將料壓實(shí)一下,電解液蒸發(fā)后添到原有高度,每隔3h清除一下陰極板下的Ni,并把它集中起來(lái)。電解3天后取出電解籃中的金剛砂石,然后重新裝料進(jìn)行電解。電解液使用一次后,應(yīng)進(jìn)行沉淀、過(guò)濾、索新調(diào)整pH值。
清除石墨。
a.碳酸鈉處理。
1.原料。化學(xué)純碳酸鈉。碳酸鈉與除完金屬后的混合物質(zhì)量比為5:1。
II.原理。碳酸鈉加熱到500℃左右,對(duì)石墨有一定的氧化作用,用這種方法可以清除70%-80%的石墨。
III.方法步驟。先將碳酸鈉和經(jīng)王水處理過(guò)的金剛石一石墨混合物混合均勻,倒入鎳坩堝中,然后將其置于電爐內(nèi)加熱。在(500士10)℃保溫2h,在保溫過(guò)程中,甸隔半小時(shí)將坩堝取出攪拌一次,使反應(yīng)均勻。保溫一定時(shí)間后,取出坩堝,將料倒入容器中,加適量鹽與酸中和,靜置20---30min后,加水清洗、沉淀,每隔一定時(shí)間換一次水,至水清為止。沉淀物烘干后即可用高氯酸處理。
b.高氯酸處理。
I.原料。工業(yè)純高氯酸與金剛石混合物比例為1:100。
II.原理。高氧酸是一種強(qiáng)氧化劑,加熱后,能使石墨緩慢地全部氧化。
III.方法步驟。將r_道工序處理剩余物置于容器中,倒人高氯酸,高氯酸分次加入,然后緩慢加熱。溶液開始反應(yīng)時(shí)冒白煙,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,溶液顏色由白色變?yōu)榫G色,進(jìn)而變?yōu)樽厣詈笞優(yōu)樽丶t色的次氯酸酐。石墨全部反應(yīng)完畢,冷卻后用清水把粘在容器上的反應(yīng)物沖人容器內(nèi),靜置lh,倒出廢液,再加清水清洗沉淀至水清為止。然后烘干,把大塊葉蠟石挑出,即可進(jìn)行下道工序。
清除葉蠟石。
a.原料。化學(xué)純氫氧化鈉與合成料的質(zhì)量比為(1:3)一((1:4)。
b,原理。葉蠟石是一種組成為Al2[Si4O10] [OH]2層狀硅鋁酸鹽,加熱后氫氧化鈉與葉蠟石反應(yīng)生成硅酸鈉和偏鋁酸鈉等易溶于水的物質(zhì)。
反應(yīng)方程式為
Al2O3·4SiO2·H2O+IONaOH一2NaAlO:+4Na2SiO3+6H2O
c.方法步驟。把金剛砂石料倒人不銹鋼甜揭中,再將適量的NaOH覆蓋在上面,置于爐中加熱到(650士20)0C,保溫lh左右使葉蠟石小塊全部熔融為止。當(dāng)爐溫冷卻到40-50℃時(shí)取出,倒人溫水加熱,使生成物全部溶解,然后倒人燒杯中,加滿水靜置2h,倒廢液,再倒入清水,靜置30min,倒出廢液,再加開水并加5%稀鹽酸中和,攪拌5-
10min,靜置2h,倒出廢液,用水洗5---6次,每次靜置lh左右。干燥后的金剛石進(jìn)人粒!分選。
上述操作過(guò)程,應(yīng)隨時(shí)注意觀察,不得使溶液溢出容器外,或溶液蒸于發(fā)生爆炸或燒,同時(shí)應(yīng)防止與有機(jī)物接觸,嚴(yán)防強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑傷人。高氯酸處理時(shí)產(chǎn)生的毒對(duì)環(huán)境污染很大,應(yīng)采取適當(dāng)措施處理,并注意防火通風(fēng)。
金剛石粒度分選和檢測(cè)。經(jīng)過(guò)提純后的I, ii}zka-j,必須進(jìn)行粒度分選,金剛石磨料產(chǎn)品分為磨粒和磨粉兩部分。磨粒粒度分為12個(gè)粒度級(jí):40/50、50/60、60/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325及325/400。磨粉又稱微粉,分為12個(gè)粒度級(jí):W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1.0及WO.5。
a.金剛石粒度分選。采用篩分法進(jìn)行,粒度范圍是36#--320#。
篩分時(shí),粒度由細(xì)號(hào)到粗號(hào),使用的是標(biāo)準(zhǔn)篩分網(wǎng),按其型號(hào)分為三組:
第一組220# 240# 280# 320#
第二組100# 120# 150# 180#
第三組36# 46# 60# 80#
篩分的方法是每次投料100g,將220#篩上物投入第二組篩網(wǎng),將比100#粗的投入第三組,篩分時(shí)間為5-10min,篩分后,按各種粒度分別收集起來(lái)稱奄,最后注明粒度號(hào)質(zhì)量和生產(chǎn)日期,待檢查后包裝入庫(kù)。果殼活性炭
b.金剛石粒度檢測(cè)。金剛石磨料粒度采川篩分法進(jìn)行檢測(cè),粒度由細(xì)號(hào)到粗號(hào),使用的是標(biāo)準(zhǔn)篩分網(wǎng)。
粒度40/50-325/400用篩分檢查:W40--W0.5用顯微鏡法檢測(cè)。篩分在200拍擊式振篩機(jī)上進(jìn)行。轉(zhuǎn)速290r/min,拍擊次數(shù)156次/min,拍擊高度(38士6)mm,網(wǎng)孔尺寸6001im的檢查篩應(yīng)使用金屬絲篩網(wǎng),其技術(shù)要求應(yīng)符合ISO2591和ISO3310/1的規(guī)定。
455-41um的檢查篩組應(yīng)使用直徑200mm或75min,高25mm的電成形篩。按被檢粒度選取所需檢查篩,把稱取的試樣投人最上層篩中。經(jīng)篩分后,用天平稱取篩上物和篩下物時(shí),如果各個(gè)結(jié)果的總量少于原質(zhì)量的99%,應(yīng)用新試樣重檢。