專利名稱：一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源綜合回收利用及超細(xì)金屬預(yù)合金粉體制備領(lǐng)域，特別涉及一種廢
棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法。
背景技術(shù)：
我國在"十一五"規(guī)劃中提出大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。對于 有色冶金行業(yè)，不管是從資源、能源、環(huán)境等各方面來說，都迫切的需要大力開發(fā)"二次資源"。
世界發(fā)達(dá)工業(yè)國家對"二次資源"的利用十分重視，再生資源已成為有色金屬的主 要原料，再生有色金屬工業(yè)已成為一個獨立產(chǎn)業(yè)。例如，2000年世界生產(chǎn)再生鋁及合金816 萬噸，占金屬鋁產(chǎn)量的33% ;1999年世界精鉛總量為621. 8力萬噸，其中再生鉛327. 3萬 噸，占精鉛總量的52.63%。美國是世界最大的再生鉛生產(chǎn)國，德國、法國、意大利日本和英 國的再生鉛的份額都在50%以上。在法國，銅產(chǎn)量的80%其原料是來自廢雜銅。
隨著我國有色金屬產(chǎn)量的持續(xù)快速增長，礦產(chǎn)原料短缺的矛盾日趨突出，所以應(yīng) 大力發(fā)展有色金屬資源的再生研究及回收工作。 金剛石是目前所發(fā)現(xiàn)的自然界中硬度最高的物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)鉆探以及硬脆 材料的切割、磨削及鉆孔等加工，如珠寶、石材、陶瓷、硬質(zhì)合金、半導(dǎo)體晶體、磁性材料等， 由于金剛石都是細(xì)小顆粒狀，一般需要使用胎體材料將其制成一定形狀且具有一定機械力 學(xué)性能的工具后才能得以使用。金剛石工具是以金剛石為磨料，以金屬粉末為胎體通過壓 制燒結(jié)等工藝制成的各種型號、規(guī)格的工具，以切割、鉆削、銑磨等方式廣泛應(yīng)用于石材、建 材、耐火材料、陶瓷、半導(dǎo)體等硬脆材料的加工，我國目前已經(jīng)是世界上最大的金剛石及金 剛石工具生產(chǎn)國，并且規(guī)模及市場份額還在逐年提高。 目前在世界的金剛石生產(chǎn)中傳統(tǒng)的單質(zhì)金屬粉末混合來作為胎體材料的方法已 經(jīng)不能滿足高性能金剛石工具的需要，目前胎體粉末正朝著超細(xì)化預(yù)合金化的方向發(fā)展， 采用超細(xì)預(yù)合金粉末作為胎體材料可有效降低工具的成分偏析，并可顯著的提高工具的切 割速度及使用壽命，是目前金剛石工具行業(yè)的發(fā)展方向。 在金剛石工具使用過程中，尤其是大型的金剛石工具一般其使用的不銹鋼基體是 循環(huán)利用的，為保護鋼基體不受損傷，一般約15 20%的刀具在使用后期就必須卸下棄 用。此外各大金剛石工具生產(chǎn)商在生產(chǎn)金剛石工具的過程中都會生產(chǎn)出一定量的殘次品。 我國目前是世界上最大的金剛石工具生產(chǎn)及消費國，僅此每年就產(chǎn)生數(shù)千噸廢棄刀頭。
如何綜合回收處理廢棄金剛石工具的問題就擺在了我們面前，目前國內(nèi)對廢棄金 剛石工具的處理僅限于回收其中不溶于酸的金剛石及碳化鎢顆粒，對剩余含有金屬離子的 母液直接排放，此舉不僅污染環(huán)境，也造成了有色金屬資源的極大浪費。隨著有色金屬價格 的逐漸提高，回收其中的各種金屬不僅具有社會效益也具有更為現(xiàn)實的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對國內(nèi)對廢棄金剛石工具的回收效率低，浪費大的問題，提供了一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)把濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸按體積濃度0 30%、30% 80%、20% 30%混 合并攪拌均勻，配制成混合酸溶液； (2)按照金剛石與混合酸的質(zhì)量比為1 : 8 1 : 15，把廢棄金剛石工具加入步
驟i所得的混合酸溶液中溶解，并按照去離子水與混合酸的體積比為i : o.5 i : i的比
例加入去離子水，在反應(yīng)過程中要連續(xù)攪拌并控制反應(yīng)溫度，攪拌速度為50 200r/min， 溶解溫度為40 80°C ; (3)采用陶瓷過濾機分離步驟2中的浸出液與固體顆粒，其中固體顆粒為金剛石 和碳化鎢； (4)對步驟4中的固體回收物用去離子水洗滌，去除固體顆粒表面吸附的金屬離 子及酸根離子，直至洗滌濾出液的pH值為7 ;把洗滌后的固體顆粒置于電熱干燥箱中干燥， 干燥溫度80 15(TC，干燥時間2 8小時；使用搖床分離出金剛石顆粒，對剩余顆粒采用 200目泰勒篩篩分，回收粒度小于200目的碳化鎢粉末； (5)采用原子吸收分光光度計測量步驟3中的浸出液中各種金屬離子的濃度，計 算出各種金屬所占的百分含量，并添加對應(yīng)的可溶性金屬鹽；添加去離子水來調(diào)整溶液的 濃度，溶液中的金屬離子濃度調(diào)整至O. 5 2mol/L ;采用氨水中和反應(yīng)過量的酸，最終調(diào)整 溶液的pH值至4 5 ; (6)采用草酸為沉淀劑配制濃度為0. 5 2mol/L的沉淀劑溶液，并通過加入氨水 溶液調(diào)整溶液的pH值到3 6 ; (7)把步驟5中的調(diào)整后的浸出液與步驟6中配制的沉淀劑溶液同時并流加入到 反應(yīng)釜中，其中，所加入的金屬離子摩爾數(shù)與所加入的沉淀劑摩爾數(shù)在整個過程中的比值 為l : l 1.5，保持恒定并持續(xù)攪拌，其反應(yīng)溫度為40 8(TC、反應(yīng)pH值控制在3 6， 加料完成后繼續(xù)攪拌30 60分鐘，卸料后陳化2 8小時，陳化溫度為40 80°C ，生成沉 淀物前驅(qū)體； (8)使用板框式壓濾機把步驟7中所得的沉淀物前驅(qū)體與反應(yīng)上清夜分離，并反 復(fù)通入去離子水洗滌其中殘余的金屬及酸根離子，直至洗滌濾出液的pH值為7，洗滌干凈 后采用振動流化床或真空回轉(zhuǎn)干燥機干燥，干燥溫度為80 15(TC，干燥時間2 8小時；
(9)使用金屬粉末氫氣還原爐把步驟8中干燥后的沉淀物前驅(qū)體以氫氣或氨分解 氣體還原成超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，還原溫度400 700°C ，還原時間3 6小時，氣流量2 5m3/h ; (10)把步驟9中得到的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末經(jīng)過破碎、篩分、合批、包裝即可得到 用于金剛石工具生產(chǎn)的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，此預(yù)合金粉末激光粒度D50為5 15ym，松 裝比重為1 1. 5g/cm3，氧含量〈0. 8%。 步驟5中所述可溶性金屬鹽包括硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物。 本發(fā)明的有益效果為通過酸浸_化學(xué)共沉淀_還原工藝對廢棄金剛石工具進行 綜合處理，達(dá)到資源化回收利用的目的。首先通過酸浸工藝，把各種有色金屬浸出到母液當(dāng) 中，通過過濾母液把不溶于酸的金剛石及碳化鎢顆粒回收。對于剩余母液測出其主要成分 后，根據(jù)要求可添加不同的可溶性金屬鹽，用來調(diào)整溶液組分，最后在合適的溫度、濃度、pH 值等條件下進行化學(xué)共沉淀，最大限度的保證高價值金屬的回收率，通過過濾、洗滌工藝除去酸根離子，沉淀產(chǎn)物經(jīng)干燥后氫還原最終得到超細(xì)預(yù)合金粉末。 本發(fā)明可最大限度的回收廢棄金剛石工具中的金剛石及碳化鎢顆粒，得到的金剛 石顆粒表面光潔完整，通過共沉淀-還原工藝把浸出液中的金屬離子制備成金剛石工具生 產(chǎn)中使用的超細(xì)預(yù)合金粉末，直接重新應(yīng)用于金剛石工具的生產(chǎn)中，避免了傳統(tǒng)二次金屬 回收利用中采用的復(fù)雜的萃取除雜等金屬離子分離工藝，具有工藝簡單，成本底等特點，易 于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明采用的技術(shù)路線圖； 圖2為本發(fā)明回收的金剛石顆粒顯微形貌； 圖3為本發(fā)明得到的沉淀前驅(qū)體SEM形貌照片； 圖4為本發(fā)明得到的超細(xì)預(yù)合金粉末的SEM形貌照片。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法，下面通過附圖說
明和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1 圖1為本發(fā)明采用的技術(shù)路線圖；圖2為本發(fā)明回收的金剛石顆粒顯微形貌。首 先按照濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸體積濃度分別為0、80%和20%配制混合酸溶液；取15kg混 合酸溶液緩慢加入到裝有與混合酸同體積的去離子水的搪瓷反應(yīng)釜中，取lkg廢棄金剛石 工具緩慢加入到上述反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜加熱到4(TC，保持?jǐn)嚢杷俣葹?0r/min，反應(yīng)過程中 不斷有氣泡冒出；待廢棄金剛石工具完全溶解后，把反應(yīng)釜內(nèi)的固液混合物移至陶瓷過濾 機中過濾，分離出其中未溶解的固體顆粒，把固體顆粒用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌濾出 液PH值為7 ;把洗滌后的固體顆粒在電熱干燥箱中干燥，干燥溫度8(TC，干燥時間8小時； 使用搖床分離把金剛石顆粒和碳化鎢顆粒分離，得到的金剛石顆粒表面光潔完整。對剩余 顆粒采用200目泰勒篩篩分，回收粒度小于200目的碳化鎢粉末；采用原子吸收分光光度計 測量浸出液中各種金屬離子的濃度，計算出本批廢棄金剛石工具中各種成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 鐵含量為21%、鈷含量為30%、銅含量為49%，加入lkg硫酸亞鐵調(diào)整各組分的比例至鐵 34% 、鈷25% 、銅41 % ，加入氨水調(diào)整溶液pH為4，加入去離子水把溶液中的金屬離子濃度 調(diào)整到0. 5mol/L ;配制草酸溶液，加入氨水調(diào)整pH值為3，加入去離子水調(diào)整草酸濃度為 0. 5mol/L，將調(diào)整后的浸出液與配制的沉淀劑溶液以相同的加料并流加入到反應(yīng)釜中，所 加入的金屬離子摩爾數(shù)與所加入的沉淀劑摩爾數(shù)在整個過程中其比值為1 : l，保持恒定 并持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度為60°C 、反應(yīng)pH值控制在3 6，加料完成后繼續(xù)攪拌30分鐘，卸料 后陳化2小時，陳化溫度為8(TC，得到沉淀物前驅(qū)體，圖3為本發(fā)明得到的沉淀前驅(qū)體SEM 形貌照片。使用板框式壓濾機把上述沉淀物前驅(qū)體與反應(yīng)上清夜分離，并反復(fù)通入去離子 水洗滌其中殘余的金屬及酸根離子，直至洗滌濾出液pH值為7，洗滌干凈后采用真空回轉(zhuǎn) 干燥機干燥，干燥溫度80°C ，干燥時間8小時。使用金屬粉末氫氣還原爐將上述干燥前驅(qū)體 以氨分解氣體還原成超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，還原溫度60(TC，還原時間6小時，氣流量2m3/ h，把還原得到的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末經(jīng)過破碎、篩分、合批、包裝即可得到用于金剛石工具
5生產(chǎn)的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，此預(yù)合金粉末激光粒度D50為8. 9 m，松裝比重為1. 22g/ cm 氧含量0. 36%，圖4為本發(fā)明得到的超細(xì)預(yù)合金粉末的SEM形貌照片。
實施例2 首先按照濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸體積濃度分別為30%、40%、30%配制混合酸溶 液。取8kg混合酸溶液緩慢加入到裝有與混合酸同體積的去離子水的搪瓷反應(yīng)釜中，取lkg 廢棄金剛石工具緩慢加入到上述反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜加熱到8(TC，攪拌速度200r/min，反應(yīng) 過程中不斷有氣泡冒出，待廢棄金剛石工具完全溶解把反應(yīng)釜內(nèi)的固液混合物移至陶瓷過 濾機中過濾，分離出其中未溶解的固體顆粒，的把固體顆粒用去離子水反復(fù)洗滌，直至洗滌 濾出液pH值為7。把洗滌后的固體顆粒在電熱干燥箱中干燥，干燥溫度15(TC，干燥時間2 小時。使用搖床分離把金剛石顆粒和碳化鎢顆粒分離，得到的金剛石顆粒表面光潔完整。對 剩余顆粒采用200目泰勒篩篩分，回收粒度小于200目的碳化鎢粉末；采用原子吸收分光光 度計測量浸出液中各種金屬離子的濃度，計算出本批廢棄金剛石工具中各種成分的質(zhì)量分 數(shù)，鐵含量為36%、鈷含量為10%、銅含量為34%、鎳含量為20%，加入lkg硫酸鈷，lkg硫 酸銅調(diào)整各組分的比例到鐵24%、鈷21%、銅40%、鎳15X，加入氨水調(diào)整溶液pH至5，加 入去離子水把溶液中的金屬離子濃度調(diào)整到lmol/L。配制草酸溶液，加入氨水調(diào)整溶液的 pH值為6，加入去離子水調(diào)整草酸濃度為1. 5mol/L，將調(diào)整后的浸出液與配制的沉淀劑溶 液以相同的加料并流加入到反應(yīng)釜中，所加入的金屬離子摩爾數(shù)與所加入的沉淀劑摩爾數(shù) 在整個過程中其比值為l : 1.5，并保持恒定，并且持續(xù)攪拌，反應(yīng)溫度為8(TC、反應(yīng)pH值 控制在3 6，加料完成后繼續(xù)攪拌60分鐘，卸料后陳化8小時，陳化溫度為40°C ，得到沉淀 物前驅(qū)體。使用板框式壓濾機把上述沉淀物前驅(qū)體與反應(yīng)上清夜分離，并多次反復(fù)通入去 離子水洗滌其中殘余的金屬及酸根離子，直至洗滌濾處液pH值為7，洗滌干凈后采用振動 流化床干燥，干燥溫度15(TC，干燥時間2小時。使用金屬粉末氫氣還原爐上述干燥前驅(qū)體 以氨分解氣體還原成超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，還原溫度65(TC，還原時間4小時，氣流量5m3/ h，把還原得到的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末經(jīng)過破碎、篩分、合批、包裝即可得到用于金剛石工具 生產(chǎn)的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，此預(yù)合金粉末激光粒度D50為12.6iim，松裝比重為1. 46g/ cm3，氧含量0. 32%。 以上所述的實施例，只是本發(fā)明的幾個典型的具體實施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種修改。
權(quán)利要求
一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法，其特征在于包括以下步驟(1)把濃硫酸、濃鹽酸、濃硝酸按體積濃度0～30％、30％～80％、20％～30％混合并攪拌均勻，配制成混合酸溶液；(2)按照金剛石與混合酸的質(zhì)量比為1∶8～1∶15，把廢棄金剛石工具加入步驟1所得的混合酸溶液中溶解，并按照去離子水與混合酸的體積比為1∶0.5～1∶1的比例加入去離子水，在反應(yīng)過程中要連續(xù)攪拌并控制反應(yīng)溫度，攪拌速度為50～200r/min，溶解溫度為40～80℃；(3)采用陶瓷過濾機分離步驟2中的浸出液與固體顆粒，其中固體顆粒為金剛石和碳化鎢；(4)對步驟4中的固體回收物用去離子水洗滌，去除固體顆粒表面吸附的金屬離子及酸根離子，直至洗滌濾出液的pH值為7；把洗滌后的固體顆粒置于電熱干燥箱中干燥，干燥溫度80～150℃，干燥時間2～8小時；使用搖床分離出金剛石顆粒，對剩余顆粒采用200目泰勒篩篩分，回收粒度小于200目的碳化鎢粉末；(5)采用原子吸收分光光度計測量步驟3中的浸出液中各種金屬離子的濃度，計算出各種金屬所占的百分含量，并添加對應(yīng)的可溶性金屬鹽；添加去離子水來調(diào)整溶液的濃度，溶液中的金屬離子濃度調(diào)整至0.5～2mol/L；采用氨水中和反應(yīng)過量的酸，最終調(diào)整溶液的pH值至4～5；(6)采用草酸為沉淀劑配制濃度為0.5～2mol/L的沉淀劑溶液，并通過加入氨水溶液調(diào)整溶液的pH值到3～6；(7)把步驟5中的調(diào)整后的浸出液與步驟6中配制的沉淀劑溶液同時并流加入到反應(yīng)釜中，其中，所加入的金屬離子摩爾數(shù)與所加入的沉淀劑摩爾數(shù)在整個過程中的比值為1∶1～1.5，保持恒定并持續(xù)攪拌，其反應(yīng)溫度為40～80℃、反應(yīng)pH值控制在3～6，加料完成后繼續(xù)攪拌30～60分鐘，卸料后陳化2～8小時，陳化溫度為40～80℃，生成沉淀物前驅(qū)體；(8)使用板框式壓濾機把步驟7中所得的沉淀物前驅(qū)體與反應(yīng)上清夜分離，并反復(fù)通入去離子水洗滌其中殘余的金屬及酸根離子，直至洗滌濾出液的pH值為7，洗滌干凈后采用振動流化床或真空回轉(zhuǎn)干燥機干燥，干燥溫度為80～150℃，干燥時間2～8小時；(9)使用金屬粉末氫氣還原爐把步驟8中干燥后的沉淀物前驅(qū)體以氫氣或氨分解氣體還原成超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，還原溫度400～700℃，還原時間3～6小時，氣流量2～5m3/h；(10)把步驟9中得到的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末經(jīng)過破碎、篩分、合批、包裝即可得到用于金剛石工具生產(chǎn)的超細(xì)金屬預(yù)合金粉末，此預(yù)合金粉末激光粒度D50為5～15μm，松裝比重為1～1.5g/cm3，氧含量＜0.8％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法，其特征在 于步驟5中所述可溶性金屬鹽包括硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物。
全文摘要
本發(fā)明屬于資源綜合回收利用及超細(xì)金屬預(yù)合金粉體制備領(lǐng)域，特別涉及一種廢棄金剛石工具資源化綜合回收利用的方法。通過對廢舊金剛石工具酸浸、過濾工藝首先回收其中的金剛石及碳化鎢顆粒；采用原子吸收光譜檢測浸出液成分，通過添加對應(yīng)的可溶性鹽及去離子水調(diào)整成分及濃度，并采用化學(xué)共沉淀-還原工藝將母液中的各種有色金屬制備得到超細(xì)預(yù)合金粉末。本方法可最大限度的回收廢棄金剛石工具中的金剛石及碳化鎢顆粒，制得的超細(xì)預(yù)合金粉末可直接應(yīng)用于金剛石工具的生產(chǎn)中，避免了傳統(tǒng)金屬回收中采用的復(fù)雜的萃取除雜等金屬離子分離工藝，具有工藝簡單，成本低等特點，易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號B09B1/00GK101745514SQ200810227770
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日
發(fā)明者劉宇慧, 張景懷, 汪禮敏, 王林山, 閆世凱 申請人:北京有色金屬研究總院;有研粉末新材料(北京)有限公司