通常金剛石微粉的原料大多是低品級的RVD金剛石或者爆炸法合成的金剛石微粉,原料本身含有少量石墨、觸媒金屬及葉蠟石等雜質。同時在后期的破碎、整形加工過程中還會引入大量的金屬雜質。雜質含量高會降低金剛石的整體硬度,影響深加工工具的使用性能。為了滿足后續分級工序對產品純凈度的要求, 必須在轉入分級工序前將這些雜質除去。
目前,常用化學法除雜和電解提純技術進行人造金剛石微粉的提純。后者主要針對金剛石物料中含合金觸媒較多時采用,以達到回收觸媒金屬的目的。但實際工作中,由于合金觸媒溶解緩慢,生產效率低,而難于適應生產發展的要求。相對而言,化學法根據金剛石中雜質的不同化學特性,采用不同的化學試劑對雜質分別處理,可獲得較好的提純效果,即工業中常用的“三除”工藝:酸除合金觸媒、強氧化劑除石墨、堿熔葉蠟石等三階段工作。根據金剛石的化學穩定性好,高溫下不與酸、強氧化劑反應的特性,一般選用化學方法對金剛石進行提純處理。完成破碎、整形工序的金剛石主要雜質為金屬,能與酸發生氧化還原反應生成可溶性的鹽類,利用這一特點,使用合適的酸對其進行處理,即可將絕大部分金屬雜質去除,同時還可以去除石墨等雜質。
一般進行酸處理的操作方法為:稱量一定數量的金剛石微粉,放入5000毫升玻璃燒杯或其他耐酸、耐高溫的容器,加入適量的酸液,將燒杯放置在通風櫥內的電熱板或工業電爐上加熱,隨著溫度的升高,反應逐漸劇烈,待反應完全停止后,停止加熱并把容器撤離熱源,待物料冷卻至室溫后,將上層廢酸液倒出,水洗至中性,轉入分級工序。
工業生產中,由于后期分級完成后還要再次進行精提純處理,粗提純工藝在滿足分級工藝要求的前提下應盡可能降低成本,一般使用的化學試劑大都是工業純,以下表為粗提純過程中各種處理工藝使用的具體工藝參數:
由于金剛石原料的葉蠟石和石墨含量較少。為簡化處理工藝,一般粗提純工序不再對其進行專門處理,對產品有特殊要求的,在完成分級后專門對成品進行后期精處理。
在金剛石微粉的生產過程中,提純工序使用各種化學試劑,處理過程中會排放大量的有害氣體和廢水,危害操作者職業健康和污染環境。為了改善操作者的工作環境并減少廢氣、廢水排放。有些金剛石微粉生產企業開始嘗試改變原有的提純方式,將原來的敞口燒杯加熱的處理工藝更換為使用大型密閉反應釜處理。反應釜采用電加熱或導熱油間接加熱,材料為石英玻璃或內襯搪瓷鋼質材料。根據生產規模可以選用20升、50升、100升等各種規格的反應釜,設備配套有自動攪拌、自動控溫、廢氣中和吸收以及酸蒸汽冷凝回流裝置。采用反應釜進行提純處理,不但可以增加單次處理量,降低人員勞動強度,而且在節約能源,改善勞動條件及保護環境方面效果顯著。
參考資料:《金剛石微粉》汪靜