一种金刚石刀头回收处理方法与流程

本发明涉及湿法冶金技术领域，特别涉及一种金刚石刀头回收处理方法。

背景技术：

金刚石刀头是切割锯片的工作主体，广泛应用于硬脆材料的切割加工，如珠宝、石材、陶瓷、硬质合金等。通常金刚石刀头是以细小颗粒状的金刚石及碳化钨作为磨料，与以铜、铁为主要元素的胎体材料通过压制烧结等工艺制成。由于废弃金刚石刀头中所含的金刚石、碳化钨颗粒以及铜、铁等有价金属具有较大的经济价值，因此回收其中的各种金属以及金刚石、碳化钨颗粒具有极大的经济效益。

目前国内废弃金刚石刀头的处理方法主要有盐酸-双氧水法、盐酸-氯酸盐法及电解法等。由于双氧水成本高，且遇高温容易分解，导致盐酸-双氧水法的成本过高，且由于金刚石刀头的导电性不稳定，使得电解法不利于工业生产，因此工业上通常采用盐酸-氯酸盐法来处理废弃金刚石刀头，该方法通过将金刚石刀头与盐酸和氯酸盐的混合溶液进行反应，将含有铜、铁的金属元素的胎体材料溶解，从而将不发生反应的金刚石和碳化钨颗粒滤出。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

采用盐酸-氯酸盐法处理废弃金刚石刀头不能有效的分离出废弃金刚石刀头中的金刚石、碳化钨颗粒以及铜、铁等有价金属。

技术实现要素：

为了解决现有的废弃金刚石刀头处理方法不能有效的分离出废弃金刚石刀头中的金刚石、碳化钨颗粒以及铜、铁等有价金属的问题，本发明实施例提供了一种金刚石刀头回收处理方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种金刚石刀头回收处理方法，适用于铜铁基金刚石刀头，所述金刚石刀头主要含有铜、铁和人造金刚石，所述处理方法包括：

(1)按照金刚石刀头与第一浸出液的质量比为1:2.4～3.5，将洗净的金刚石刀头加入到第一浸出液中，并在第一溶铜釜中反应，反应温度为80-90℃，反应过程中持续通入空气，第一浸出液中含有5-15g/L的硫酸；

(2)当步骤(1)中第一溶铜釜中的第一浸出液中出现细粉状海绵铜时，开启第一溶铜釜中的旋流分离器进行固液分离，得到第一不溶物和第一滤液，其中，第一不溶物为金刚石、铜和碳化钨的混合物，第一滤液为含有硫酸亚铁的溶液；

(3)将步骤(2)中的第一不溶物与足量第二浸出液在第二溶铜釜中反应，反应温度为60～90℃，反应过程中持续通入空气，直至反应结束，对第二溶铜釜中的混合物进行固液分离，得到第二不溶物和第二滤液，其中第二不溶物为金刚石和碳化钨的混合物，第二滤液为含有硫酸铜的溶液，第二浸出液中含有100-150g/L的硫酸；

(4)将步骤(3)中的第二不溶物按质量比加入1:20的去离子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮选法分离出金刚石。

进一步地，步骤(1)和步骤(3)在微泡溶铜釜中进行反应。

具体地，在步骤(1)中，所述金刚石刀头固定在所述第一溶铜釜中进行反应。

进一步地，在步骤(2)中，所述处理方法还包括：

将所述第一滤液浓缩、结晶、过滤后产出七水合硫酸亚铁产品。

更进一步地，在步骤(2)中，在对所述第一滤液浓缩、结晶、过滤之前，对所述第一滤液进行预处理，所述预处理方法包括：

在所述第一滤液中加入适量铁粉后过滤。

再进一步地，将所述第一滤液浓缩、结晶、过滤、洗涤得到七水合硫酸亚铁，然后将剩下的所述第一滤液和洗涤七水合硫酸亚铁时用的水洗液混合，加入硫化物或碳酸盐作沉淀剂制备锌、镍、和钴的混合沉淀物。

进一步地，在步骤(4)中，通过浮选法从所述第二不溶物中分离出金刚石后，将剩余颗粒过滤并置于温度80～120℃的电热干燥箱中，干燥2～3小时，回收碳化钨粉末。

在本发明的一种可能的实现方式中，在步骤(3)中，所述处理方法还包括：

当所述第二滤液中的硫酸铜浓度大于40g/L时，对浓缩后的所述第二滤液进行电解处理，阴极产生电解铜；当所述第二滤液中的硫酸铜浓度小于或等于40g/L时，先将所述第二滤液浓缩，使所述第二滤液中的硫酸铜浓度大于40g/L后再进行电解处理。

进一步地，所述第二滤液电解后的母液回用于配制第一浸出液或第二浸出液。

在本发明的另一种可能的实现方式中，在步骤(3)中，所述处理方法还包括：

将所述第二滤液浓缩、结晶、过滤后产出五水硫酸铜产品。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将金刚石刀头在溶铜釜中进行第一次氧化酸浸并过滤分离，得到的第一不溶物为金属铜、金刚石和碳化钨的混合物，得到的溶液为硫酸亚铁溶液，从而将金属铁从金刚石刀头中分离出来，对第一不溶物进行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物为金刚石和碳化钨混合物，得到的溶液为硫酸铜溶液，从而将金属铜从第一不溶物中分离出来，最后采用浮选法将第二不溶物中的金刚石与碳化钨分离，采用本发明提供的处理方法，可以有效的依次将金刚石刀头中的铁、铜金属以及金刚石和碳化钨分离出来，便于废弃金刚石刀头中的铜、铁以及金刚石和碳化钨的重复利用，提高了废弃金刚石刀头的经济价值，且该方法生产劳动强度低，适用于工业化规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的金刚石刀头回收处理方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的微泡溶铜釜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

图1是本发明实施例提供的金刚石刀头回收处理方法的流程图，参见图1，该处理方法适用于铜铁基金刚石刀头，该金刚石刀头主要含有铜、铁、人造金刚石，另外，还含有少量的碳化钨、锌、镍、钴，其中，主要成分的质量分数包括：Cu 20-70％，Fe 20-80％，人造金刚石0.5-6％，该处理方法包括：

步骤101：按照金刚石刀头与第一浸出液的质量比为1:2.4～3.5，将洗净的金刚石刀头加入到第一浸出液中，并在第一溶铜釜中反应，反应温度为80-90℃，反应过程中持续通入空气，第一浸出液中含有5-15g/L的硫酸；

步骤102：当步骤101中第一溶铜釜中的第一浸出液中出现细粉状海绵铜时，开启第一溶铜釜中的旋流分离器进行固液分离，得到第一不溶物和第一滤液，其中，第一不溶物为金刚石、铜和碳化钨的混合物，第一滤液为含有硫酸亚铁的溶液；

步骤103：将步骤102中的第一不溶物与第二浸出液在第二溶铜釜中反应，反应温度为60～90℃，反应过程中持续通入空气，直至反应结束，对第二溶铜釜中的混合物进行固液分离，得到第二不溶物和第二滤液，其中第二不溶物为金刚石和碳化钨的混合物，第二滤液为含有硫酸铜的溶液，第二浸出液中含有100-150g/L的硫酸；

步骤104：将步骤103中的第二不溶物按质量比加入1:20的去离子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮选法分离出金刚石。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将金刚石刀头在溶铜釜中进行第一次氧化酸浸并过滤分离，得到的第一不溶物为金属铜、金刚石和碳化钨的混合物，得到的溶液为硫酸亚铁溶液，从而将金属铁从金刚石刀头中分离出来，对第一不溶物进行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物为金刚石和碳化钨混合物，得到的溶液为硫酸铜溶液，从而将金属铜从第一不溶物中分离出来，最后采用浮选法将第二不溶物中的金刚石与碳化钨分离，采用本发明提供的处理方法，可以有效的依次将金刚石刀头中的铁、铜金属以及金刚石和碳化钨分离出来，便于废弃金刚石刀头中的铜、铁以及金刚石和碳化钨的重复利用，提高了废弃金刚石刀头的经济价值，且该方法生产劳动强度低，适用于工业化规模生产。

需要说明的是，在步骤102中，金刚石刀头中在溶铜釜中主要发生的反应包括：

(1)Cu+1/2O₂+H₂SO₄＝CuSO₄+H₂O

(2)Fe+CuSO₄＝FeSO₄+Cu

(3)Fe+1/2O₂+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂O

(4)2FeSO₄+O₂+1/2H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+H₂O

(5)Fe₂(SO₄)₃+Fe＝3FeSO₄

(6)Fe₂(SO₄)₃+Cu＝2FeSO₄+CuSO₄

(7)(Ni、Zn)+1/2O ₂+H₂SO₄＝(Ni、Zn)SO₄+H₂O

(8)Fe+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂

其中(1)和(2)为步骤102中的主要反应，(3)～(8)为步骤(2)副反应，为了强化主反应，弱化副反应，步骤102采用强化溶铜的设备，在步骤101中，第一浸出液中的硫酸的浓度为5-15g/L，氢离子浓度较低，由于反应(1)在少量氢离子存在下就可以快速反应，而反应(3)中铁与氧气在低酸度条件下反应速度比较缓慢，因此金刚石刀头在溶铜釜中首先发生反应(1)，当反应(1)生成硫酸铜后，溶液中的铜离子会与金刚石刀头中的铁发生反应，即反应(2)，从而在溶液中析出海绵状的金属铜，将生成的海绵铜和从金刚石刀头上脱落的金刚石和碳化钨颗粒过滤后得到第一不溶物。

需要说明的是，在步骤101和步骤103所需的氧气可以是通过直接将空气或氧气通入第一浸出液中参与反应的，但是直接将空气或氧气通入第一浸出液中时，由于其中的氧气在第一浸出液中的溶解过程缓慢，通入过程中，溶液中的氧含量较低，因此上述反应(1)的速率较慢，因此在本实施例中，步骤101和步骤103采用微泡溶铜釜来进行反应，在微泡溶铜釜中，氧气在溶液中的饱和度更高，从而可以促进反应(1)更快速地进行。

图2是本发明实施例提供的微泡溶铜釜的结构示意图，参见图2，假底8上方为反应釜7，反应釜7为上述步骤101和步骤103中反应的主要区域，假底8下方为气液分离器11，该微泡溶铜釜工作时，通过循环泵1从气液分离器11中将溶液吸入至喷射泵2的喷嘴处，并将吸入的溶液从喷射泵2的喷嘴处高速喷出，从空气入口4将空气通入喷射泵2的气液混合区，由于空气与高速液流强烈作用，使喷射泵2内的溶液中的氧迅速达到饱和状态，瞬间实现乳化混合，形成乳化液，该乳化液从喷射泵2喷出后再经折流盘10进入反应釜7中进行反应，含氧气量降低的溶液穿过假底8返回气液分离器11后循环利用。在本实施例中，还可以从加料口3加入需要反应的材料，从加液口5加入反应所需的溶液，还可以通过夹套9对溶铜釜内进行加温，以达到反应所需的温度，旋流分离器6可以排出溶铜釜中过滤的溶液。通过微泡溶铜釜增加了反应用的溶液中的氧气含量，从而增加了上述反应(1)的速率。

具体地，在步骤101中，金刚石刀头固定在第一溶铜釜中进行反应。在步骤102中，会通过旋流分离器将浸出液中的海绵铜滤出，通过将金刚石刀头固定在第一溶铜釜中进行反应，可以防止未反应的金刚石刀头被滤出。

在本实施例中，在步骤102中，对得到的第一滤出液中的硫酸亚铁的处理方法可以包括：将第一滤液浓缩、结晶、过滤后产出七水合硫酸亚铁产品。

需要说明的是，在第一滤液中，除了硫酸亚铁外，由于溶液中持续通入空气，会将第一滤液中的部分二价铁离子氧化三价铁离子，因此，可以在对第一滤液进行浓缩、结晶、过滤产出七水合硫酸亚铁之前，对第一滤液进行预处理，该预处理的方法包括：在第一滤液中加入适量的铁粉，使三价铁离子和铁粉反应转化成二价铁离子，再通过过滤去除多余的铁粉后。通过预处理后，溶液中的三价铁离子转化成了二价铁离子，可以使通过第一滤液生产的七水合硫酸亚铁的纯度更高。

另外，由于金刚石刀头中还含有锌、镍、钴金属，因此在第一滤液中还含有锌、镍、钴等金属离子，直接排放产出七水合硫酸亚铁后的第一滤液会对环境造成污染，因此将所述第一滤液浓缩、结晶、过滤、洗涤得到七水合硫酸亚铁后，还可以将剩下的第一滤液以及洗涤七水合硫酸亚铁晶体时用的水洗液混合，并在其中加入硫化物或碳酸盐作沉淀剂，制备锌、镍、钴的混合沉淀物，不仅去除了废水中的金属离子，还实现了锌、镍、钴金属的重复利用。

在步骤104中，通过浮选法从第二不溶物中分离出金刚石后，剩余的不溶物为碳化钨颗粒，将剩余颗粒过滤并置于温度80-120℃的电热干燥箱中，干燥2-3小时，回收其中的碳化钨粉末。

在步骤103中，对得到的第二滤液中的硫酸铜的分离处理方法有多种方式，其中一种处理方法包括：

当第二滤液中的硫酸铜浓度大于40g/L时，对第二滤液进行电解处理，阴极产生电解铜；当第二滤液中的硫酸铜浓度小于等于40g/L，则先对第二滤液进行浓缩，使第二滤液中的硫酸铜浓度大于40g/L后再进行电解处理。

优选地，在这种处理方法中，电解之后得到的母液中含有硫酸，因此可以将第二滤液电解产铜之后的母液回用于配制第一浸出液和第二浸出液，只需要保证第一浸出液中的硫酸浓度为5-15g/L或第二浸出液中的硫酸浓度为100-150g/L即可，这样可以提高经济效益，减少废液的排放。

在本实施例中，另一种对第二滤液中的硫酸铜进行处理的方法包括：

将第二滤液浓缩、结晶、过滤后产出五水硫酸铜产品。

上述方法中，将金刚石刀头通过两次氧化酸浸，可以依次分离出金刚石刀头中的铁和铜，而且可以将分离得到的硫酸亚铁通过简单的结晶处理得到七水合硫酸亚铁产品出售，将分离得到的硫酸铜可以经过电解或简单的结晶处理得到铜或五水硫酸铜产品出售，提高了废弃金刚石刀头中的有价金属的利用率，且对第二次氧化酸浸得到的金刚石和碳化钨混合物通过浮选法进行分离，可以容易分离得到金刚石和碳化钨颗粒以便重复利用，有效的分离了废弃的金刚石刀头中的铜、铁、人造金刚石，提高了废弃金刚石刀头的经济利用价值。

实施例2

在本实施例中，采用的金刚石刀头的主要成分的质量百分比为：Cu为23.50％、Fe为56.34％、人造金刚石0.56％。采用的硫酸为工业级硫酸，其中硫酸的质量分数大于98％。

在本实施例中，采用的金刚石刀头的主要成分的质量百分比包括：Cu为23.50％、Fe为56.34％、人造金刚石0.56％，其中还含有少量的碳化钨以及镍、钴、锌等金属，由于碳化钨和镍、钴、锌等金属的含量极少，在此不作详细说明。处理过程中采用的硫酸为工业级硫酸，其中硫酸的质量分数大于98％。

先将工业级硫酸配制成质量分数为5～15g/L的稀硫酸溶液作为第一浸出液，取100kg金刚石刀头固定在第一溶铜釜中，在第一溶铜釜中加入250kg第一浸出液，调节第一溶铜釜中的温度至85℃，在反应过程中，持续通入微泡状的空气，待第一浸出液中开始出现细粉状的海绵铜时，开启第一溶铜釜中的旋流分离器进行固液分离，直至反应结束，得到第一不溶物和第一滤液，对第一滤液进行浓缩、结晶、过滤处理后得到七水合硫酸亚铁晶体，再将第二不溶物置入第二溶铜釜中，在第二溶铜釜中加入100kg质量分数为100-150g/L的硫酸，并加入第二溶铜釜至85℃，反应过程中持续通入微泡状的空气，直至反应结束，对第二溶铜釜中的混合物进行固液分离，得到第二不溶物和第二滤液，对第二滤液采用结晶的方式回收硫酸铜，采用浮选法分离出金刚石，得到的五水硫酸铜的质量为90.25kg，计算得到铜的回收率约为96.9％，通过结晶的方式回收的七水合硫酸亚铁的质量为268.20kg，计算得到铁的回收率约为95.9％，最终分离得到的金刚石为551g，计算得到金刚石的回收率约为98.39％。

通过将金刚石刀头在溶铜釜中进行第一次氧化酸浸并过滤分离，得到的第一不溶物为金属铜、金刚石和碳化钨的混合物，得到的溶液为硫酸亚铁溶液，从而将金属铁从金刚石刀头中分离出来，对第一不溶物进行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物为金刚石和碳化钨混合物，得到的溶液为硫酸铜溶液，从而将金属铜从第一不溶物中分离出来，最后采用漂浮法将第二不溶物中的金刚石与碳化钨分离，采用本发明提供的处理方法，可以有效的依次将金刚石刀头中的铁、铜金属以及金刚石和碳化钨分离出来，便于废弃金刚石刀头中的铜、铁以及金刚石和碳化钨的重复利用，提高了废弃金刚石刀头的经济价值，且该方法生产劳动强度低，适用于工业化规模生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。