一种用蓝宝石精研磨废料浆制备碳化硼超微粉的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超硬材料加工技术领域，特别涉及一种用蓝宝石精研磨废料浆制备碳 化硼超微粉的方法。
【背景技术】
[0002] 蓝宝石是一种氧化铝(α-Α12〇3)单晶具有高硬度(莫氏硬度9.0)、高熔沸点、稳定的 化学性能、良好的电绝缘性、优异的光学性能及机械性能等优异特性，被广泛应用于红外军 事装置、卫星空间技术及高强度激光的窗口材料等。近年来，蓝宝石作为半导体GaN/Al 203发 光二极管(LED)最为理想的衬底材料，被广泛应用于半导体LED照明；此外，蓝宝石凭借其一 流的强度、耐磨耐摔和抗划伤性等特性，又开始逐步应用于高端的手机领域，近年来LED照 明的普及以及蓝宝石在手机等领域的应用，都促使蓝宝石的需求量大增。
[0003] 但蓝宝石不论是应用于LED照明还是应用于手机领域等，首先都要经过开方、切 害J、研磨、抛光及清洗等工序后方可加工成所需的蓝宝石晶片。而研磨工序是蓝宝石加工中 最关键的环节之一，它直接关系到蓝宝石晶片的平整度、光洁度及弯曲度等。蓝宝石的研磨 过程主要是以碳化硼为磨料，并加入水和分散剂形成料浆后，通过碳化硼磨料颗粒的机械 磨蚀作用而达到研磨效果。研磨工序包括粗研磨和精研磨两个部分，其中粗研磨工序主要 是采用粒度型号为日本标准的JISR240(40~103ym，D50 = 57±3ym)、JISR280(33~87ym， D50 = 48±3ym)和J IRS320(27~74ym，D50 = 40+2.5ym)等的碳化硼粉，而精研磨所用的碳 化硼粉的粒度主要是以中国标准的W5(基本粒为3.5~5ym)、W7(基本粒为5~7ym)、W10(基 本粒为7~ΙΟμπι)和W14(基本粒为10~14μπι)等的碳化硼微粉。在研磨过程中碳化硼颗粒逐 渐变细，粒度逐渐下降，同时杂质大幅度增加，最终导致碳化硼磨料成为了废料浆而无法继 续使用，这不仅增加了蓝宝石加工成本且对环境保护造成了极大的压力。如能发明一种方 法对精废料浆中的碳化硼进行回收并用于制备碳化硼超微粉，不仅可大幅度降低加工成 本，也可极大地促进资源的再利用以及环境保护。
[0004] 碳化硼具有硬度高（莫氏硬度9.36)、耐磨性好、密度低（2.52g/cm3)及熔点高 (2450Γ)等优异特性，被广泛应用于机械研磨、耐火材料、工程陶瓷、核工业和军事等领域。 碳化硼超微粉具有比表面积大、化学活性高、反应能力强、熔点和烧结温度低等优异特性， 上述优异特性使其广泛应用于精细陶瓷、粉末冶金、电子技术以及复合材料等领域。例如用 碳化硼超微粉制备工程陶瓷时，可在较低温度下、较短时间内进行烧结，获得更致密细致结 构的烧结体。
【发明内容】
[0005] 针对现有蓝宝石精研磨废料浆中碳化硼回收利用方法的不足，本发明提出了一种 全新的、高效的从蓝宝石精研磨废料浆中回收碳化硼超微粉并重复利用的的方法，是一种 回收碳化硼并用于制备碳化硼超微粉的方法。
[0006] 本发明的技术方案是:先将精研磨废料浆进行固液分离得到固体物料，再将固体 物料进行破碎、提纯、水选及干燥，最后可制得碳化硼超细耐火材料(D50 = 0.2~0.4μπι)、碳 化硼无压烧结材料(D50 = 0.4~0.8μπι)及碳化硼热压烧结材料(D50 = 1.3~1.7μπι)。
[0007] 本发明的用蓝宝石精研磨废料浆制备碳化硼超微粉的方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1，固液分离：
[0009] 将蓝宝石精研磨废料浆，进行固液分离，获得固体物料;其中，固液分离采用重力 沉降法或离心分离法，重力沉降法的沉降时间为4~16 h，离心分离法的转速为2 0 0 0~ 8000r/min；
[0010] 步骤2,球磨破碎：
[0011] 将固体物料，以水为介质进行球磨破碎，得到粒度范围为0.1~5μπι的破碎物料；
[0012] 步骤3,碱洗提纯：
[0013] 将破碎物料，加入碱液进行碱洗，除去氧化铝和游离碳杂质，得到Α12〇3质量百分含 量为0.5~2wt %的一次净化物料;其中，碱洗温度为20~80 °C，碱洗时间为3~5h，按体积 比，碱液:固体物料=1: (2~10)，加入的碱液为氢氧化钠和/或氢氧化钾，氢氧化钠和/或氢 氧化钾的质量浓度为20~40% ;
[0014] 步骤4,酸洗提纯：
[0015] 将净化物料，加入酸液进行微波酸洗，除去铁和残余氧化铝杂质，得到二次净化物 料，其中，按体积比，酸液:一次净化物料=1: (2~10)，酸液为盐酸和/或硫酸，其中，盐酸的 质量浓度为10~25%，硫酸的质量浓度为20~40%，盐酸和硫酸的混合酸的质量浓度为20 ~40% ;
[0016] 步骤5,板框压滤：
[0017] 将二次净化物料，板框压滤后，进行水洗，得到PH值为6~7的水洗物料，其中，板框 压滤的进料压力为0.5~1.5MPa，水洗物料中碳化硼的质量浓度为10~30 % ;
[0018] 步骤6,沉降水选：
[0019] 将水洗物料，加入分散剂进行沉降水选，依次水选出D50 = 0.2~0.4μπι的细料、D50 =0.4~0.8μπι的中间料和D50 = 1.3~1.7μπι的粗料;其中，7Κ选温度为20~40°C，按质量比， 分散剂:水洗物料中的碳化硼=〇. 02~1 % ;
[0020] 步骤7,干燥筛分：
[0021 ] (1)将细料，进行干燥筛分，得到D50 = 0.2~0.4μπι的碳化硼超细耐火材料；
[0022] (2)将中间料，进行干燥筛分，得到D50 = 0.4~0.8μπι的碳化硼无压烧结材料；
[0023] (3)将粗料，进行干燥筛分，得到D50 = 1.3~1.7μπι的碳化硼热压烧结材料。
[0024]所述的蓝宝石精研磨废料浆，成分按质量百分比含有:水和分散剂：30~50%，固 体物料占50~70%，
[0025] 所述步骤1中，所述的固体物料中，B4C的粒度范围为0.1~15μπι，D50 < 5. Ομπι;成分 按质量百分比为:B4C: 85~95wt %，Fe: 1 ~5wt %，Ah〇3:2~1 Owt %，
[0026] 所述的步骤2中，球磨参数为：固体物料:水:钢球的质量比为1: (0.4~3): (0.3~ 4)，钢球直径为1~10mm，球磨时间为3~7h;
[0027] 所述步骤4中，微波酸洗的温度为50~150°C，微波功率为10~100KW，酸洗时间为 0.5~4h;二次净化物料，含有成分按质量百分比为，Fe:0.1~lwt%，Al 2〇3:0.3~lwt%;
[0028] 所述的步骤6中，分散剂为聚乙二醇、水玻璃或六偏磷酸钠中的一种或两种混合分 散剂；当为聚乙二醇和水玻璃混合分散剂时，按质量比，聚乙二醇:水玻璃=1: (1~5);当为 聚乙二醇和六偏磷酸钠混合分散剂时，按质量比，聚乙二醇:六偏磷酸钠=1: (2~8);当为 水玻璃和六偏磷酸钠混合分散剂时，按质量比，水玻璃:六偏磷酸钠=1: (0.2~3);
[0029]所述的步骤7中，干燥的方式为微波干燥或真空干燥;其中，微波干燥的微波频率 为300~2500MHz，功率为10~20kW，干燥能力为50~100kg/h;真空干燥的真空度为133~ 300Pa，干燥温度为90~180 °C，干燥时间为6~12h。
[0030] 所述的步骤3,碱洗发生的主要反应为：
[0031] ΑΙ：0；; +20H"=2 ΑΙΟ； +H：.0
[0032] 所述的步骤4,酸洗发生的主要反应为：
[0033] Fe+2H+ = Fe2++H2T Α12〇3+6Η+ = 2Α13++3Η20
[0034] 本发明的用蓝宝石精研磨废料浆制备碳化硼超微粉的方法，与现有技术相比，有 益效果为:通过固液分离、破碎、提纯、水选、干燥筛分工序即可将蓝宝石精研磨废料浆中碳 化硼进行回收利用，并用于制备碳化硼超细耐火材料、碳化硼无压烧结材料及碳化硼热压 烧结材料。该方法不仅实现了精研磨废料浆中碳化硼的综合回收，大大减少了环境污染，显 著降低了蓝宝石的加工成本，并且提供了一种以废料浆为原料制备碳