专利名称：一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法
技术领域：
本发明属于资源综合回收利用及超细金属预合金粉体制备领域，特别涉及一种废
弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法。
背景技术：
我国在"十一五"规划中提出大力发展循环经济，建设节约型、环境友好型社会。对于 有色冶金行业，不管是从资源、能源、环境等各方面来说，都迫切的需要大力开发"二次资源"。
世界发达工业国家对"二次资源"的利用十分重视，再生资源已成为有色金属的主 要原料，再生有色金属工业已成为一个独立产业。例如，2000年世界生产再生铝及合金816 万吨，占金属铝产量的33% ;1999年世界精铅总量为621. 8力万吨，其中再生铅327. 3万 吨，占精铅总量的52.63%。美国是世界最大的再生铅生产国，德国、法国、意大利日本和英 国的再生铅的份额都在50%以上。在法国，铜产量的80%其原料是来自废杂铜。
随着我国有色金属产量的持续快速增长，矿产原料短缺的矛盾日趋突出，所以应 大力发展有色金属资源的再生研究及回收工作。 金刚石是目前所发现的自然界中硬度最高的物质，广泛应用于地质钻探以及硬脆 材料的切割、磨削及钻孔等加工，如珠宝、石材、陶瓷、硬质合金、半导体晶体、磁性材料等， 由于金刚石都是细小颗粒状，一般需要使用胎体材料将其制成一定形状且具有一定机械力 学性能的工具后才能得以使用。金刚石工具是以金刚石为磨料，以金属粉末为胎体通过压 制烧结等工艺制成的各种型号、规格的工具，以切割、钻削、铣磨等方式广泛应用于石材、建 材、耐火材料、陶瓷、半导体等硬脆材料的加工，我国目前已经是世界上最大的金刚石及金 刚石工具生产国，并且规模及市场份额还在逐年提高。 目前在世界的金刚石生产中传统的单质金属粉末混合来作为胎体材料的方法已 经不能满足高性能金刚石工具的需要，目前胎体粉末正朝着超细化预合金化的方向发展， 采用超细预合金粉末作为胎体材料可有效降低工具的成分偏析，并可显著的提高工具的切 割速度及使用寿命，是目前金刚石工具行业的发展方向。 在金刚石工具使用过程中，尤其是大型的金刚石工具一般其使用的不锈钢基体是 循环利用的，为保护钢基体不受损伤，一般约15 20%的刀具在使用后期就必须卸下弃 用。此外各大金刚石工具生产商在生产金刚石工具的过程中都会生产出一定量的残次品。 我国目前是世界上最大的金刚石工具生产及消费国，仅此每年就产生数千吨废弃刀头。
如何综合回收处理废弃金刚石工具的问题就摆在了我们面前，目前国内对废弃金 刚石工具的处理仅限于回收其中不溶于酸的金刚石及碳化钨颗粒，对剩余含有金属离子的 母液直接排放，此举不仅污染环境，也造成了有色金属资源的极大浪费。随着有色金属价格 的逐渐提高，回收其中的各种金属不仅具有社会效益也具有更为现实的经济效益。
发明内容
本发明针对国内对废弃金刚石工具的回收效率低，浪费大的问题，提供了一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)把浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸按体积浓度0 30%、30% 80%、20% 30%混 合并搅拌均匀，配制成混合酸溶液； (2)按照金刚石与混合酸的质量比为1 : 8 1 : 15，把废弃金刚石工具加入步
骤i所得的混合酸溶液中溶解，并按照去离子水与混合酸的体积比为i : o.5 i : i的比
例加入去离子水，在反应过程中要连续搅拌并控制反应温度，搅拌速度为50 200r/min， 溶解温度为40 80°C ; (3)采用陶瓷过滤机分离步骤2中的浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石 和碳化钨； (4)对步骤4中的固体回收物用去离子水洗涤，去除固体颗粒表面吸附的金属离 子及酸根离子，直至洗涤滤出液的pH值为7 ;把洗涤后的固体颗粒置于电热干燥箱中干燥， 干燥温度80 15(TC，干燥时间2 8小时；使用摇床分离出金刚石颗粒，对剩余颗粒采用 200目泰勒筛筛分，回收粒度小于200目的碳化钨粉末； (5)采用原子吸收分光光度计测量步骤3中的浸出液中各种金属离子的浓度，计 算出各种金属所占的百分含量，并添加对应的可溶性金属盐；添加去离子水来调整溶液的 浓度，溶液中的金属离子浓度调整至O. 5 2mol/L ;采用氨水中和反应过量的酸，最终调整 溶液的pH值至4 5 ; (6)采用草酸为沉淀剂配制浓度为0. 5 2mol/L的沉淀剂溶液，并通过加入氨水 溶液调整溶液的pH值到3 6 ; (7)把步骤5中的调整后的浸出液与步骤6中配制的沉淀剂溶液同时并流加入到 反应釜中，其中，所加入的金属离子摩尔数与所加入的沉淀剂摩尔数在整个过程中的比值 为l : l 1.5，保持恒定并持续搅拌，其反应温度为40 8(TC、反应pH值控制在3 6， 加料完成后继续搅拌30 60分钟，卸料后陈化2 8小时，陈化温度为40 80°C ，生成沉 淀物前驱体； (8)使用板框式压滤机把步骤7中所得的沉淀物前驱体与反应上清夜分离，并反 复通入去离子水洗涤其中残余的金属及酸根离子，直至洗涤滤出液的pH值为7，洗涤干净 后采用振动流化床或真空回转干燥机干燥，干燥温度为80 15(TC，干燥时间2 8小时；
(9)使用金属粉末氢气还原炉把步骤8中干燥后的沉淀物前驱体以氢气或氨分解 气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度400 700°C ，还原时间3 6小时，气流量2 5m3/h ; (10)把步骤9中得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装即可得到 用于金刚石工具生产的超细金属预合金粉末，此预合金粉末激光粒度D50为5 15ym，松 装比重为1 1. 5g/cm3，氧含量〈0. 8%。 步骤5中所述可溶性金属盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化物。 本发明的有益效果为通过酸浸_化学共沉淀_还原工艺对废弃金刚石工具进行 综合处理，达到资源化回收利用的目的。首先通过酸浸工艺，把各种有色金属浸出到母液当 中，通过过滤母液把不溶于酸的金刚石及碳化钨颗粒回收。对于剩余母液测出其主要成分 后，根据要求可添加不同的可溶性金属盐，用来调整溶液组分，最后在合适的温度、浓度、pH 值等条件下进行化学共沉淀，最大限度的保证高价值金属的回收率，通过过滤、洗涤工艺除去酸根离子，沉淀产物经干燥后氢还原最终得到超细预合金粉末。 本发明可最大限度的回收废弃金刚石工具中的金刚石及碳化钨颗粒，得到的金刚 石颗粒表面光洁完整，通过共沉淀-还原工艺把浸出液中的金属离子制备成金刚石工具生 产中使用的超细预合金粉末，直接重新应用于金刚石工具的生产中，避免了传统二次金属 回收利用中采用的复杂的萃取除杂等金属离子分离工艺，具有工艺简单，成本底等特点，易 于工业化规模生产。
图1为本发明采用的技术路线图； 图2为本发明回收的金刚石颗粒显微形貌； 图3为本发明得到的沉淀前驱体SEM形貌照片； 图4为本发明得到的超细预合金粉末的SEM形貌照片。
具体实施例方式
本发明提供了一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法，下面通过附图说
明和具体实施方式
对本发明做进一步说明。
实施例1 图1为本发明采用的技术路线图；图2为本发明回收的金刚石颗粒显微形貌。首 先按照浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸体积浓度分别为0、80%和20%配制混合酸溶液；取15kg混 合酸溶液缓慢加入到装有与混合酸同体积的去离子水的搪瓷反应釜中，取lkg废弃金刚石 工具缓慢加入到上述反应釜中，反应釜加热到4(TC，保持搅拌速度为50r/min，反应过程中 不断有气泡冒出；待废弃金刚石工具完全溶解后，把反应釜内的固液混合物移至陶瓷过滤 机中过滤，分离出其中未溶解的固体颗粒，把固体颗粒用去离子水反复洗涤，直至洗涤滤出 液PH值为7 ;把洗涤后的固体颗粒在电热干燥箱中干燥，干燥温度8(TC，干燥时间8小时； 使用摇床分离把金刚石颗粒和碳化钨颗粒分离，得到的金刚石颗粒表面光洁完整。对剩余 颗粒采用200目泰勒筛筛分，回收粒度小于200目的碳化钨粉末；采用原子吸收分光光度计 测量浸出液中各种金属离子的浓度，计算出本批废弃金刚石工具中各种成分的质量分数， 铁含量为21%、钴含量为30%、铜含量为49%，加入lkg硫酸亚铁调整各组分的比例至铁 34% 、钴25% 、铜41 % ，加入氨水调整溶液pH为4，加入去离子水把溶液中的金属离子浓度 调整到0. 5mol/L ;配制草酸溶液，加入氨水调整pH值为3，加入去离子水调整草酸浓度为 0. 5mol/L，将调整后的浸出液与配制的沉淀剂溶液以相同的加料并流加入到反应釜中，所 加入的金属离子摩尔数与所加入的沉淀剂摩尔数在整个过程中其比值为1 : l，保持恒定 并持续搅拌，反应温度为60°C 、反应pH值控制在3 6，加料完成后继续搅拌30分钟，卸料 后陈化2小时，陈化温度为8(TC，得到沉淀物前驱体，图3为本发明得到的沉淀前驱体SEM 形貌照片。使用板框式压滤机把上述沉淀物前驱体与反应上清夜分离，并反复通入去离子 水洗涤其中残余的金属及酸根离子，直至洗涤滤出液pH值为7，洗涤干净后采用真空回转 干燥机干燥，干燥温度80°C ，干燥时间8小时。使用金属粉末氢气还原炉将上述干燥前驱体 以氨分解气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度60(TC，还原时间6小时，气流量2m3/ h，把还原得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装即可得到用于金刚石工具
5生产的超细金属预合金粉末，此预合金粉末激光粒度D50为8. 9 m，松装比重为1. 22g/ cm 氧含量0. 36%，图4为本发明得到的超细预合金粉末的SEM形貌照片。
实施例2 首先按照浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸体积浓度分别为30%、40%、30%配制混合酸溶 液。取8kg混合酸溶液缓慢加入到装有与混合酸同体积的去离子水的搪瓷反应釜中，取lkg 废弃金刚石工具缓慢加入到上述反应釜中，反应釜加热到8(TC，搅拌速度200r/min，反应 过程中不断有气泡冒出，待废弃金刚石工具完全溶解把反应釜内的固液混合物移至陶瓷过 滤机中过滤，分离出其中未溶解的固体颗粒，的把固体颗粒用去离子水反复洗涤，直至洗涤 滤出液pH值为7。把洗涤后的固体颗粒在电热干燥箱中干燥，干燥温度15(TC，干燥时间2 小时。使用摇床分离把金刚石颗粒和碳化钨颗粒分离，得到的金刚石颗粒表面光洁完整。对 剩余颗粒采用200目泰勒筛筛分，回收粒度小于200目的碳化钨粉末；采用原子吸收分光光 度计测量浸出液中各种金属离子的浓度，计算出本批废弃金刚石工具中各种成分的质量分 数，铁含量为36%、钴含量为10%、铜含量为34%、镍含量为20%，加入lkg硫酸钴，lkg硫 酸铜调整各组分的比例到铁24%、钴21%、铜40%、镍15X，加入氨水调整溶液pH至5，加 入去离子水把溶液中的金属离子浓度调整到lmol/L。配制草酸溶液，加入氨水调整溶液的 pH值为6，加入去离子水调整草酸浓度为1. 5mol/L，将调整后的浸出液与配制的沉淀剂溶 液以相同的加料并流加入到反应釜中，所加入的金属离子摩尔数与所加入的沉淀剂摩尔数 在整个过程中其比值为l : 1.5，并保持恒定，并且持续搅拌，反应温度为8(TC、反应pH值 控制在3 6，加料完成后继续搅拌60分钟，卸料后陈化8小时，陈化温度为40°C ，得到沉淀 物前驱体。使用板框式压滤机把上述沉淀物前驱体与反应上清夜分离，并多次反复通入去 离子水洗涤其中残余的金属及酸根离子，直至洗涤滤处液pH值为7，洗涤干净后采用振动 流化床干燥，干燥温度15(TC，干燥时间2小时。使用金属粉末氢气还原炉上述干燥前驱体 以氨分解气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度65(TC，还原时间4小时，气流量5m3/ h，把还原得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装即可得到用于金刚石工具 生产的超细金属预合金粉末，此预合金粉末激光粒度D50为12.6iim，松装比重为1. 46g/ cm3，氧含量0. 32%。 以上所述的实施例，只是本发明的几个典型的具体实施方式
，本领域的技术人员 可以在所附权利要求的范围内做出各种修改。
权利要求
一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法，其特征在于包括以下步骤(1)把浓硫酸、浓盐酸、浓硝酸按体积浓度0～30％、30％～80％、20％～30％混合并搅拌均匀，配制成混合酸溶液；(2)按照金刚石与混合酸的质量比为1∶8～1∶15，把废弃金刚石工具加入步骤1所得的混合酸溶液中溶解，并按照去离子水与混合酸的体积比为1∶0.5～1∶1的比例加入去离子水，在反应过程中要连续搅拌并控制反应温度，搅拌速度为50～200r/min，溶解温度为40～80℃；(3)采用陶瓷过滤机分离步骤2中的浸出液与固体颗粒，其中固体颗粒为金刚石和碳化钨；(4)对步骤4中的固体回收物用去离子水洗涤，去除固体颗粒表面吸附的金属离子及酸根离子，直至洗涤滤出液的pH值为7；把洗涤后的固体颗粒置于电热干燥箱中干燥，干燥温度80～150℃，干燥时间2～8小时；使用摇床分离出金刚石颗粒，对剩余颗粒采用200目泰勒筛筛分，回收粒度小于200目的碳化钨粉末；(5)采用原子吸收分光光度计测量步骤3中的浸出液中各种金属离子的浓度，计算出各种金属所占的百分含量，并添加对应的可溶性金属盐；添加去离子水来调整溶液的浓度，溶液中的金属离子浓度调整至0.5～2mol/L；采用氨水中和反应过量的酸，最终调整溶液的pH值至4～5；(6)采用草酸为沉淀剂配制浓度为0.5～2mol/L的沉淀剂溶液，并通过加入氨水溶液调整溶液的pH值到3～6；(7)把步骤5中的调整后的浸出液与步骤6中配制的沉淀剂溶液同时并流加入到反应釜中，其中，所加入的金属离子摩尔数与所加入的沉淀剂摩尔数在整个过程中的比值为1∶1～1.5，保持恒定并持续搅拌，其反应温度为40～80℃、反应pH值控制在3～6，加料完成后继续搅拌30～60分钟，卸料后陈化2～8小时，陈化温度为40～80℃，生成沉淀物前驱体；(8)使用板框式压滤机把步骤7中所得的沉淀物前驱体与反应上清夜分离，并反复通入去离子水洗涤其中残余的金属及酸根离子，直至洗涤滤出液的pH值为7，洗涤干净后采用振动流化床或真空回转干燥机干燥，干燥温度为80～150℃，干燥时间2～8小时；(9)使用金属粉末氢气还原炉把步骤8中干燥后的沉淀物前驱体以氢气或氨分解气体还原成超细金属预合金粉末，还原温度400～700℃，还原时间3～6小时，气流量2～5m3/h；(10)把步骤9中得到的超细金属预合金粉末经过破碎、筛分、合批、包装即可得到用于金刚石工具生产的超细金属预合金粉末，此预合金粉末激光粒度D50为5～15μm，松装比重为1～1.5g/cm3，氧含量＜0.8％。
2. 根据权利要求1所述的一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法，其特征在 于步骤5中所述可溶性金属盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化物。
全文摘要
本发明属于资源综合回收利用及超细金属预合金粉体制备领域，特别涉及一种废弃金刚石工具资源化综合回收利用的方法。通过对废旧金刚石工具酸浸、过滤工艺首先回收其中的金刚石及碳化钨颗粒；采用原子吸收光谱检测浸出液成分，通过添加对应的可溶性盐及去离子水调整成分及浓度，并采用化学共沉淀-还原工艺将母液中的各种有色金属制备得到超细预合金粉末。本方法可最大限度的回收废弃金刚石工具中的金刚石及碳化钨颗粒，制得的超细预合金粉末可直接应用于金刚石工具的生产中，避免了传统金属回收中采用的复杂的萃取除杂等金属离子分离工艺，具有工艺简单，成本低等特点，易于工业化规模生产。
文档编号B09B1/00GK101745514SQ200810227770
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者刘宇慧, 张景怀, 汪礼敏, 王林山, 闫世凯 申请人:北京有色金属研究总院;有研粉末新材料(北京)有限公司