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                    人造金剛石的提純

                    關鍵詞 人造金剛石 , 提純|2022-09-01 09:18:11|技術信息|來源 中國超硬材料網
                    摘要 人造金剛石的后處理包括提純、分選、檢測三大工序。其中,提純是清除合成試料中未反應的石墨及混雜在試料中的觸媒金屬、葉蠟石等雜質,從而獲得純凈的金剛石。一、金剛石合成棒的成分和物理化學...

                           人造金剛石的后處理包括提純、分選、檢測三大工序。其中,提純是清除合成試料中未反應的石墨及混雜在試料中的觸媒金屬、葉蠟石等雜質,從而獲得純凈的金剛石。

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                           一、金剛石合成棒的成分和物理化學性質

                           合成棒由石墨、觸媒和葉蠟石組成,經高壓高溫反應后,石墨部分地轉變成金剛石。反應后的產物除金剛石外,還有未反應的石墨、觸媒金屬及其它化合物,同時還混雜有少量的葉蠟石碎屑,它們相互牢固地粘在一起,把金剛石嚴嚴實實地包裹起來。要想得到符合工業使用的純凈金剛石,必須把包裹物和雜質一一清除。

                    首先應了解合成棒中各種成分的物理化學性質,才能選擇簡單、無毒、迅速、經濟的提純處理方法。

                           1、金剛石的化學穩定性高,不與酸、強氧化劑反應,在溫度不高的情況下不與強堿反應,也不被電解;

                           2、石墨的化學穩定性較金剛石弱得多,在加熱的條件下,易被強氧化劑氧化;

                           3、觸媒金屬與多種酸起反應,也容易被電解;

                           4、葉蠟石與堿起反應。

                           根據每種物質的性質,我們可以分別選取合適的方法提純金剛石。

                           二、提純處理方法的選擇

                           人造金剛石的提純處理,實質上就是將合成反應物中的少量金剛石用選礦的方法將其分離出來的過程。

                           選礦的基礎是根據礦物的物化性質,如粒度、形狀、顏色、比重、摩擦系數、磁性、電性等的不同,選擇不同的方法將它們加以分離。

                           眾所周知,金剛石與石墨、觸媒金屬及葉蠟石等雜質的物化性質有較大的差別,因此,人造金剛石的提純處理有多種方法。工業中最常用的方法有化學法和物理法。

                           化學法是利用試料中各反應物之間化學性質的差異采取的處理方法。一般這種方法能夠將雜質完全除凈,但缺點是消耗酸、堿量大,成本較高,污染環境嚴重。

                           物理法是利用各物質間物理性質,如比重、摩擦系數、磁性、電性等不同而分選的方法。這種方法比較簡單、經濟,其缺點是雜質分離不徹底,最后還需借助于化學法做進一步的凈化處理。

                           由于化學法和物理法各有優缺點,因此,在人造金剛石提純過程往往用這兩種方法聯合處理。人造金剛石的提純環節很重要,這里的提純指的是去除剩余觸媒中的金屬、石墨及葉蠟石等。也就是傳統的“三除”工藝。

                           1、  觸媒金屬的去除

                           除觸媒金屬一般會使用酸浸處理、電解處理兩種方法。

                           酸浸處理會耗用大量的強酸,增加成本,對操作者健康也有害,而且污染大氣環境和水資源。

                           電解法是國際上普遍采用方法,該方法經濟效益高,而且污染少,工藝也比較成熟。

                           通過液壓設備把合成棒破碎為 5~10 mm 的顆粒,投入到以鹽酸體系為電解母液的電解池中進行電解,電解時間一般在90~100 h。此種方法的優點是能夠快速提取合成料中的觸媒金屬,提取率可達到95%以上,其成本投入不高,經濟效益突出。

                           2、石墨及無定型碳的去除

                           用硝酸、硫酸和高氯酸等除石墨和無定型碳。硝酸、硫酸、氧化劑按照比例混合后,加入金剛石混料中,把金剛石全部浸沒,將酸液加熱到 280 ℃,可有效去除石墨及無定形碳。用來處理金剛石的氧化劑需要全部回收,不僅可大幅度降低成本,還可減少環境污染。

                           對石墨及無定型碳的去除有以下方式供參考:

                           (1)球磨金剛石后浮選去除粉末石墨,以硝酸浸泡加入硫酸,提高反應速度,去除石墨的同時,還去掉少量金屬殘渣。

                           (2)在550~600℃高溫環境中,將氧化劑和金剛石混合,利用和分子氧的選擇性氧化,去除無定型碳。

                           3、葉蠟石的去除

                           堿熔法去除葉蠟石最為普遍的方法。因為葉蠟石為硅酸鹽,和氫氧化鈉生成硅酸鈉,易溶于水,以水洗方式可有效去除。對葉臘石高溫處理后,會生成柯英石、藍晶石,和氫氧化鈉反應后被去除。

                           為了容易去除金剛石中的葉蠟石,最好在除葉蠟石之前先用球磨機進行研磨,使粗粒葉蠟石細化。另外,也能使金剛石連晶分成單晶體,對質量差的金剛石也能進行破碎整形。 

                           參考文獻:王光祖 《超硬材料


                     

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