СОСТАВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛМАЗА И/ИЛИ КУБИЧЕСКОГО НИТРИДА БОРА Российский патент 1998 года по МПК C01B31/06 C01B21/64 

Изобретение относится к извлечению (рекуперации) сверхтвердых материалов (СМ) - алмаза и кубического нитрида бора (КНБ) из использованного абразивного инструмента, содержащего в качестве наполнителя электрокорунд (α-Al₂O₃), и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и использующих абразивный инструмент на основе сверхтвердых материалов.

Известен процесс извлечения алмаза из шламов (отходов), содержащих глиноземные и силикатные соединения, образующиеся при обработке керамических материалов на шлифовальных алмазных кругах, путем нагревания шламов с бурой или с бурой и фторидом калия при 700 - 1000^oC в неокислительной атмосфере (Патент США N 3644094, НКИ: 23-209.9, 1970).

Одной из задач изобретения является извлечение алмаза из шламов, содержащих корунд, за счет растворения последнего.

Известен состав для извлечения эльбора (фирменное название КНБ) из концентрата, содержащего электрокорунд, представляющего собой смесь буры и соды в соотношении 3 : 1 (Авторское свидетельство СССР N 420555, C 01 B 21/064, 1974). Процесс извлечения проводят при 800 - 900^oC.

Задачей изобретения является извлечение КНБ из отработанного инструмента на керамической связке, содержащей электрокорунд.

Известен состав для выделения кубического нитрида бора из смеси его с гексагональным нитридом бора, содержащий эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов или их смесей с водой (Патент США N 3661521, НКИ: 423-290, 1972). Процесс проводят при температуре около 300^oC.

Задачей изобретения является удаление примеси гексагонального нитрида бора и извлечение кубического нитрида бора из продуктов его синтеза.

Известный состав является наиболее близким аналогом к заявляемому составу по совокупности признаков, однако использование его для извлечения СМ из использованного абразивного инструмента на связке из электрокорунда неэффективно.

Задачей изобретения является разработка нового состава, позволяющего эффективно использовать его для извлечения шлифзерна и особенно шлифпорошков алмаза и кубического нитрида бора в диапазоне зернистостей от 28 до 200 мкм из использованного и бракованного абразивного инструмента на керамической связке, содержащей электрокорунд в качестве наполнителя.

Другой задачей изобретения является повышение степени извлечения СМ из шламов, содержащих алюмосиликатные отходы, образующиеся при шлифовании керамических материалов кругами из алмаза и кубического нитрида бора. Другой задачей является снижение температуры процесса извлечения СМ практически при полном отсутствии потерь алмаза и кубического нитрида бора мелких фракций (28 - 60 мкм).

Поставленная задача достигается тем, что состав для извлечения алмаза и кубического нитрида бора содержит эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов, добавку, образующую комплексное соединение с алюминием и выбранную из ряда: щавелевая кислота, винная кислота, лимонная кислота, одна из солей аммония, калия, натрия, лития указанных кислот, противоокислительную добавку, в качестве которой используют по крайней мере один из хлоридов щелочного или щелочноземельного металла, выбранного из ряда: хлорид калия, натрия, лития или кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Добавка, образующая комплексное соединение с алюминием - 5 - 25
Противоокислительная добавка - 1 - 5
Эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов - До 100
при этом состав преимущественно содержит эвтектический расплав гидроксидов натрия и лития, в качестве добавки, образующей комплексное соединение с алюминием, преимущественно содержит щавелевую кислоту или ее соли, в качестве противоокислительной добавки состав содержит преимущественно хлорид натрия или кальция.

Извлечение СМ основано на инертности алмаза и кубического нитрида бора к предложенному составу и растворении электрокорунда, при этом щавелевая кислота, винная кислота, лимонная кислота и их соли ускоряют процесс растворения, т. е. переход α-Al₂O₃ в алюминаты, за счет образования комплексных соединений типа: [Al(C₂O₄)] Cl, Na₃[Al(C₂O₄)₃], Na[Al(C₂O₄)₂], [Al(₄O₆H₄)] Cl и других.

Хлориды натрия, калия, лития или кальция препятствуют окислению СМ и позволяют проводить процесс в окислительной среде.

Пример 1.

Берут 100 г промышленного концентрата, предназначенного для изготовления алмазного абразивного инструмента, содержащего 40 г шлифпорошка алмаза 100/80 мкм и 60 г электрокорунда 60/40 мкм, помещают концентрат в тефлоновую ванну, засыпают 300 г состава при следующем соотношении компонентов, мас.%: эвтектический расплав гидроксидов калия и лития - 70, щавелевокислый натрий - 25 и хлорид натрия - 5. Содержимое ванны помещают в муфельную печь и выдерживают при температуре 230^oC в течение 1,5 часов, затем охлаждают, выщелачивают и промывают водой, остаток отделяют и высушивают. Выделенный остаток в количестве 40 г представляет собой по данным рентгенофазового анализа - алмаз, не содержащий примеси корунда.

При такой обработке порошок корунда перешел в растворимое состояние в виде алюминатов щелочных металлов.

После выделения алмаза, промывные воды упаривают и направляют на утилизацию, либо на нейтрализацию кислотных стоков, либо в качестве коагулянтов для очистки сточных вод.

Пример 2.

Рабочий слой использованного круга АПП 200х3х10х75, содержащий в первоначальном концентрате шлифпорошок алмаза АСР 100/80 мкм в количестве 25% и 37,5% порошка электрокорунда 80/63 мкм, отделяют от основы и измельчают до частиц 1 - 2 мм. Берут 100 г измельченного порошка, удаляют металлическую связку обработкой в минеральной кислоте, остаток в количестве 65 г помещают в тефлоновую ванну, засыпают 300 г состава, содержащего в мас.%: эвтектическую смесь гидроксидов натрия и лития - 94, виннокислый калий - 5 и хлорид лития - 1. Содержимое ванны выдерживают в муфельной печи при 250^oC в течение 1 часа, охлаждают, выщелачивают и промывают водой, остаток отделяют и высушивают. Выделенный остаток в количестве 24 г (96%) представляет собой алмаз без примеси корунда. Степень извлечения алмаза составляет 96%, потери в количестве 4% кажущиеся и объясняются изменением концентрации алмаза в процессе работы круга. Фракционный состав выделенного порошка алмаза не изменился и основная его фракция, более 70% - это 100/80 мкм, что позволяет использовать алмаз повторно для изготовления абразивного круга.

Пример 3.

Готовят искусственную смесь из порошков кубического нитрида бора марки КО 50/40 мкм и электрокорунда 28/20 мкм в соотношении 1:1 по массе. Берут 100 г приготовленной смеси и обрабатывают ее при 200^oC в течение 2 часов составом, содержащим в мас.%: эвтектическая смесь гидроксидов калия и натрия - 88, лимоннокислый калий - 10 и хлорид кальция - 2. После выщелачивания и промывки водой, остаток отделяют и высушивают. По данным рентгенофазного анализа - это кубический нитрид бора без примеси оксида алюминия. Размер частиц кубического нитрида бора не изменился, поэтому он может быть использован повторно.

Количество примеров, представленных в описании, не ограничивает возможности использования других компонентов предложенного состава.

Использование других составов, содержащих такие добавки как щавелевая, винная, лимонная кислота или аммонийные соли указанных кислот, также показывают полное растворение электрокорунда и полное извлечение СМ из использованного инструмента, шламов и отходов.

Возможно использование также в качестве комплексообразующих добавок кристаллогидратов солей, кислых солей и двойных солей калия и натрия указанных кислот.

Предложенный состав может быть использован для извлечения алмаза и кубического нитрида бора при их совместном присутствии, а также для извлечения СМ из продуктов их синтеза, в случае использования алюминия или оксида алюминия в качестве добавок в исходную шихту для синтеза сверхтвердых материалов.

Процесс использования состава безотходен, т. к. после извлечения сверхтвердых материалов, промывные воды, содержащие алюминаты щелочных металлов могут быть использованы в качестве коагулянтов при очистке сточных вод.

Изобретение предназначено для рекуперации сверхтвердых материалов и может быть использовано при извлечении алмаза и кубического нитрида бора из использованного абразивного инструмента. Отходы инструмента, содержащие алмаз и/или кубический нитрид бора, обрабатывают составом, содержащим, мас. %: добавка, образующая комплексное соединение с алюминием, 5-25; противоокислительная добавка 1-5; эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов до 100, в муфельной печи при 200-250^oС охлаждают, выщелачивают, промывают водой, отделяют и высушивают. Степень извлечения алмаза и/или кубического нитрида бора 96%. Промывные воды содержат алюминаты щелочных металлов и могут быть использованы как коагулянты. 3 з.п. ф-лы.

1. Состав для извлечения алмаза и/или кубического нитрида бора, содержащий эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов, добавку, образующую комплексное соединение с алюминием и выбранную из ряда: щавелевая кислота, винная кислота, лимонная кислота, одна из солей аммония, калия, натрия, лития указанных кислот и противоокислительную добавку, в качестве которой используют по крайней мере один из хлоридов щелочного или щелочноземельного металла, выбранного из ряда: хлорид калия, натрия, лития или кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Добавка, образующая комплексное соединение с алюминием - 5 - 25
Противоокислительная добавка - 1 - 5
Эвтектический расплав гидроксидов щелочных металлов - До 100
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он преимущественно содержит эвтектический расплав гидроксидов натрия и лития. 3. Состав по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он в качестве добавки, образующей комплексное соединение с алюминием, содержит щавелевую кислоту или ее соли. 4. Состав по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что он в качестве противоокислительной добавки содержит преимущественно хлорид натрия или кальция.