СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ АЛМАЗОВ ИЗ НЕКОНДИЦИОННОГО АБРАЗИВНОГО И РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ БРОНЗОВОЙ СВЯЗКИ Российский патент 1998 года по МПК C01B31/06 C25B1/00 

Изобретение относится к производству абразивного и режущего инструмента на металлической связке электрохимическим методом и может быть использовано при рекуперации алмазов и других сверхтвердых материалов из некондиционного инструмента и отходов его изготовления.

Известны различные химические методы рекуперации алмазов из отработанного и бракованного инструмента на основе металлических связок или отходов его изготовления. Большинство из них основано на использовании минеральных кислот (HCl, HNO₃, HClO₄) и их смесей, высококонцентрированных растворов солей (FeCl₃, CuCl₂) [1]. Основным недостатком химических методов является однократное использование крайне агрессивных, экологически опасных, высококонцентрированных растворов, применение повышенных температур. В процессе рекуперации, в результате химического взаимодействия окислителя с металлами связки происходит изменение состава рабочего раствора, образование газообразных высокотоксичных трудноулавливаемых побочных продуктов. Реализация процесса требует оборудования повышенной герметичности и коррозионной стойкости.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ рекуперации алмазов из технологического передела проката и отработанного и бракованного инструмента на металлической связке, включающий электрохимическое растворение металлической связки в водном электролите, содержащем 5-15% азотной кислоты, 2-5% фторида натрия или калия, при плотности тока 900 - 1300 А/м². При рекуперации технологического передела в качестве анода используют прессовку, полученную из измельченного до размеров 1 - 3 мм передела, который затем прессуют при давлении 1500 кг/м² и спекают в атмосфере водорода при 700 - 750^oC [2].

Недостатками данного способа являются: отсутствие процессов катодного осаждения металлов связки в процессе электрохимической рекуперации ввиду сильных окислительных свойств азотной кислоты, невозможность регенерации электролита, что приводит к периодическому сбросу отработанных экологически опасных растворов и безвозвратной потере ценных цветных металлов, входящих в состав связок; образование на катоде высокотоксичных трудноутилизируемых нитрозных газов; образование в растворе большого количества мелкодисперсной металлической фазы, которая быстро выводит из строя электролит и загрязняет алмазный концентрат; использование повышенных силовых и тепловых нагрузок на алмазоносный слой при измельчении, прессовании и спекании отработанного инструмента или отходов его изготовления, что приводит к разрушению и окислению значительной части алмазных зерен и уменьшению выхода годных алмазов до 50%.

Задачей предлагаемого изобретения является осуществление процесса рекуперации алмазов с одновременным катодным извлечением металлов связки в компактной форме без протекания процессов образования экологически опасных побочных продуктов.

Для решения поставленной задачи предложен способ рекуперации алмазов из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовой связки путем электрохимического растворения в водном электролите, в котором в качестве электролита используют сернокислый раствор сульфата меди, содержащий, г/л:
Серная кислота - 100 - 200
Сульфат меди - 25 - 75
Хлорид-ионы - 5 - 10
Вода - Остальное
растворение ведут при плотности тока 700 -1500 А/м², температуре 40 - 60^oC и перемещении анодного устройства в режиме возвратно-поступательных движений, а извлечение меди осуществляют на титановом катоде с гладкой поверхностью.

Использование для рекуперации алмазов электролита с достаточно высоким содержанием ионов меди позволяет катодно утилизировать медную составляющую матричного сплава в виде компактного осадка с выходом по току 80 - 98% при катодных плотностях тока 10 - 250 А/м². При этом исключены побочные процессы выделения агрессивных газообразных продуктов. Олово может быть выделено в виде метаоловянных кислот. При необходимости электролит корректируется по меди.

В качестве катода используют титан с гладкой поверхностью, который ввиду пассивации обеспечивает легкость съема катодного осадка, обладает высокой коррозионной стойкостью и длительным ресурсом работы.

Наличие ионов меди в количестве 10 - 30 г/л не оказывает заметного влияния на уменьшение скорости растворения анода, так как ионы Cu⁺² также являются травителем, и процесс проводят при повышенных температурах (40 - 60^oC), что увеличивает растворимость и способствует устранению солевой пассивации анода. Кроме того, диффузионно-миграционные ограничения, сопровождающие процесс анодного растворения, устраняются при увеличении скорости потока электролита путем организации движения анода в режиме возвратно-поступательных движений. Интенсивность колебаний зависит от анодной плотности тока и изменяется от 30 до 60 мин^-1. При этом не только обеспечивается ускоренное транспортирование реагентов в зону и продуктов из зоны реакции, но и устраняется негативное пассивирующее влияние инертной анодной фазы (алмазов).

В качестве депассивирующей добавки в электролит вводятся ионы хлора, которые при концентрациях, превышающих критическую (> 3 г/л), ввиду своей специфической адсорбции, значительно увеличивают скорость анодного растворения. Однако при концентрации более 10 г/л и значительной поляризации на аноде может наблюдаться процесс выделения газообразного хлора, что снижает анодный выход по току и экологически небезопасно.

Из литературных источников не известен способ рекуперации алмазов и других сверхтвердых материалов из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовой связки или отходов его производства с одновременной катодной утилизацией металлов связки в электролите, содержащем, г/л: серная кислота 100 - 200, сульфат меди 25 - 75, хлорид-ионы 3 - 10, вода - остальное, при анодной плотности тока 700 - 1500 А/м², температуре 40 - 60^oC, перемещении анодного устройства в режиме возвратно-поступательных движений, где извлечение меди осуществляется на титановом катоде с гладкой поверхностью, и нами предлагается впервые.

Пример . Предварительно очищенный от механических загрязнений и химически обезжиренный (ГОСТ 9.305-84) отработанный инструмент на металлической связке, содержащей 80% меди и 20% олова, был подвергнут электрохимической рекуперации в водном электролите следующего состава, г/л:
Серная кислота - 150
Сульфат меди - 50
Хлорид-ионы - 7
Анодная плотность тока - 1000 А/дм²
Температура - 50^oC
Интенсификация гидродинамического режима проводилась путем организации движения анода в режиме возвратно-поступательных движений. Интенсивность колебаний 60 мин^-1. В качестве катода использовали титан марки ВТО с гладкой поверхностью.

При этом анодный выход по току составил 158%. Металлическая составляющая связки извлекалась на катоде в компактной форме с выходом по току 96%. Скорость анодного растворения - 1864 г/А•м². Кратность использования электролита - 100 циклов.

Аналогично был проведен ряд опытов при граничных значениях заявляемых параметров, результаты которых приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет при рекуперации алмазов одновременно извлекать металлическую составляющую связки с катодным выходом по току 80-98%, многократно использовать рабочий электролит, при соизмеримых с прототипом анодным выходом по току и скоростью анодного растворения.

Предлагаемый способ дает возможность рекуперировать алмазы из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовых связок и отходов его производства, утилизировать металлы связки в форме, пригодной для дальнейшего использования, предотвратить сброс экологически опасных отработанных растворов и выброс в атмосферу агрессивных трудноутилизируемых газообразных побочных продуктов, кроме того, способ прост в аппаратурном оформлении, обслуживании и автоматизации.

Очищенный от механических загрязнений и химически обезжиренный инструмент на бронзовой связке обрабатывают в водном электролите состава, г/л: серная кислота 100-200, сульфат меди 25-75, хлорид-ионы 5-10, вода - остальное, при плотности тока 700-1500 А/м², 40-60^oC. Анод перемещают возвратно-поступательно. Медь извлекает на титановом катоде с гладкой поверхностью. Катодный выход по току 80-98%, скорость растворения 1239-3062 г/ч, кратность использования раствора электролита 100-120 циклов, отсутствуют экологически опасные побочные продукты. 1 табл.

Способ рекуперации алмазов из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовой связки путем электрохимического растворителя в водном электролите, отличающийся тем, что в качестве электролита используют сернокислый раствор сульфата меди, содержащий, г/л:
Серная кислота - 100-200
Сульфат меди - 25-75
Хлорид-ионы - 5-10
Вода - Остальное
растворение ведут при плотности тока 700-1500 А/м², температуре 40-60^oC и перемещении анодного устройства в режиме возвратно-поступательных движений, а извлечение меди осуществляют на титановом катоде с гладкой поверхностью.