СПОСОБ СОРТИРОВКИ ПРИРОДНЫХ АЛМАЗОВ ПО СТЕПЕНИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2000 года по МПК B03C1/05 

Изобретение относится к способам разделения зернистого материала по степени шероховатости поверхности зерен и может быть использовано в обогащении или при производстве сверхтвердых порошков.

Известно, что на эффективность работы правящего и бурового инструментов влияет однородность свойств используемых для их изготовления алмазных порошков, которая в свою очередь зависит от размеров, формы зерен, примесей и шероховатости поверхности. Так, зерна правильной формы с шероховатой поверхностью имеют низкую прочность, поэтому, попадая в готовый (целевой) продукт, снижают его среднюю прочность и способствуют увеличению неравномерности порошка по прочности, что отрицательно сказывается на работоспособности инструмента.

Известен способ сортировки синтетических алмазов по степени шероховатости поверхности путем флотации, основанный на избирательной адсорбции шероховатыми и гладкими гранями определенного типа соединений из раствора. При этом в результате сортировки синтетических алмазов флотацией в камерный продукт собираются алмазы с шероховатой поверхностью, а в пенный продукт - с гладкой поверхностью, содержание которых составляет до 80% (Богатырева Г.П. Сортировка по прочности флотацией //Синтетические алмазы. - 1972. - N 3. - с 23-35).

Недостатком данного способа является низкая эффективность разделения, т. к. наряду с прочными зернами попадает около 40% слабых зерен, что приводит к засорению обогащенного продукта.

Известен способ разделения синтетических алмазов по шероховатости поверхности в воздушном потоке, основанный на аэродинамических характеристиках зерен (скорость витания, коэффициент лобового сопротивления) (Новиков Н.В. и др. Аэродинамический метод разделения синтетических алмазов// Сверхтвердые материалы. - 1983. - N 6 - с. 29-33). Эффективность процесса проверялась при разделении шлифпорошков АС32 крупностью 250/200 мкм.

Недостатком данного способа является то, что воздушной сепарации подвергаются зерна только изометричной формы, а при выделении зерен имеющих удлиненную или уплощенную форму, эффективность процесса снижается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ магнитной сепарации зернистого материала с различной шероховатостью поверхности. Способ включает декорирование зернистого материала ферромагнитным порошком при совместном их перемешивании в планетарной мельнице, удаление избытка ферромагнитного порошка и последующую магнитную сепарацию декорированного продукта (А.С. N 1312811 СССР МКИ B 03 C 1/00. Способ магнитной сепарации зернистого материала с различной шероховатостью поверхности. Невструев Г. Ф. и др. - N 3916488/03; Заявлено 01.07.85; опубл. 27.12.95 - 2 с.).

Однако данный способ не дает достаточно высокой эффективности при сортировке природных алмазов. Повышенный режим декорирования может сказаться на сохранности, при более щадящем режиме декорирование будет некачественным. При этом в данном способе использованы синтетические алмазы мелких классов крупности. В то же время использование магнитной сепарации, простого способа, не требующего больших затрат, для разделения немагнитных частиц представляет большой интерес.

Целью изобретения является повышение эффективности сортировки за счет увеличения контрастности при адгезионном закреплении ферромагнитного порошка на поверхности зернистого порошка.

Поставленная цель достигается тем, что в способе сортировки природных алмазов по степени шероховатости поверхности, включающем декорирование зернистого материала ферромагнитным порошком при совместном их перемешивании, удаление избытка ферромагнитного порошка и последующую магнитную сепарацию зернистого материала, перед декорированием материал сортируют по форме зерен, декорирование осуществляют в присутствии жидкости, подавая ее в количестве 0,4-0,5% от массы материала, а перед удалением избытка ферромагнитного порошка зернистый материал сушат.

А на декорирование в качестве жидкости подают воду.

На декорирование в качестве жидкости подают этиловый спирт.

Причем количество подаваемого на декорирование ферромагнитного порошка составляет 0,4-1,0% в зависимости от крупности зернистого материала.

Удаление избытка ферромагнитного порошка проводят вибрацией и вакуумным отсосом.

Удаление магнитного продукта в процессе магнитной сепарации проводят воздушной оттяжкой.

Природные алмазы представляют собой сложный материал для сортировки, так как имеют большое разнообразие как по форме зерен, так и по характеристике их поверхности: от гладкогранных монокристаллов и зерен с различной степенью скульптированности до рыхлых агрегатированных зерен.

Предлагаемый способ позволяет достаточно эффективно выделять зерна с различной степенью шероховатости поверхности и, следовательно, различной прочностью зерен, в отдельные продукты. При этом резкоступенчатые монокристаллы могут быть использованы при изготовлении сегментов к штрипсовым пилам, а монокристаллические (гладкогранные) зерна - для правящего и бурового инструментов.

Селективность разделения материала основана на том, что в процессе декорирования поверхности алмазных зерен ферромагнитные частицы, попадая в поры, трещины, неровности агрегатированных сростков мелких алмазов (рыхлые зерна), на неровные (раковистые) сколы обломков зерен немагнитных материалов, придают большие магнитные свойства тем из них, которые имеют большую шероховатость поверхности. Для улучшения адгезионного закрепления ферромагнитного порошка декорирование проводят в присутствии жидкости.

Рассеянный зернистый материал перед декорированием сортируют по форме зерен, выделяя алмазы округлой (изометричной), удлиненной и уплошенной форм, что позволяет исключать влияние данных факторов на последующую магнитную сепарацию. Чем однороднее по форме зерен будет исходный материал, тем больше будет дискретность магнитных свойств между гладкогранными и шероховатыми зернами, а следовательно, эффективнее процесс их разделения (сепарации). Экспериментальные данные занесены в таблицу.

Смачивание поверхности алмазных зерен и ферромагнитного порошка, например, спиртом или водой увеличивает адгезию (т.е. слипание разнородных твердых и жидких тел, соприкасающихся своими поверхностями, обусловленное межмолекулярным взаимодействием), при этом ферромагнитный порошок лучше закрепляется на поверхности зернистого материала. Акт декорирования заключается в многократном повторении контакта частиц между собой, что позволяет получать достаточно гомогенную смесь, в которой зернистый материал полностью покрыт ферромагнитным материалом. Таким образом, создаются условия для избирательного декорирования поверхности природных алмазов, при которых различия в магнитных свойствах разделяемых немагнитных материалов увеличиваются.

Количество жидкости определялось экспериментальным путем, при дозировке менее 0,4% жидкости оказывается недостаточно для смачивания всей поверхности; при дозировке более 0,5% частицы ферромагнитного порошка "стекают" с поверхности зернистого материала, не закрепляясь на ней. При декорировании спирт или вода не вносят дополнительно вредных примесей, которые было бы сложно удалять.

При сушке декорированного материала ферромагнитные частицы размером менее 5 мкм (до 90%) лучше закрепляются в трещинах, порах, на неровных (раковистых) сколах шероховатых зерен и при этом удаляется используемая при декорировании жидкость, это позволяет еще более подчеркнуть контрастность декорированных зерен.

Дозировка ферромагнитного материала зависит от крупности используемого зернистого материала (класса -3+0,5 мм). В данную крупность входят следующие зернистости узкого диапазона размерности (согласно ГОСТ 9206-80), мкм: 1400/1250, 1250/1000, 1000/800, 800/630, 630/500. Установлено, что чем крупнее зерно, тем больше материала необходимо для его декорирования. Уменьшение доли ферромагнитного порошка приводит к тому, что на отдельных участках шероховатых зерен остаются зоны, непокрытые ферромагнитным порошком (из-за его недостатка). При этом ухудшается селективность разделения материала, т. к. дискретность (разница) магнитных свойств между гладкогранными и шероховатыми зернами минимальна, что ведет к увеличению заброса шероховатых зерен в немагнитный продукт, снижая его однородность (качество), следовательно, прочность. Увеличение доли ферромагнитного порошка приводит к уменьшению выхода немагнитного продукта за счет снижения дискретности магнитных свойств, т. к. ферромагнитный порошок остается на поверхности гладкогранных зерен, что ведет к их потерям с магнитным продуктом. Таким образом, отклонение параметров от указанных значений 0,4-1,0% в зависимости от крупности материала приводит к общему снижению эффективности заявляемого способа.

Удаление избытка ферромагнитного порошка проводится на вибрационном грохоте типа FRITSCH с вакуумным отсосом (с помощью пылесоса или вакуумной установки). Под действием вибрации и воздушного потока (отсос), который обтекает гладкогранные зерна и снимает случайно налипшие ферромагнитные частицы с их поверхности, для шероховатых зерен в областях трещин, создается режим завихрения и ферромагнитные частицы еще больше забивают поверхности шероховатых зерен, и дополнительно закрепляются на них. Таким образом, создаются условия, при которых различия в магнитных свойствах разделяемых немагнитных материалов увеличиваются.

Удаление (съем) магнитного продукта проводят непосредственно с ролика магнитного сепаратора путем воздушной оттяжки в зоне подъема магнитных зерен непосредственно с магнитного ролика. Эта зона находится выше уровня удаления немагнитных зерен, что исключает попадание магнитных зерен в немагнитный продукт.

Пример конкретной реализации. Предварительно классифицированный по крупности зерен алмазный порошок зернистостью 1250/1000 мкм сортируется по форме, выделяя алмазы округлой (изометричной), удлиненной и уплощенной (неизометричной) форм. Алмазный порошок обрабатывается в растворе перманганата калия (0,01 г/мл) путем замачивания (в течение 0,5 часа), затем раствор сливается и высушенный (в сушильном шкафу), остывший алмазный порошок в количестве 1000 карат засыпается совместно с ферромагнитным порошком (гамма окиси железа) и жидкостью в определенных количествах в барабан планетарной мельницы типа FRITSCH. Декорирование проводится при взаимном их перемешивании в центробежном поле при скорости вращения n=220 об/мин, в течение 5 мин. Затем содержимое выгружается и сушится. Удаление избытка гамма окиси железа проводится на вибрационном грохоте типа FRITSCH с воздушным отсосом (с помощью пылесоса). Освобожденный от избытка гамма окиси железа алмазный порошок направляется на магнитную сепарацию, которая проводится на модернизированном магнитном сепараторе типа 138Т с воздушной оттяжкой магнитного продукта непосредственно с ролика магнитного сепаратора. Магнитная сепарация проводится в две стадии с выделением трех кондиционных продуктов: немагнитного, промежуточного и магнитного. На первой стадии в немагнитную фракцию выделяется высокопрочный продукт (гладкогранные зерна) и магнитный продукт; на второй стадии проводится перечистка магнитного продукта с получением промежуточного продукта (слабоскульптированные зерна) и магнитного продукта (шероховатые зерна, т.е. зерна с развитой поверхностью и агрегаты). Данные по содержанию гладкогранных, слабоскульптированных и шероховатых зерен в исходном и полученных продуктах приведены в таблице.

Выводы по таблице. Прочность получаемых продуктов классов (-3+0,5мм) с высоким содержанием монокристаллических зерен не определялась, т.к. при ее замерах по методике ГОСТ 9206-80 остаются неразрушенные зерна, из-за ограниченной разрушающей способности аппарата, что искажает данные по прочности порошков. Поэтому оценку эффективности предлагаемого способа проводили по содержанию гладкогранных, слабоскульптированных и шероховатых зерен в исходном и полученных продуктах.

Учитывая различное содержание гладкогранных, слабоскульптированных и шероховатых зерен в исходном материале и возможность более гибкого выбора режима для разделения материала по шероховатости поверхности были выбраны следующие параметры дозировки ферромагнитного материала, по размерностям:
(1400/1250 - (08-1,0%); 1250/1000 - (0,6-1,0); 1000/800 - (0,4-0,5%); 800/630 - (0,4-0,5); 630/500 - (0,4-0,5%).

В примере 1 (см. табл.) - при декорировании алмазного материала ферромагнитным порошком (1,0%) жидкость не использована и нет воздушной оттяжки магнитного продукта (прототип).

В примере 2 - при декорировании алмазного материала ферромагнитным порошком (1,0%) использовался спирт (0,5%) и магнитный продукт удалялся воздушной оттяжкой.

В примере 3 - в качестве жидкости использованы вода (0,5%) и воздушная оттяжка магнитного продукта.

Во всех трех примерах магнитная сепарация проводилась в две стадии при равных условиях (напряженности магнитного поля) и получено по три продукта: немагнитный, промежуточный, магнитный. Согласно проведенной визуальной оценке характеристики поверхности полученных продуктов (см. табл.) видно, что:
- в первом примере: 28,8% шероховатых зерен попадает в немагнитный продукт (гр.16) из-за недостаточной контрастности магнитных свойств между гладкогранными и шероховатыми зернами (на шероховатых зернах имеются участки, незадекорированные ферромагнитным порошком), при этом содержание гладкогранных зерен составляет 34% (гр.14). Эффективность обогащения немагнитного продукта гладкогранными зернами составляет 37,8% (гр.22). В промежуточном продукте содержание слабоскульптированных зерен составляет 32% (гр.15), а эффективность обогащения данного продукта слабоскульптированными зернами (гр. 23) - 1,0%, при этом в промежуточном продукте высокое содержание шероховатых зерен (гр.16) - 53,3%. В магнитном продукте содержание шероховатых зерен (гр.16) - 72,5%, а эффективность обогащения магнитного продукта шероховатыми зернами (гр.24) составила 29,1%;
- во-втором и третьем примерах: содержание гладкогранных зерен в немагнитном продукте (гр.14) составило 78,2 и 82,2%, а эффективность обогащения немагнитного продукта гладкогранными зернами (гр.22) соответственно 75,3 и 67,5%. В промежуточном продукте содержание слабоскульптированных зерен (гр. 15) соответственно 60,5% и 58,2%, эффективность обогащения данных продуктов (гр. 23) - 34,5 и 35,1%. В магнитном продукте содержание шероховатых зерен (гр. 16) соответственно 80,6 и 79,4%, а эффективность обогащения магнитного продукта шероховатыми зернами (гр.24) - 68,1 и 65,1%, при этом в магнитном продукте нет заброса гладкогранных зерен, т.е. при использовании жидкости (спирта или воды) в процессе декорирования алмазного материала ферромагнитным порошком и использовании воздушной оттяжки магнитного продукта повысилось качество полученных продуктов, их однородность. Исключена возможность заброса шероховатых зерен и немагнитный продукт.

В примерах 4 и 5 приведены характеристики продуктов, полученных при использовании другой дозировки ферромагнитного порошка (0,6%) для зернистого материала с изометричной формой зерен - пример 4 и неизометричной формой зерен пример 5, при этом в качестве жидкости использована вода. Содержание гладкогранных зерен (гр.14) в примерах 4 и 5 составило 83,1 и 81,4%, а эффективность обогащения данных продуктов (гр.22) - 51,6 и 59,3% соответственно. В промежуточном продукте содержание слабоскульптированных зерен (гр.15) - 51,4 и 53,9%, а эффективность обогащения данных продуктов (гр.23) - 28,6 и 33,1%. В магнитном продукте содержание шероховатых зерен (гр. 16) соответственно 73,0 и 68,4%, а эффективность обогащения (гр.24) 53,2 и 57,3%.

Таким образом, предлагаемый способ сортировки природных алмазов по степени шероховатости позволяет получать продукты с различной шероховатостью поверхности, а следовательно, с различной прочностью зерен. При этом получаются три продукта, однородных по своему составу:
I - высокопрочный продукт с содержанием гладкогранных зерен до 83%;
II - продукт с содержанием слабоскульптированных зерен до 60%;
III - низкопрочный продукт с содержанием шероховатых зерен до 80%.

Следовательно, предлагаемый способ позволяет эффективно сортировать природные алмазы по степени шероховатости поверхности.

Изобретение относится к способам разделения зернистого материала по степени шероховатости поверхности зерен и может быть использовано в обогащении или при производстве сверхтвердых порошков. Способ включает декорирование зернистого материала ферромагнитным порошком при совместном их перемешивании, удалении избытка ферромагнитного порошка и последующую магнитную сепарацию зернистого материала. Перед декорированием материал сортируют по форме зерен, декорирование осуществляют в присутствии жидкости, подавая ее в количестве 0,4-0,5% от массы материала, а перед удалением избытка ферромагнитного порошка зернистый материал сушат. На декорирование в качестве жидкости подают воду или этиловый спирт. Изобретение позволяет повысить эффективность сортировки за счет увеличения контрастности при адгезионном закреплении ферромагнитного порошка на поверхности зернистого материала. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ сортировки природных алмазов по степени шероховатости поверхности, включающий декорирование зернистого материала ферромагнитным порошком при совместном их перемешивании, удаление избытка ферромагнитного порошка и последующую магнитную сепарацию зернистого материала, отличающийся тем, что перед декорированием материал сортируют по форме зерен, декорирование осуществляют в присутствии жидкости, подавая ее в количестве 0,4 - 0,5% от массы материала, а перед удалением избытка ферромагнитного порошка зернистый материал сушат. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на декорирование в качестве жидкости подают воду. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на декорирование в качестве жидкости подают этиловый спирт. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество подаваемого на декорирование ферромагнитного порошка составляет 0,4 - 1,0% в зависимости от крупности зернистого материала. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление избытка ферромагнитного порошка проводят вибрацией и вакуумным отсосом. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление магнитного продукта в процессе магнитной сепарации проводят воздушной оттяжкой.