Способ рекуперации алмазов из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовой связки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ АЛМАЗОВ ИЗ НЕКОНДИЦИОННОГО АБРАЗИВНОГО И РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ БРОНЗОВОЙ СВЯЗКИ(71) Заявитель Белорусский государственный технологический университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный технологический университет(57) Способ рекуперации алмазов из некондиционного абразивного и режущего инструмента на основе бронзовой связки, путем электрохимического растворения связки 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,а растворение ведут при плотности тока 700 - 1500 А/м 2 и температуре 40 - 60 С . 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 (НС, Н 3, 4) и их смесей, высококонцентрированных растворов солей (3, 2). 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/м 2. 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/м 2 и спекают в атмосфере водорода при 700 750 1. 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 2321 1 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/м 2, температуре 40 - 60 С. 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/м 2. 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 С 2 также являются травителем, и процесс проводят при повышенных температурах (40- 60 С), 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 неизвестен 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/м 2, температуре 40 - 60 С, и нами предлагается впервые. Изобретение поясняется примером 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/дм 2. Температура 50 С. 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. 2321 1 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/Ам 2. 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. При- Состав водного мер электролита, г/л Анодный выход по току,ВТа,158 152 163 165 140 133 168 150 173 144 170 Извлечение металлов связки с ВТк,Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. для всех случаев кратность использования растворов - 100-120 циклов процесс рекуперации алмазов протекает без образования экологически опасных побочных продуктов однократное использование электролита, образование металлической фазы в растворе, катодное выделение нитрозных газов