Способ рекуперации алмазов из отработанного абразивного и режущего инструмента или отходов его производства на металлической связке

25 1/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ АЛМАЗОВ ИЗ ОТРАБОТАННОГО АБРАЗИВНОГО И РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ИЛИ ОТХОДОВ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВЯЗКЕ(71) Заявитель Белорусский государственный технологический университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный технологический университет(57) 1. Способ рекуперации алмазов из отработанного абразивного и режущего инструмента или отходов его производства на металлической связке, содержащей по меньшей мере железо, медь и олово, включающий электрохимическое растворение металлической связки в водном электролите, отличающийся тем, что в качестве электролита используют хлоридно-сульфатный электролит, содержащий, г/л соляную кислоту 30-40 серную кислоту 20-100 фторид-ионы 5-10 аминоуксусную кислоту 0,4 препарат ОС-20 1,0 воду остальное,растворение ведут при плотности тока 100-2000 А/м 2, температуре 40-60 С и вибрации анодного устройства до содержания ионов железа в растворе 50-60 г/л, при этом медь и олово осаждают на титановом катоде с гладкой поверхностью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролит после рекуперации подвергают химической регенерации и возвращают в процесс. 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 или отходов его производства. 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 (, 3, НС 4) и их смесей, высококонцентрированных растворов солей (еС 3, 2) 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 3529 1 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 С 2. Недостатками данного способа являются отсутствие катодного извлечения металлов связки в процессе электрохимической рекуперации, 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 без протекания процессов образования экологически опасных побочных продуктов. Для решения поставленной задачи предложен способ рекуперации алмазов из отработанного абразивного и режущего инструмента или отходов его производства на металлической связке, содержащей по меньшей мере железо, медь и олово, включающий электрохимическое растворение металлической связки в водном хлоридно-сульфатном электролите, содержащем, г/л соляную кислоту 30-40 серную кислоту 20 -100 фторид-ионы 5-10 аминоуксусную кислоту 0,4 препарат ОС-20 1,0 воду остальное,растворение ведут при плотности тока 100-2000 А/м 2, температуре 40-60 С и вибрации анодного устройства до содержания ионов железа в растворе 50-60 г/л, при этом медь и олово осаждают на титановом катоде с гладкой поверхностью. Электролит после рекуперации подвергают химической регенерации и возвращают в процесс. Использование для рекуперации алмазов солянокислого электролита позволяет устранить депассивацию анодов, увеличить растворимость продуктов окисления, стабилизирует одновалентное состояние меди, что в свою очередь подавляет реакцию диспропорционирования, препятствует выпадению порошка и приводит к снижению энергозатрат, так как на катоде может разряжаться . Катодный выход по току при этом достигает 35-57 при плотностях тока 100-200 А/м 2. Кроме того, присутствие соляной кислоты препятствует гидролизу хлорида оловаи способствует получению стабильных растворов за счет образования комплексных анионов 42-. При этом исключены побочные процессы выделения агрессивных газообразных продуктов. Введение в электролит 20-100 г/л серной кислоты повышает электропроводность раствора и предохраняет ионы оловаот окисления до олова . Увеличение концентрации серной кислоты приводит к снижению выхода по току олова, быстрому разрушению органических добавок и к некоторому увеличению анодной пассивации. При малых концентрациях кислоты и при подщелачивании электролита в процессе рекуперации за счет катодного восстановления воды увеличивается опасность гидролиза солей олова и железа и образования защитных оксидных и солевых пленок на поверхности растворяющихся образцов. Для предотвращения указанных процессов рН электролита поддерживают менее рН осаждения гидроксидов олова и железа путем введения буферной добавки аминоуксусной кислоты. Присутствие в электролите одновременно ионов С- и - приводит к повышению катодной поляризации в системе /2 за счет образования в растворе комплексов 42- и 222-. Это позволяет предотвратить анодную пассивацию алмазнометаллической композиции и увеличить катодный выход по току олова. Увеличению катодной поляризации,а следовательно, увеличению катодного выхода по току и получению компактных осадков меди и олова также способствует введение препарата ОС-20 (ГОСТ 10730-82). Препарат ОС-20 относится к текстильновспомогательным веществам и входит в перечень материалов, применяемых при нанесении покрытий (ГОСТ 9.305-84. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий. Приложение 4.). Для активирования поверхности алмазно-металлической композиции за счет устранения негативного пассивирующего влияния инертной анодной фазы (алмазов), увеличения скорости растворения за счет разрушения адсорбционных оксидных и солевых слоев, обусловливающих пассивирование анода, и устранения диффузионно-миграционных ограничений процесс проводят при повышенных температурах (40-60 С) и 3529 1 вибрации анодного устройства. Частота колебаний составляет 50 Гц, амплитуда - (0,5-5) 10-3 м и зависят от величины анодного тока и размеров анодного устройства. В качестве катода используют титан с гладкой поверхностью, который ввиду пассивации обеспечивает легкость съема катодного осадка, обладает высокой коррозионной стойкостью и длительным ресурсом работы. Электрохимическую рекуперацию проводят до содержания ионов железа 50-60 г/л. Более высокое содержание ионов железа в растворе приводит к пассивации анодов, оказывает негативное влияние на качество катодного осадка и снижает анодный и катодный выходы по току. Химическую регенерацию раствора проводят путем коррекции рН до значений, соответствующих рН осаждения гидроксидов железа (4,1-9,7) раствором щелочи, и отфильтровывают выделившийся осадок. После корректировки фильтрата по рН до 0-1 соляной кислотой и повторного введения буферной добавки аминоуксусной кислоты электролит готов для повторного использования. Кратность использования электролита составляет 30-35 циклов. Из литературных источников неизвестен способ рекуперации алмазов и других сверхтвердых материалов из отработанного абразивного инструмента или отходов его производства на металлической связке, содержащей по меньшей мере железо, медь и олово, включающий электрохимическое растворение металлической связки в водном хлоридно-сульфатном электролите, содержащем, г/л соляную кислоту 30-40, серную кислоту 20-100, фторид-ионы 5-10, аминоуксусную кислоту 0,4, препарат ОС-20 1,0, воду - остальное, - при анодной плотности тока 100-2000 А/м 2, температуре 40-60 С и вибрации анодного устройства до содержания ионов железа в растворе 50-60 г/л, при этом медь и олово осаждают на титановом катоде с гладкой поверхностью, а электролит после рекуперации подвергают химической регенерации и возвращают в процесс, и нами предлагается впервые. Изобретение поясняется примером Пример 1. Предварительно очищенный от механических загрязнений и химически обезжиренный (ГОСТ 9.305-84) отработанный инструмент на металлической связке, содержащей 51 железа, 9 никеля, 32 меди и 8 олова, был подвергнут электрохимической рекуперации в водном электролите следующего состава, г/л соляная кислота 35,серная кислота 60,фторид-ионы 7,аминоуксусная кислота 0,4,препарат ОС-20 1,0 водаостальное. Анодная плотность тока 1000 А/дм 2. Температура 50 С. Активирование поверхности алмазно-металлической композиции и интенсификация гидродинамического режима проводилась с использованием вибрирующего анодного устройства. Частота колебаний составляла 50 Гц, амплитуда (0,5-5) 10-3 м. В качестве катода использовали титан марки ВТ 0 с гладкой поверхностью. При этом анодный выход по току составил 225 . Металлическая составляющая связки извлекалась на катоде с выходом по току 43 . Скорость анодного растворения - 2475 г/чм 2. При достижении концентрации ионов железа 60 г/л электролит подвергают химической регенерации, для чего вводят раствордо рН 7. Выделившийся осадок гидроксида железа отделяют на хлориновом фильтре. Полученный фильтрат корректируют раствором соляной кислоты до рН 0,9, вводят добавку аминоуксусной кислоты в количестве 0,4 г/л, препарат ОС-20 в количестве 1,0 г/л и направляют в электролизер для рекуперации. Кратность использования электролита составила 30 циклов. Аналогично был проведен ряд опытов при граничных значениях заявляемых параметров, результаты которых приведены в таблице. Анодный выход по току ВТа,Извлечение металлов связки с ВТк,Для всех случаев кратность использования растворов - 30-35 циклов не образуются экологически опасные побочные продукты. Кратность использования электролита 1 цикл образование металлической фазы в растворе, катодное выделение нитрозных газов. АУК - аминоуксусная кислота. Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет рекуперировать алмазы и одновременно извлекать металлическую составляющую связки с катодным выходом по току 35-57 , многократно использовать рабочий электролит, при более высоких по сравнению с прототипом анодным выходом по току и скоростью анодного растворения. Предлагаемый способ дает возможность рекуперировать алмазы из отработанного абразивного и режущего инструмента или отходов его производства на металлической связке, 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. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4