Способ рекуперации алмазов из отходов инструментального производства и отработанного абразивного инструмента на основе кобальтовой связки

25 1/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ АЛМАЗОВ ИЗ ОТХОДОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ОТРАБОТАННОГО АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТОВОЙ СВЯЗКИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дроздович Валерий Брониславович Курило Ирина Иосифовна Карпович Руслан Иосифович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ рекуперации алмазов из отходов инструментального производства и отработанного абразивного инструмента на основе кобальтовой связки путем электрохимического растворения в водном электролите, отличающийся тем, что в качестве электролита используют раствор, содержащий, г/л сульфат кобальта 150-450 борная кислота 45 хлорид-ионы 0,5-12,0 вода остальное,при этом растворение ведут при плотности тока 300-500 А/м 2, температуре 3060 С и вибрации анодного устройства, а извлечение кобальта и меди осуществляют на титановом катоде с гладкой поверхностью. 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 на основе кобальта 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, 3, 4) и их смесей, высококонцентрированных растворов солей (3, 2) 1. Основным не 5373 1 достатком 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 трудно улавливаемых 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 9001300 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 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 трудно утилизируемых 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 отходов инструментального производства и отработанного абразивного инструмента на основе кобальтовой связки путем электрохимического растворения в водном электролите, содержащем, г/л сульфат кобальта 150-450 борная кислота 45 хлорид-ионы 0,5-12 вода остальное. Растворение ведут при плотности тока 300-500 А/м 2, температуре 30-60 и вибрации анодного устройства, а извлечение меди и кобальта осуществляют на титановом катоде с гладкой поверхностью. Использование для рекуперации алмазов электролита с высоким содержанием ионов кобальта позволяет утилизировать кобальтовую и медную составляющие матричного сплава в виде катодного осадка с выходом по току 77-95 при катодных плотностях тока 400-600 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 ионам кобальта. В качестве катода используют титан с гладкой поверхностью, который ввиду пассивации обеспечивает легкость съема катодного осадка, обладает высокой коррозионной стойкостью и длительным ресурсом работы. 5373 1 Для увеличения скорости растворения и разрушения адсорбционных оксидных и солевых слоев, обусловливающих пассивирование алмазно-кобальтовой композиции при повышенных концентрациях ионов кобальта, а также для увеличения катодного выхода по току кобальта процесс проводят при повышенных температурах (30-60 С). Для активирования поверхности алмазно-кобальтовой композиции и устранения диффузионно-миграционных ограничений используют вибрирующее анодное устройство. Частота колебаний составляет 50 Гц, амплитуда 0,5-510-3 м и зависят от величины анодного тока и размеров анодного устройства. 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 (0,5 г/л), ввиду своей специфической адсорбции и образования хорошо растворимых солей, значительно увеличивают скорость анодного растворения. Однако при концентрации более 12 г/л и значительной поляризации на аноде может наблюдаться процесс выделения газообразного хлора, что снижает анодный выход по току и экологически небезопасно. Для регулирования рН электролита применяют буферную добавку борную кислоту в количестве 45 г/л. Из литературных источников неизвестен способ рекуперации алмазов и других сверхтвердых материалов из отходов инструментального производства и отработанного абразивного инструмента на основе кобальтовой связки с одновременной катодной утилизацией металлов связки в электролите, содержащем, г/л сульфат кобальта - 150-450, борная кислота - 45, хлорид-ионы - 0,5-12, вода - остальное, при анодной плотности тока 300500 А/м 2, температуре 30-60 С, вибрации анодного устройства, где извлечение кобальта и меди осуществляется на титановом катоде с гладкой поверхностью, и нами предлагается впервые. Изобретение поясняется примером. Пример. Предварительно очищенный от механических загрязнений и химически обезжиренный (ГОСТ 9.305-84) некондиционный инструмент на металлической связке, содержащей 72 кобальта, 8,8 меди, 1,2 олова, 2 гидрида титана, 16 карбида хрома, был подвергнут электрохимической рекуперации в водном электролите следующего состава, г/л сульфат кобальта 300 борная кислота 45 хлорид-ионы 9 вода остальное. Анодная плотность тока 400 А/дм 2. Температура 45 . Активирование поверхности алмазно-металлической композиции и интенсификация гидродинамического режима проводились с использованием вибрирующего анодного устройства. Частота колебаний составляла 50 Гц, амплитуда 0,5-510-3 м. В качестве катода использовали титан марки ВТ 0 с гладкой поверхностью. При этом анодный выход по току составил 68 . Металлическая составляющая связки извлекалась на катоде в компактной форме с выходом по току 92 . Удельные энергозатраты - 4,4 кВтч/кг. Кратность использования электролита - 90 циклов. Аналогично был проведен ряд опытов при граничных значениях заявляемых параметров, результаты которых приведены в таблице. 5373 1 Состав водного элекИзвлечеТемАнодный Удельные тролита, г/л Анодная ние меПри перавыход по энергоплотность таллов Примечания мер тура,току затраты,тока, А/м 2 связки 4 Н 3 ВО 3 СС ВТа,кВтч/кг с ВТк,Для всех случа 1 300 45 9 45 400 68 92 4,7 ев кратность 2 150 45 9 45 400 77 86 3,9 использования 3 450 45 9 45 400 60 95 5,0 растворов 4 300 45 9 30 400 62 77 4,8 90-100 циклов 5 300 45 9 60 400 82 94 3,6 процесс рекуперации алмазов 6 300 45 0,5 45 400 62 92 4,8 протекает без 7 300 45 12 45 400 67 92 4,5 образования 8 300 45 9 45 300 73 95 4,1 экологически опасных побоч 9 300 45 9 45 500 60 86 5,0 ных продуктов 10(прототип) 20 1100 167 0 3,6 Однократное использование Н 3 - 10 мас.электролита,а - 4 мас.образование металлической фазы в растворе,катодное выделение нитрозных газов Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет при рекуперации алмазов одновременно извлекать дорогостоящую металлическую составляющую связки с катодным выходом по току 77-95 , многократно использовать рабочий электролит при соизмеримыми с прототипом анодным выходом по току и удельными энергозатратами. Предлагаемый способ дает возможность рекуперировать алмазы из отходов инструментального производства и отработанного абразивного инструмента на основе кобальтовой связки, утилизировать металлы связки в форме, пригодной для дальнейшего использования, предотвратить сброс экологически опасных отработанных растворов и выброс в атмосферу агрессивных трудно утилизируемых газообразных побочных продуктов, кроме того, способ прост в аппаратурном оформлении, обслуживании и автоматизации. Источники информации 1. Исаев Р.Н. Сверхтвердые материалы. - 1989. -2. - С. 30-37. 2. А.с. СССР 1528727, МПК С 01 В 31/06, С 25 В 1/00, 1989 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.