废弃金刚石工具氨浸回收理论与工艺探索

摘要

随着经济社会的快速发展，同时受到铜、锌的消费量的迅速增长，铜和锌的需求量越来越难以得到满足。并且由于铜、锌资源的日益减少，精矿量的不断减少，同时贫矿品位比较低，处理难度较大。因而寻求一条切实可行的铜、锌资源的回收途径具有重大的意义。废旧金刚石工具中含有一定量的铜和锌，是一种潜在的二次资源。如果不对这些废弃物加以综合回收，不仅会对环境造成污染，同时还造成了资源的巨大浪费。因此，有效地回收废弃金刚石工具中的铜和锌并加以分类利用，对于环境的保护、资源的充分利用和社会的可持续发展，都具有很重要的现实意义。
　　本文以某废弃金刚石工具为研究对象，研究所使用的金刚石工具中Cu的含量为29.16％，Zn的含量为28.71％，Fe的含量为13.27％。在氨性浸出体系中实现Cu、Zn与Fe之间进行选择性溶解，可以达到铜锌合金与铁元素的初步分离，实现金刚石工具的短流程再生以及重复利用。经过系统的探索与试验，得出如下的试验结论:
　　(1)该废旧金刚石工具外观为长方体块状，贴近基体面呈锯齿状，切割面是平整面，基体中掺有金刚石颗粒，质地坚硬，不易破碎。通过XRD及SEM分析可知，废旧金刚石工具中的Cu、 Zn、Fe等元素主要是以金属单质或是氧化物的形态存在于固体刀具中，且结构致密，解离困难，不利于分离和破碎。
　　(2)通过氨浸过程的热力学分析，确定浸出过程中所发生的主要反应，从而确定各物质之间的转化关系。
　　(3)在NH3·H2O-(NH4)2SO4体系进行浸出试验探究，通过试验得到:浸出温度为45℃，浸出时间为3.0h，液固体积质量比为50∶1(ml/g)，氨浓度为3.0mol/L，硫酸铵浓度为1.0mol/L，通入空气流量为0.2L/min，搅拌速度为200r/min，废旧金刚石刀具中铜的浸出率达到了64.67％，锌的浸出率达到了68.16％，取得了比较好的浸出效果。
　　(4)在NH3· H2O-(NH4)2CO3-H2O2体系中，通过单因子循环试验的探究过程，得到了在该氨性体系中的最优操作参数:浸出温度为25℃，浸出时间为2.5h，液固体积质量比为40∶1(ml/g)，氨浓度为3.0mol/L，碳酸铵浓度为1.0mol/L,添加双氧水体积为24mL，搅拌速度为300r/min。废旧金刚石刀具中铜的浸出率达到了55.23％，锌的浸出率达到了51.46％，浸出效果比较好。
　　(5)通过循环伏安法以及电解过程中参数的控制，采用电解的方法来强化氨性体系浸出反应，在优化的条件下探究电解过程中的槽电压对于浸出率的影响，由此得到最佳的电解电压;通过电解强化过程的试验得出了在电解条件下两种金属的浸出率得到了大幅度的提高，效果明显。并比较了不同铵盐体系下进行电解强化试验过程中铜、锌浸出率的大小，由此而得到最佳的铵盐体系浸出工艺。
　　以上探索试验的目的是为综合处理和回收废旧金刚石工具材料提供理论依据，并利用在氨性体系下铜、锌元素的性质，实现部分金属的有效分离，从而为后续的废旧金刚石工具材料回收流程的进行铺平了道路，有利于后续工序的进一步处理。这有利于二次资源的综合回收利用以及对于环境的保护，同时对于经济社会的持续发展具有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 引言

1．2 金刚石刀具的简介及应用

1．2．1 金刚石的简介

1．2．2 金刚石工具的简介

1．3 废旧金刚石工具的回收

1．3．1 国外废旧金刚石工具的回收状况

1．3．2 国内废旧金刚石工具的回收状况

1．3．3 几种废旧金刚石工具的回收方法

1．3．4 国内针对金刚石工具的回收研究方法

1．4 氨性体系浸出工艺简介

1．4．1 浸出工艺概述

1．4．2 浸出工艺的分类

1．4．3 碱性浸出工艺概述

1．4．4 氨性浸出体系简介

1．5 本研究的意义及研究内容

1．5．1 本研究的意义

1．5．2 本研究的主要内容

第2章 氨浸过程热力学分析

2．1 热力学分析简介

2．2 氨性溶液中Cu、Zn的浸出原理

2．2．1 (NH4)2SO4-NH3-H2O体系浸出原理

2．2．2 (NH4)2CO3-NH3·H2O-H2O2体系浸出原理

2．3 本章小结

第3章 试验原料、设备及试剂介绍

3．1 试验原料及试剂

3．1．1 废旧金刚石材料

3．1．2 试验原料的显微分析

3．2 试验设备及试剂

3．2．1 试验设备

3．2．2 试验试剂

第4章 氨性体系浸出试验

4．1 NH3·H2O-(NH4)2SO4体系浸出试验

4．1．1 试验方法简介

4．1．2 试验结果与分析

4．1．3 浸出后金刚石材料的面扫描分析

4．1．4 试验小结

4．2 NH3·H2O-(NH4)2CO3-H2O2体系浸出试验

4．2．1 试验方法简介

4．2．2 试验结果与分析

4．2．3 浸出后金刚石材料的面扫描分析

4．2．4 试验小结

4．3 本章小结

第5章 氨性体系电解强化浸出试验探索

5．1 氨性体系电解简介

5．2 氨性体系循环伏安曲线分析

5．2．1 循环伏安法简介

5．2．2 金刚石工具氨性体系循环伏安测试

5．3 槽电压对氨性体系浸出的影响探索

5．3．1 (NH4)2SO4-NH3·H2O体系电解强化浸出试验探索

5．3．2 (NH4)2CO3-NH3·H2O-H2O2体系电解强化试验探索

5．3．3 不同铵盐体系电解对铜、锌浸出率的影响

5．4 本章小结

第6章 试验结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目