用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法

摘要

一种用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法，它包括下述工艺步骤：(1)制备合金中的各元素单质盐；(2)重结晶提纯；(3)溶解；(4)准备沉淀剂；(5)混合沉淀；(6)洗涤；(7)离心分离；(8)烘干脱水；(9)还原；(10)粉碎；(11)筛分；(12)成品包装；其特征在于：a.将被沉淀物和沉淀剂分别置于高位槽中，通过导管进入双管并流反应器混合沉淀，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；b.在还原过程中，采用阶梯升温的方法进行还原；c.对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理：其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s。

说明书

技术领域

本发明及一种用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法。

背景技术

目前，用于生产金刚石工具专用预合金粉的制备方法基本为以下四种，其优缺点见下表：

 化学共沉淀法 熔融-雾化法  熔融-冷冻-粉  碎法  一步电解法  加  工  性  能  能耗kwhr/T 4000 20000  8000  4000  工艺过程 复杂 简单  简单  简单  回收率％ 100 50～60  100  100  加工成本  万元/吨 3～4 4～5  1～1.5  0.8～1.0  产  品  质  里  比表面m²/g 10～18 0.1～0.2  0.8～1.2  2～3  松装密度  g/cm³ 0.8～1.2 2.3～2.8  2.0～2.3  1.8～2.1  低熔点金属  损耗％ 0 40～60  10～20  0  烧结温度℃ 700～800 780～900  780～900  700～800  生产方法 共沉淀 雾化  冷冻  电解  主要优点 1、所有金属配方 均可生产 2、烧结活性高 3、可生产高档产 品 1、产品烧结活性高 2、工艺简单  1、工艺简单  2、能耗较低  3、产品烧结活性  较高  4、加工成本较低  1、工艺简单  2、能耗较低  3、产品烧结活性较高  4、加工成本较低  主要缺点 1、工艺复杂 2、加工成本较高 1、能耗较高 2、加工成本高 3、无法生产含低熔点 金属配方。  产品配方受到一  定限制，含铜量较  高的配方无法生  产  产品配方受到一定限  制，电极电位差别太大  的合金无法生产，五元  以上合金也无法生产

从上表可以看出，各方法均有优缺点，无法由一种方法完全代替另一种方法，特别是对作为金刚石工具专用结合剂而言，由于加工对象和配合的金刚石品级和粒度的不同，需要不同配方的金属合金，因而就需要相应的最佳合金生产方法，所以上述这些方法将会长期共存。

上述方法中的传统化学共沉淀法(即湿法冶金法)生产合金粉的工艺过程包括如图1所示的步骤。上述工艺过程中存在工艺技术上的问题是：

(1)第5工序的混合沉淀过程中，无论是将沉淀剂加入被沉淀物中，还是被沉淀物加入沉淀剂中，均会产生“局部过浓”现象，从而影响产品质量。

(2)在第9工序中，由于组分金属氧化物的还原温度不同，还原温度低的金属氧化物在被还原时产生的水会使已还原出来的金属单质氧化，导致还原不彻底，还原后的合金中纯度不够，含有氧化物。

(3)被还原后所生成的合金有非常高的表面活性，在其接触到空气时，会与空气中的氧迅速反应而形成氧化物，严重时产生巨大的热量而导致“自燃”，使还原过程失败。

发明内容

本发明的目的正是针对上述传统化学共沉淀法所存在的问题，从金刚石工具专用结合剂的要求出发，提供一种新的用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法，以便于能够生产出高质量、高纯度的可满足金刚石工具专用结合剂的要求的预合金粉。

本发明的目的可通过下述技术方案来实现：

本发明的用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法它包括下述工艺步骤：(1)制备合金中的各元素单质盐；(2)重结晶提纯：将合金中各单质盐置于结晶槽内，在温度低于35℃的条件下进行重结晶，其结晶时间为12～14小时；(3)溶解：获取被沉淀物，各物料理论溶解浓度控制在70％左右；(4)准备沉淀剂；(5)将溶解后获取的被沉淀物和沉淀剂加入沉淀器中进行混合沉淀；(6)洗涤：采用BaCl₂检验洗液中SO₄^2-残留物；(7)离心分离；(8)烘干脱水；(9)还原：在管式还原炉内进行还原；(10)粉碎：通过真空或气体保护带筛球磨机将还原后的物料进行粉碎；(11)筛分：采用气体保护振动筛进行筛分；(12)成品包装；其中：a、将溶解步骤获取的被沉淀物和准备投放的沉淀剂分别置于高位槽中，通过导管进入双管并流反应器混合沉淀，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；也就是说采用“双管并流”方法解决沉淀时产生的“局部过浓”现象；b、在还原过程中，采用阶梯升温的方法进行还原；c、为了克服还原后的合金在空气中易氧化的特性，本发明在还原工艺步骤之后增加了一个“钝化”工艺步骤，即在合金表面生成一极薄的氧化膜，此膜仅为几个～几十个分子层的厚度，对合金起着保护作用，但又不影响合金的质量，具体讲，对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理：其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s。

本发明的有益效果是：

(1)可制备各种具有特殊性能的任何比例的合金(合金成分是能被氢还原的金属)。

(2)可制备烧结活性极高的合金粉末。

(3)可制备各种高品级的金刚石工具。

(4)因此此法所生产的预合金结合剂粉末与金刚石有很好的结合力，因而能提高金刚石利用率，降低金刚石工具的制造成本。

附图说明

图1为现有技术的化学共沉淀法(即湿法冶金法)工艺流程图。

图2是本发明的工艺流程图。

图3是双管并流反应器的原理图。图中1和2是分别用于盛放被沉淀物和沉淀剂的高位槽，3是双管并流反应器，4是沉淀物储罐。

图4是阶梯升温方法图。图中TA、TB、TC、TD、TE分别为元素中A、B、C、D、E……的单质氧化物还原温度，T1～T2为元素A的还原时间，T3～T4、T5～T6、T7～T8……分别为元素B、C、D、E的还原时间。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例做一详细的描述，但并不限制本发明。

本发明用于制备金刚石工具专用预合金粉的共沉淀法的工艺流程为：备料(各元素成分含量大于95％)→溶解→过滤→浓缩→重结晶→离心分离→溶解→沉淀中和→离心分离→洗涤→烘干→还原→钝化→轻度粉碎→筛分→成品包装。

实施例1

制备Fe₆₀Cu₃₀Ni₁₀预合金粉：

(1)备料：按重量比分别提取原料纯度≥95％的FeSO₄·7H₂O 64.8％、≥98％的CuSO₄·5H₂O 25.5％、≥98％的NiSO₄·6H₂O 9.7％；

(2)溶解：将上述原料放入溶解槽中，在熔盐浓度为20％左右的条件下进行溶解；

(3)过滤：在真空抽滤机中过滤，过滤温度：40～60℃；

(4)浓缩：在蒸汽夹套浓缩罐中进行浓缩，其浓缩温度为105～115℃、蒸汽压力为0.1～0.15mpa；

(5)重结晶：将各元素单质盐浓缩液置于结晶槽内，在温度低于35℃的条件下进行重结晶，其结晶时间为12～14小时，中间产品纯度FeSO₄·5H₂O≥99.99％，CuSO₄·5H₂O≥99.99％，NiSO₄·6H₂O≥99.99％；

(6)离心分离：在常温常压的条件下通过三足离心机进行离心分离；

(7)溶解：在高位槽进行溶解，获取被沉淀物，各物料理论溶解浓度控制在70％左右；

(8)沉淀中和：将准备好的沉淀剂放入高位槽内，使溶解后获取的被沉淀物和沉淀剂分别通过连接管路流入双管并流反应器中混合沉淀(在常温常压条件下，两种液体同速，其流速为10～30升/分钟)，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；

(9)离心分离：通过沉降离心机进行分离，在常温常压，转速3000～4500转/分的条件下连续进、出料；

(10)洗涤：采用搅拌洗涤器进行洗涤，并用BaCl₂检验洗液中SO₄^2-残留物；

(11)烘干脱水：在氮气保护条件下采用鼓风烘干机进行烘干，其温度环境为200～240℃，鼓风烘干时间为2～4小时；

(12)还原：在管式还原炉内进行还原，在氢气保护、常压条件下采用阶梯升温的方法进行还原，其中Fe₆₀：650～750℃，6～10小时；Cu₃₀：280～320℃，2～4小时；Ni₁₀：700～800℃，6～8小时；

(13)钝化：对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理：其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s，以后逐渐加大O₂浓度，最后全部100％送入空气；

(14)轻度粉碎：通过真空或氮气保护带筛球磨机将还原、钝化后的物料进行粉碎，其压力条件：0.05～0.1mpa，球料比：2.5∶1，时间：2～4小时；

(15)筛分：采用气体保护振动筛进行筛分，对筛分出的预合金粉达到-200目予以包装，+200目回收；

(16)成品包装：采用真空包装机进行成品包装。

实施例2

制备Fe30Co30Cu40预合金粉：

(1)备料：按重量比分别提取原料纯度≥95％的FeSO₄·7H₂O 33％、≥98％的CuSO₄·5H₂O 35％、≥98％的CoSO₄·7H₂O 32％；

(2)溶解：将上述原料放入溶解槽中，在熔盐浓度为20％左右的条件下进行溶解；

(3)过滤：在真空抽滤机中过滤，过滤温度：40～60℃；

(4)浓缩：在蒸汽夹套浓缩罐中进行浓缩，其浓缩温度为105～115℃、蒸汽压力为0.1～0.15mpa；

(5)重结晶：将各元素单质盐浓缩液置于结晶槽内，在温度低于35℃的条件下进行重结晶，其结晶时间为12～14小时，中间产品纯度FeSO₄·5H₂O≥99.99％，CuSO₄·5H₂O≥99.99％，CoSO₄·7H₂O≥99.99％；

(6)离心分离：在常温常压的条件下通过三足离心机进行离心分离；

(7)溶解：在高位槽进行溶解，获取被沉淀物，各物料理论溶解浓度控制在70％左右；

(8)沉淀中和：将准备好的沉淀剂放入高位槽内，使溶解后获取的被沉淀物和沉淀剂分别通过连接管路流入双管并流反应器中混合沉淀(在常温常压条件下，两种液体同速，其流速为10～30升/分钟)，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；

(9)离心分离：通过沉降离心机进行分离，在常温常压，转速3000～4500转/分的条件下连续进、出料；

(10)洗涤：采用搅拌洗涤器进行洗涤，并用BaCl₂检验洗液中SO₄^2-残留物；

(11)烘干脱水：在氮气保护条件下采用鼓风烘干机进行烘干，其温度环境为200～240℃，鼓风烘干时间为3～6小时；

(12)还原：在管式还原炉内进行还原，在氢气保护、常压条件下采用阶梯升温的方法进行还原，其中Fe₃₀：650～750℃，6～10小时；Co30：500～700℃，4～6小时；Cu40：280～320℃，2～4小时；

(13)钝化：对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理：其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s，以后逐渐加大O₂浓度，最后全部100％送入空气；

(14)轻度粉碎：通过真空或氮气保护带筛球磨机将还原、钝化后的物料进行粉碎，其压力条件：0.05～0.1mpa，球料比：2.5∶1，时间：2～4小时；

(15)筛分：采用气体保护振动筛进行筛分，对筛分出的预合金粉达到-200目予以包装，+200目回收；

(16)成品包装：采用真空包装机进行成品包装。

实施例3

制备Fe70Ni25Co5预合金粉：

(1)备料：按重量比分别提取原料纯度≥95％的FeSO₄·7H₂O 72％、≥98％的CoSO₄·7H₂O 5％、≥98％的NiSO₄·6H₂O 23％；

(2)溶解：将上述原料放入溶解槽中，在熔盐浓度为20％左右的条件下进行溶解；

(3)过滤：在真空抽滤机中过滤，过滤温度：40～60℃；

(4)浓缩：在蒸汽夹套浓缩罐中进行浓缩，其浓缩温度为105～115℃、蒸汽压力为0.1～0.15mpa；

(5)重结晶：将各元素单质盐浓缩液置于结晶槽内，在温度低于35℃的条件下进行重结晶，其结晶时间为12～14小时，中间产品纯度CoSO₄·7H₂O≥99.99％，FeSO₄·5H₂O≥99.99％，NiSO₄·6H₂O≥99.99％；

(6)离心分离：在常温常压的条件下通过三足离心机进行离心分离；

(7)溶解：在高位槽进行溶解，获取被沉淀物，各物料理论溶解浓度控制在70％左右；

(8)沉淀中和：将准备好的沉淀剂放入高位槽内，使溶解后获取的被沉淀物和沉淀剂分别通过连接管路流入双管并流反应器中混合沉淀(在常温常压条件下，两种液体同速，其流速为10～30升/分钟)，之后将所产生的沉淀物输送至沉淀物储罐中；

(9)离心分离：通过沉降离心机进行分离，在常温常压，转速3000～4500转/分的条件下连续进、出料；

(10)洗涤：采用搅拌洗涤器进行洗涤，并用BaCl₂检验洗液中SO₄^2-残留物；

(11)烘干脱水：在氮气保护条件下采用鼓风烘干机进行烘干，其温度环境为300～380℃，鼓风烘干时间为4～8小时；

(12)还原：在管式还原炉内进行还原，在氢气保护、常压条件下采用阶梯升温的方法进行还原，其中Fe70：650～750℃，6～10小时；Ni25：700～800℃，6～8小时；Co5：500～700℃，4～6小时；

(13)钝化：对还原后的物料在管式还原炉内进行钝化处理：其控制温度为室温，压力为常压，并在高纯氮的载气条件下通入1/10000的氧气，通4～8次，每次1分钟，中间停10～30s，之后再通入1/100氧气，通2～4次，每次1分钟，中间停10～30s，以后逐渐加大O₂浓度，最后全部100％送入空气；

(14)轻度粉碎：通过真空或氮气保护带筛球磨机将还原、钝化后的物料进行粉碎，其压力条件：0.05～0.1mpa，球料比：2.5∶1，时间：2～4小时；

(15)筛分：采用气体保护振动筛进行筛分，对筛分出的预合金粉达到-200目予以包装，+200目回收；

(16)成品包装：采用真空包装机进行成品包装。