一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂和方法

摘要

本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂和方法。所述制剂由以下重量份成分组成：聚四氟乙烯40~50份，硝酸钠6~10份，钛粉2~4份。所述方法具体包括以下步骤：1）将工业钻石生产后的废弃石墨用水过筛、清洗，烘干备用；2）按照上述配比配制用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂；3）将步骤1）所得石墨干粉与步骤2）所得制剂按照质量比100:0.1~0.5混合均匀；4）在真空度小于0.01Pa，温度1000℃~1200℃的条件下，保温1~5h；5）自然降温，即得。本发明所得提纯后石墨可作为原料重新用于工业钻石制备，实现废弃石墨的循环利用。

权利要求

1.一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂，其特征在于，所述制剂由以下重量份成分组成：

聚四氟乙烯40 50份，硝酸钠6 10份，钛粉2 4份；

~ ~ ~

所述聚四氟乙烯、硝酸钠、钛粉的纯度均大于99.9%。

2.一种利用权利要求1所述制剂对工业钻石生产中废石墨进行提纯的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1）将工业钻石生产后的废弃石墨用水过筛、清洗，烘干备用；

2）按照上述配比配制用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂；

3）将步骤1）所得石墨干粉与步骤2）所得制剂按照质量比100:0.1 0.5混合均匀；

~

4）在真空度小于0.01Pa，温度1000℃ 1200℃的条件下，保温1 5h；

~ ~

5）自然降温，即得。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1）中工业钻石生产后的废弃石墨在水冲洗状态下过200目筛子。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1）中过筛后废弃石墨用去离子水清洗若干次，直到清洗液电导率小于0.2μS/cm。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2）中所述制剂的颗粒粒径小于300目。

6.一种权利要求2所述方法提纯后所得石墨的应用，其特征在于：提纯后所得石墨作为原料重新用于工业钻石的制备。

说明书

一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂和方法

技术领域

[0001] 本发明属于超硬材料技术领域，具体涉及一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂和方法。

背景技术

[0002] 石墨是碳质元素结晶矿物，具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀和耐高温性能，应用十分广泛。石墨及其制品是发展冶金、机械、石油、化工、核工业、农业、国防尖端技术、纱
织、铅笔制造、电气、电视、玻璃制造、铸铁焊条等工业部门不可缺少的导电、耐火、润滑、密
封、耐酸、耐碱材料和结构材料。利用高纯石墨原料和铁镍等金属粉剂混合制成原料芯柱，
装入以叶腊石为主成份制成的高压组装块中，在高温超高压设备中可以制备人造金刚石
（也称工业钻石）。随着工业钻石生产技术水平的提高，石墨转化为工业钻石的比例不断提
高，目前的技术可以使石墨转化率达到40%以上，尽管如此，在工业钻石生产后仍有大量的
石墨不能利用而被废弃，不仅会造成资源浪费，还带来环境污染问题。如果能将废弃石墨进
行重新利用，将为工业钻石生产提供一提高绿色、经济的可行之路。

[0003] 目前，石墨提纯方法主要有低温湿化学提纯法和高温干法提纯法。低温湿法提纯法通常采用碱或酸的溶液在一定温度下对石墨进行处理，得到的石墨纯度一般在95％～
99％左右。低温湿法提纯法由于使用酸碱溶液，处理后会产生大量废液，同时也难以使石墨
达到99.9％以上的高纯度。高温干法提纯通常采用低沸卤化物液体或气体卤化物、金属卤
化物等在高温下对石墨进行处理，利用金属卤化物沸点低，高温下气化达到去除杂质目的。
纯度要求99.9％及以上的高纯石墨，主要采用高温干法提纯法。

[0004] 经过对工业钻石生产后废弃石墨的成分分析，发明人发现，其中除了石墨，还含有金属杂质元素，如铁、镍、锰、钴，可溶性氯化物、硫酸盐、硝酸盐，硅类非金属化合物，不溶性
金属化合物以及塑胶手套碎片、导线碎段、砖石块等异物，这与天然石墨的杂质成分并不相
同，因而利用传统的石墨提纯方法很难将废弃石墨中的上述杂质完全去除。另外，传统石墨
提纯方法普遍具有高污染性，容易带来环境问题，给后续排放问题带来压力。如何开发出一
种高效、经济、环保的工业钻石废弃石墨的循环利用方法是本申请想要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本申请的目的是提出一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂和方法，不但能实现对工业钻石生产中废弃石墨的循环利用，还能避免传统烧碱
法、氯气法、氟化氢气体法等带来的高污染问题。

[0006] 为了实现上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

[0007] 一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂，所述制剂由以下重量份成分组成：

[0008] 聚四氟乙烯40 50份，硝酸钠6 10份，钛粉2 4份。~ ~ ~

[0009] 优选是，所述四氟乙烯、硝酸钠、钛粉的纯度均大于99.9%。

[0010] 一种利用上述制剂对工业钻石生产中废石墨进行提纯的方法，具体包括以下步骤：

[0011] 1）将工业钻石生产后的废弃石墨用水过筛、清洗，烘干备用；

[0012] 2）按照上述配比配制用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂；

[0013] 3）将步骤1）所得石墨干粉与步骤2）所得制剂按照质量比100:0.1 0.5混合均匀；~

[0014] 4）在真空度小于0.01Pa，温度1000℃ 1200℃的条件下，保温1 5h；~ ~

[0015] 5）自然降温，即得。

[0016] 优选的，步骤1）中工业钻石生产后的废弃石墨在水冲洗状态下过200目筛子；以便去除其中的异物，所述异物主要为塑胶手套碎片、导线碎段、砖石块等工业钻石生产中引入
的非原料异物。

[0017] 优选的，步骤1）中过筛后废弃石墨用去离子水清洗若干次，直到清洗液电导率小于0.2μS/cm。

[0018] 优选的，步骤2）中所述制剂的颗粒粒径小于300目。

[0019] 基于一个总的发明构思，本发明还包括上述方法提纯后所得石墨的应用，更具体而言，提纯后所得石墨作为原料重新用于工业钻石制备，实现废弃石墨的循环利用。

[0020] 本发明的技术思路是用水洗和过滤的方式去除废弃石墨中的异物和可溶性盐；然后利用聚四氟乙烯、硝酸钠和钛粉组成的混合制剂，在高温条件下去除叶腊石并硝化粉碎
砂砾；同时，在高温煅烧条件下废弃石墨中的金属氧化物被还原成单质金属，从而完成对废
弃石墨的处理。

[0021] 本发明提供了一种工业钻石废石墨回收处理的方法，此方法利用常用工业原料和常用设备组合设计，比现有石墨制造工艺更环保，处理得到的石墨用于合成工业钻石优于
新购石墨，是一种危废处理再利用的典型案例。

附图说明

[0022] 图1 本发明处理后石墨作为原料合成的工业钻石与商品石墨合成的工业钻石外观对比；其中，A为实施例3所得石墨制得的工业钻石；B为实施例4所得石墨制得的工业钻
石；C为商品石墨制得的工业钻石。

具体实施方式

[0023] 以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

[0024] 本发明所用制剂原料均为普通市售产品，或者通过本领域技术人员公知的方法或者现有技术中公开的方法获得的。

[0025] 首先，对工业钻石生产后所得废弃石墨的主要成分进行测定，具体成分见表1；

[0026] 表1 工业钻石生产后所得废弃石墨的成分分析

[0027] 。

[0028] 经过上述成分分析发现，上述可溶性盐类可通过水洗去除。不溶性的金属单质是工业钻石合成的原料成分，无需去除；金属化合物可溶于酸，在工业钻石提纯过程中有酸洗
步骤，能够将金属化合物洗去，不会影响工业钻石的合成。异物可通过过滤或筛选的方式去
除。而硅类非金属化合物既不溶于酸，在高温煅烧后还会形成灰分，对合成工业钻石有害，
因而是废弃石墨循环利用的最大影响因素。

[0029] 实施例1

[0030] 一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂，所述制剂由以下成分组成：

[0031] 聚四氟乙烯40份，硝酸钠6份，钛粉2份；所述四氟乙烯、硝酸钠、钛粉的纯度大于99.9%，颗径均小于325目。

[0032] 其中，聚四氟乙烯为去除废弃石墨中叶蜡石或砂砾的主成份；硝酸钠为助剂，可与钛协同催化聚四氟乙烯的分解使其与叶蜡石反应，同时硝化粉碎SiO2晶体（砂粒的主要组
成物质）。钛为聚四氟乙烯分解的催化剂成分，兼有除氮功能，可改善工业钻石的颜色。

[0033] 实施例2

[0034] 一种用于工业钻石生产中废石墨提纯的制剂，所述制剂由以下成分组成：

[0035] 聚四氟乙烯50份，硝酸钠10份，钛粉4份；所述四氟乙烯、硝酸钠、钛粉的纯度大于99.9%，颗径均小于325目。

[0036] 实施例3

[0037] 一种工业钻石生产后废弃石墨的提纯方法，具体包括以下过程：

[0038] 1）将提纯工业钻石后的废弃石墨泥（俗称碳泥）用去离子水冲洗状态下过200#筛，去除落入石墨泥中的异物；

[0039] 2）将石墨泥用去离子水反复清洗四次后，测得石墨泥水的电导率为0.12μS/cm，洗后石墨利用氧气烧蚀法测得灰分为180PPM；

[0040] 3）将石墨泥烘干成石墨粉备用；

[0041] 4）混制配方制剂，具体成分配比参照实施例1，于干粉混料机中混合均匀备用；

[0042] 5）将石墨粉100质量份、步骤4）配方粉0.15质量份在干粉混料机中混合均匀后装入石墨筐中；

[0043] 6）将石墨筐装入真空加热炉中，炉内抽真空至小于0.01Pa，升温至1000℃保温60分钟；

[0044] 7）炉冷至常温后，即得。

[0045] 实施例4

[0046] 一种工业钻石生产后废弃石墨的提纯方法，具体包括以下过程：

[0047] 1）将提纯工业钻石后的废弃石墨泥（俗称碳泥）用去离子水冲洗状态下过200#筛，去除落入石墨泥中的异物；

[0048] 2）将石墨泥用去离子水反复清洗四次后，测得石墨泥水的电导率为0.15μS/cm，洗后石墨利用氧气烧蚀法测得灰分为630PPM；

[0049] 3）将石墨泥烘干成石墨粉备用；

[0050] 4）混制配方粉，具体成分配比参照实施例2，于干粉混料机中混合均匀备用；

[0051] 5）将石墨粉100质量份，步骤4配方粉0.4质量份在干粉混料机中混合均匀后装入石墨筐中；

[0052] 6）将石墨筐装入真空加热炉中，炉内抽真空至小于0.01Pa，升温至1200℃保温60分钟；

[0053] 7）炉冷至常温后，即得。

[0054] 需要说明的是，上述步骤5）中石墨粉与步骤4）所得制剂的用量比是根据废弃石墨中的杂质（灰分）含量确定的，如实施例3中灰分含量低，因而所用制剂的量较小；而实施例4
中灰分含量高，因而所用制剂的量较多；

[0055] 而步骤6）中真空炉温度、真空度、保温时间主要是同时保证①砂粒和块状叶蜡石硝化粉碎②聚四氟乙烯高温下被催化分解③聚四氟乙烯分解物与SiO2等生成气体排出④
可能含有的铁镍氧化物还原成单质金属如：2FeO+C=2Fe+CO2。上述规定的真空度、温度、保
温时间是能够保证效果并充分富余的。

[0056] 试验例

[0057] 实施例3和实施例4中步骤 2）所得水洗后废弃石墨的灰分主要为叶腊石或砂砾。一般用于工业钻石生产的石墨原料的灰分应小于200ppm，而商品级石墨原料的灰分普遍为
70 150ppm。经测定，实施例3和实施例4中利用上述提纯方法处理后，所得石墨的灰分小于
~
50ppm，低于购买的商品级石墨原料的灰分，完全符合工业钻石合成石墨原料的要求。

[0058] 利用实施例3和实施例4所得石墨作为原料进行工业钻石合成，产品外观见图1；可以看出，利用提纯后石墨合成的工业钻石从外观来看与商品级石墨合成的工业钻石无明显
差别或略显纯净。

[0059] 综上，本发明的技术思路是用水洗和过滤的方式去除废弃石墨中的异物和可溶性盐；然后利用聚四氟乙烯、硝酸钠和钛粉组成的混合制剂，在高温条件下去除叶腊石并硝化
粉碎砂砾；同时，在高温煅烧条件下废弃石墨中的金属氧化物还原成单质金属，从而完成对
废弃石墨的处理。所得处理后石墨可重新用于工业钻石的生产，实现了石墨的循环利用。