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人造金刚石的回收方法

admin 人造钻石 2020年12月20日

  人造金刚石通常是将石墨和催化剂(通常是金属如镍)的混合物制成包囊,然后对该包囊进行高压和高温处理而形成的。这种高温高压会导致金刚石晶体在包囊中的许多位置成核。然后冷却该包囊并从剩余的混合物中分离金刚石。这通常是通过碾碎包囊,并使用强酸溶解金属以残留金刚石和石墨来完成的。然后从石墨中分离出金刚石。

  虽然相当有效,但是该方法还具有许多缺点。这些缺点包括产生需要在处置之前进行进一步处理的酸性废水(该酸性废水在未处理状态下是环境上无法接受的),并且使用了大量的化学品。

  本发明的一个目的是提供一种回收人造金刚石的方法,该方法至少部分地解决了前述问题。

  根据本发明,提供了一种从石墨和金属包囊中回收人造金刚石的方法,该方法包括氧化包囊中的金属和石墨,露出其中包含的金刚石。

  本发明的另一个特征在于,氧化剂包括卤素,较佳的是氯;并且通过电解进行氧化。

  本发明的另一个特征在于,在酸性电解质,较佳的是盐酸中进行电解;各个阳极被离子渗透膜,较佳的是半阴离子膜包围;并且电流直接通过所述包囊进入到电解质中。

  本发明的另一个特征在于,通过电镀回收所述金属;所述电解质循环到另一电解槽中进行电镀;并且所述另一电解槽包括包囊或不包括包囊。

  本发明的另一个特征在于,所述包囊置于外腔中;所述外腔至少部分地由离子渗透膜形成;阳极设置在所述外腔之内;阴极设置在所述外腔之外;并且所述电流导致所述金属沉积在所述阴极上。

  本发明的另一个特征在于,选择电解质以适于将所述金属沉积在所述阴极上;并且所述电解质是酸,较佳的是盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种。

  本发明的另一个特征在于,所述电流是直流电(DC);具有许多交替的阳极和阴极;由离子渗透膜形成的外腔将各个阳极与阴极隔开;并且各个外腔呈包袋的形式。

  本发明的另一个特征在于,在将所述金属沉积在所述阴极上之后从所述外腔中除去所述金刚石和一部分石墨;并且分离所述金刚石和石墨。

  下面以例举的方式并参照图1说明本发明的一个实施方式,图1是回收人造金刚石的方法的示意图。

  用于从包囊中回收人造金刚石的设备(1)示于图1,该设备包括许多外腔(2)(在该实施方式呈现包袋的形式),所述外腔由各自中心设置了板状阳极(5)的离子渗透膜(3)形成。板状阴极(6)位于各个包袋(2)的任一侧,以形成一系列交替的阴极(6)和阳极(5)。这些阴极和包袋悬浮在部分充填了电解质(9)的容器(8)中。

  将各自由石墨和金属催化剂的混合物形成的并含有人造金刚石的包囊(10)载入与阳极(5)接触的包袋(2)中。包囊(10)可以是完整的或者呈分段的形式。然后,在阳极(5)和阴极(6)上通入DC电流。

  选择电解质(9)以具有适于在阴极(6)上沉积金属催化剂的pH范围,所述电解质(9)通常由盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种制成。

  使电流通过电极导致了金属催化剂的溶解,并使得金属离子透过所述离子渗透膜(3)向阴极(6)迁移,在所述阴极(6)上,所述金属离子作为金属沉积。

  在该过程完成之后,石墨和金刚石残留在包袋(2)中。从包袋(2)中取出该混合物并分离出金刚石。在包囊中会残留少量的金属,它可用酸(例如硝酸和硫酸)的混合物除去。沉积在阴极(6)上的金属催化剂可以出售。

  当包囊浸入电解质(为达到本发明的目的,使用盐酸)中,并通入电流时,包囊中的金属和石墨均被氧化。所述金属溶解在酸中并通过半阴离子膜向阴极迁移。它可电镀在阴极上,或者将所述溶液循环到另一电解槽或电解槽库中用以电镀。循环到另一电解槽中具有以下优点电镀条件可更精密地控制和优化,并且所述另一电解槽中可没有包囊或者可还具有包囊。

  当在另一电解槽中进行电镀后,可将所述溶液循环回到原来的电解槽中以维持稳定的电解质的供给。

  重要的是,通过电解盐酸形成的氯会与包囊中的石墨反应,使包囊形成更多的孔隙,从而进一步露出包囊中的金属使之溶解在电解质中。进行该反应时,所述包囊起电极作用并借助其与阳极直接接触而有电流直接通入包囊。

  该反应中的氯未被消耗,可用于进一步的反应。这使得该方法具有较高的成本效率,因为只需最小的试剂输入,却能回收金属并将石墨有效地转换成无害气体。当大部分的金属已经被溶解时,会产生氯气,可通过调节电压和电流强度来控制氯气的产生。

  重要的是,可通过例如将所述包囊(较佳的是未粉碎的)堆叠在容器中并用导体材料在压力下使之密实(putting),将所述包囊本身用作电极。这可省去与包囊保持接触的电极。或者,可将粉碎的包囊可施加到与阳极接触的磁化的板上。

  本发明方法是非常有效的,并具有以下优点不产生废水,使用最少量的化学品,需要最少的劳动力,无需粉碎所述包囊。本发明方法还比现有方法具有更高的成本效率,并还具有以下优点金属催化剂被回收并以较高的价格出售,因为它呈金属的形式,它可以是金属的组合(这取决于包囊中所用的催化剂),例如镍和铁。

  可以理解,本发明方法的参数在很大程度上取决于包囊中所用的催化剂,尤其是电解质。并且,也可以使用任何合适的设备结构。在本发明方法中可例如不必使用离子渗透膜。当使用离子渗透膜时,它们可以是半阴离子渗透膜。或者,所述包囊可置于包袋(例如聚丙烯包袋)之内,直接置于电解质中或置于离子渗透膜中。使用聚丙烯包袋至少可使最终产物的处理变得容易。此外,可通过改变各种参数,例如通过使与粉碎的包囊接触的阳极的表面积最大以及使粉碎的包囊具有相当均匀的尺寸,从而使得所述反应在所有阳极上同时完成来改变本发明方法的速度。

  本领域技术人员可明白,还存在有在本发明范围之内的氧化石墨和金属的其它方法,尤其是涉及设备结构和方法参数的方法。例如,可使用交流电(AC)来代替DC。在这种情况下无需如使用DC时那样使用膜来控制pH。将高达24V的AC电压按上述施加在电极上,所述包囊与所述电极接触。氢作为气体释放,并且在包囊的附近形成阴离子,从而导致金属的溶解和石墨的部分毁坏。可加入新鲜的电解质,直到溶液变得饱和,此时可取出溶液并将金属结晶出来。或者,所述饱和的电解质可转移到另一电解浴中,在那里可使用DC(在阳极上包覆或未包覆有膜)电解回收所述金属。但是,也可使用溶剂萃取、沉淀或任何其它合适的方法来从溶液中回收金属,无论使用AC还是DC。

  1.一种从石墨和金属包囊中回收人造金刚石的方法,该方法包括氧化包囊中的金属和石墨,露出其中包含的金刚石。

  7.如权利要求4-6中任一项所述的方法,其特征在于,各个阳极包覆有离子渗透膜。

  9.如权利要求4-8中任一项所述的方法,其特征在于,电流直接通过所述包囊流入所述电解质中。

  10.如权利要求4-9中任一项所述的方法,其特征在于,通过电镀来回收所述金属。

  11.如权利要求10所述的方法,其特征在于,所述电解质循环到另一电解槽中用以电镀。

  13.一种从石墨和金属包囊中回收人造金刚石的方法,该方法包括将包囊置于电解质中,使之与插入电解质中的许多电极中的至少一个相接触;在所述电极之间通入电流,使得金属沉积在所述电极上。

  15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述外腔至少部分地由离子渗透膜形成。

  16.如权利要求14或15所述的方法,其特征在于,阳极位于所述外腔之内。

  18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,所述电流导致所述金属沉积在所述阴极上。

  19.如权利要求13-18中任一项所述的方法,其特征在于,所述电解质是酸。

  20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,所述酸选自盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种。

  21.如权利要求13-20中任一项所述的方法,其特征在于,所述电流是DC。

  22.如权利要求13-21中任一项所述的方法,其特征在于,将许多交替的阳极和阴极插入所述电解质中。

  23.如权利要求22所述的方法,其特征在于,由离子渗透膜形成的外腔将各个阳极与阴极隔开。

  25.如权利要求23或24所述的方法,其特征在于,在将所述金属沉积在所述阴极上之后从各个外腔中取出所述金刚石和一部分石墨。

  26.如权利要求25所述的方法,其特征在于,在从所述外腔中取出之后分离所述金刚石和石墨。

  27.如权利要求14-28中任一项所述的方法,其特征在于,所述各个包囊是完整的或呈分段的形式。

  28.一种从石墨和金属包囊中回收人造金刚石的方法,它基本上如本文中所描述的,并按图1所示。

  用于从包囊中回收人造金刚石的设备(1)包括许多外腔(2)(在该实施方式呈现包袋的形式),所述外腔由各自中心设置了板状阳极(5)的离子渗透膜(3)形成。板状阴极(6)位于各个包袋(2)的任一侧,以形成一系列交替的阴极(6)和阳极(5)。这些阴极和阳极悬浮在部分充填了电解质(9)的容器(8)中。将各自由石墨和金属催化剂(5)的混合物形成的并含有人造金刚石的包囊(10)载入与阳极(5)接触的包袋(2)中。包囊(10)可以是完整的或者呈分段的形式。然后,在阳极(5)和阴极(6)上通入DC电流。选择电解质(9)以具有适于在阴极(6)上沉积金属催化剂(10)的pH范围,所述电解质(9)通常由盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种或多种制成。使电流通过电极导致了金属催化剂的溶解,并使得金属离子透过所述离子渗透膜(3)向阴极(6)迁移,在所述阴极(6)上,所述金属离子作为金属沉积。在该过程完成之后,石墨和金刚石残留在包袋(2)中。从包袋(2)中取出该混合物并分离出金刚石。

  发明者约瑟夫·利奥波德·斯坦凯维奇 申请人:约瑟夫·利奥波德·斯坦凯维奇


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