1、引言
 
　　超硬材料產(chǎn)業(yè)具有循環(huán)經(jīng)濟的特色，相比于普通磨料，不但制造超硬原材料的能耗低，如生產(chǎn)金剛石的原料碳是可循環(huán)資源，觸媒金屬是可再生資源，而且生產(chǎn)過程可能產(chǎn)生的污染物都可以實現(xiàn)資源化和再利用。超硬工具具備的高壽命、高效率、高精度加工性能，對各工業(yè)領域制造過程具有減量化作用。例如用硬質合金鉆頭打井需要一年的時間，而用金剛石鉆頭打同樣的井，只需要幾個月，不僅提高了效率，而且減少了施工對環(huán)境的影響。超硬材料及制品以其高加工效率、高加工質量以及低污染、低能耗等優(yōu)點，為現(xiàn)代工業(yè)各領域實現(xiàn)低碳與節(jié)能減排提供了重要的支撐基礎。
 
　　2、 超硬材料循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　2.1、金剛石產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　金剛石是由高純石墨在高純觸媒作用下，在精確控制的高溫高壓條件下轉化生長而成的。金剛石生產(chǎn)過程包括高純材料的制備、超高壓合成、提純、分選等工序。主要耗能工序在材料處理和高溫合成，產(chǎn)生污染的工序是提純。
 
　　現(xiàn)在的金剛石產(chǎn)業(yè)可以說已經(jīng)進入到全封閉綠色環(huán)保時代。金剛石的提純一般是采用腐蝕學原理以及對金剛石合成物相的了解，讓合成塊內形成碳-鐵，鎳-鐵，碳-鎳腐蝕電池，采用去極化劑加速觸媒金屬的溶解與共沉積過程。這個過程不產(chǎn)生有害氣體，并且溶解非常徹底。隨著該技術不斷進步以及結合石墨循環(huán)利用技術，一次電解觸媒溶解率與回收率高達98%以上，電解效率提高1倍以上，節(jié)能70%以上。整個過程基本上實現(xiàn)了金剛石提純機械化、無酸化。
 
　　2.2、立方氮化硼產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　立方氮化硼的提純是清除合成料中未轉化的六方氮化硼、觸媒、石墨、葉蠟石等雜質。其中金屬觸媒和石墨主要是通過酸處理，六方氮化硼及葉石蠟通過NaOH和KOH等混合堿去除。
 
　　金屬觸媒和石墨處理過程用的酸，在初期參考金剛石提純過程采用高氯酸，是無機酸中最強的氧化劑，受熱后將發(fā)生分解反應，分解出的氧與石墨反應生成二氧化碳從而除去石墨。但是因為其高溫分解產(chǎn)生氯氣嚴重污染空氣，所以目前廣泛采在反應釜中利用電化學方法或者混合酸化學法等方式對立方氮化硼進行提純。該方法不僅能夠干凈地清除混雜在立方氮化硼中的石墨和金屬雜質,而且無任何有毒有害氣體產(chǎn)生和排放,有效地避免了環(huán)境污染,同時對石墨和金屬的清除可在一道工序完成,因而工序流程短,大大提高了效率。另外,反應后的酸液可循環(huán)使用,酸和水資源消耗量減少,加之廢水中酸含量很少,容易處理,從而使生產(chǎn)成本大大降低[3]，并有力推動了循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。
 
　　2.3、超硬材料工具循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　常用的超硬工具主要包括鋸片、鉆頭、砂輪、PCD及氣相沉積工具等，其應用領域十分廣泛。超硬材料工具主要以金剛石制品為主，在今后幾年里，全球金剛石工具的市場需求將以每年超過20%的速度快速增長，其中，金剛石及類金剛石涂層產(chǎn)品的復合年增長率可達到14.3%。在通常情況下，廢舊金剛石工具中殘留有大量未被消耗的金剛石顆粒以及結合劑。如果將這些廢舊金剛石工具棄之不用，將會造成巨大的浪費。對廢舊金剛石工具中殘留的金剛石和結合劑進行回收和再利用，可以充分利用資源，減少能源消耗。實現(xiàn)切削工具的循環(huán)使用，也是實施金剛石工具再制造的基礎。
 
　　目前，工具的回收方法可歸納為三種：化學法、電化學一化學法和惰性氣體霧化冷凝法等。
 
　　化學法包括兩個環(huán)節(jié)，第一步是對回收的工具制品進行酸液腐蝕，利用超硬材料在低溫下具有很好的穩(wěn)定性、不溶于酸的特點，用酸液溶解去除金屬結合劑中的金屬離子，從而獲得浸出的顆粒。第二步是對含有豐富金屬離子的酸性溶解液進行化學提取，經(jīng)過沉淀、煅燒等工藝，可以得到金屬單質和金屬化合物(如鈷、銅、鎳、氧化銅、氧化鈷等)，金屬的轉化率在95%一99%之問，且獲得的金屬純度極高，可以直接用于生產(chǎn)?；瘜W法不僅可實現(xiàn)超硬材料和其他金屬材料的回收，同時還能降低工具制品的生產(chǎn)成本。
 
　　電化學一化學法：該方法以回收的工具制品作為陽極進行電解，通電后，基體中的金屬鎳或鈷在電解液中發(fā)生電化學溶解反應，電解液既可以用酸，也可以用鹽，幾十分鐘后可將超硬材料層溶解，然后再進行化學酸蝕反應，得到超硬顆粒。與化學法相比，電化學一化學法的回收速度明顯提高。
 
　　惰性氣體霧化冷凝法：該方法是利用物理反應，通過重熔、霧化、冷凝三個過程來實現(xiàn)工具的回收。首先將回收的工具清洗裝爐，預抽真空，充入惰性氣體，使爐內達到無氧條件，然后加熱重熔，在一定的過熱條件下，用惰性氣體對其噴霧，最后直接冷凝成固體粉末，回收的粉末可作為生產(chǎn)工具的原材料。整個回收過程可以避免污染環(huán)境。但是，由于該方法需要在1500℃高溫下對工具基體進行重新熔化，而在真空或惰性氣體環(huán)境中，當溫度達到1500 ℃時，金剛石表面就會開始石墨化，其強度和性能會有所降低。
 
　　3、 超硬材料循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展展望
 
　　3.1、金剛石、立方氮化硼循環(huán)經(jīng)濟展望
 
　　超硬材料原材料按照減量化、資源化、再利用的要求發(fā)展，成了行業(yè)發(fā)展必然選擇。在金剛石、立方氮化硼生產(chǎn)污染尤其嚴重的提純方面，今后必然朝著下面幾個趨勢前進：
 
　　1)生產(chǎn)過程中應采用封閉措施，使反應過程中的廢氣全部吸收;
 
　　2)操作環(huán)境應該潔凈無污染;
 
　　3)工藝設計充分考慮到提純氧化劑的利用和回收，以及尾氣吸收堿液的綜合利用，應顯著降低生產(chǎn)成本;
 
　　4)反應后廢酸經(jīng)中和后無害化排放，達到環(huán)保要求。
 
　　總之，要引導超硬材料產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)低碳化，促進超硬材料行業(yè)健康發(fā)展，加快中國成為超硬材料強國的步伐。
 
　　3.2、超硬材料工具循環(huán)經(jīng)濟展望
 
　　現(xiàn)有的工具回收方法在一定程度上實現(xiàn)了稀缺資源的再利用，節(jié)約了再制造成本，符合循環(huán)經(jīng)濟理念。但是，在工具回收和再利用技術上，目前仍然存在許多問題和不足，有著很大的改進空間。
 
　　1)超硬材料工具回收技術的覆蓋領域要更加全面。當前的回收技術主要是針對燒結金剛石工具、電鍍金剛石工具和樹脂金剛石工具，而對金剛石涂層工具的回收方法研究較少，對陶瓷結合劑金剛石工具的回收更是鮮有報道。
 
　　2)回收方法與技術要實現(xiàn)環(huán)境友好與循環(huán)使用的完美結合，要符合綠色循環(huán)的理念。
 
　　3)超硬材料工具的設計也要有利于回收和再利用。為了便于工具的回收和再制造，使超硬顆粒、結合劑與基體在回收時易于分離，在設計金剛石工具時，就應在保證使用過程中各種材料間結合強度的同時，考慮如何設計有利于各部分材料在回收時易于分離。
 
　　4、結論
 
　　堅持創(chuàng)新驅動戰(zhàn)略，按照可持續(xù)發(fā)展模式，走低碳、環(huán)保循環(huán)路線，推動中國超硬材料制品走向高檔市場，是當今超硬材料工作者的中心任務，也是中國超硬材料行業(yè)走向成熟的標志。
 
　　1)實施循環(huán)經(jīng)濟，走可持續(xù)發(fā)展之路是超硬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然。近年來，我國經(jīng)濟以10%左右快速增長，但材料、能源與環(huán)境透支的壓力十分突出。如在超硬材料原材料中，每年消耗的觸媒金屬達5000噸，石墨達8000噸，如此大的使用量，使得生態(tài)環(huán)境的承受能力在一些地方已經(jīng)遠遠超過了極限，因而大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟已成為當前和今后我國經(jīng)濟社會發(fā)展的必然選擇。
 
　　2)在原材料的循環(huán)利用方面，建立全封閉的粉末生產(chǎn)及應用生產(chǎn)線，全面提高產(chǎn)品質量和改善工作環(huán)境實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，將是未來發(fā)展的必然趨勢。
 
　　3)建立可循環(huán)的綠色制造系統(tǒng)是企業(yè)未來的發(fā)展方向之一。對于超硬材料工具制造企業(yè)來說，根據(jù)自己的產(chǎn)品特點，研發(fā)環(huán)保且高效的生產(chǎn)方法，實現(xiàn)生產(chǎn)和回收的一體化，會使其在激烈的市場競爭中增加優(yōu)勢。
 
　　在當前的“十二五”期間，我國經(jīng)濟依然保持著穩(wěn)健而高速的發(fā)展，超硬材料以它的優(yōu)越性能，在國家的基礎建設和經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。低碳經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟已是我國的國策，超硬材料也會為實現(xiàn)我國的國策作出突出的貢獻!超硬材料行業(yè)做為陽光行業(yè)和朝陽產(chǎn)業(yè)，必定會走出一條科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力和資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型產(chǎn)業(yè)化道路，以最少的資源消耗、最小的環(huán)境代價實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。(文/方嘯虎 謝德龍  參考文獻略)