作者簡(jiǎn)介：

       張戈，高工，畢業(yè)于東北大學(xué)有色冶金系，先后從事電解鋁、電解鎂、電解銅粉、鎳粉、鉛粉等技術(shù)工作，2005年進(jìn)入金剛石合成行業(yè)，從事合成金剛石原材料的研究工作。

       【摘要】本文通過對(duì)現(xiàn)行金剛石提純的主流工藝的弊端分析，提出一個(gè)全新的金剛石提純工藝流程圖，并對(duì)其合理性進(jìn)行論證。確認(rèn)該項(xiàng)技術(shù)必將在短時(shí)間內(nèi)，取代現(xiàn)行工藝流程，達(dá)到節(jié)約能源和資源，降低成本，改善環(huán)境的目標(biāo)。新工藝流程可提高功效三倍，每噸金屬節(jié)電3000—4000KWh。

      一、前言

       現(xiàn)在金剛石行業(yè)迎來了大發(fā)展的機(jī)遇，但金剛石提純工序卻是制約企業(yè)發(fā)展的一顆“毒瘤”，必須對(duì)其作一大型手術(shù)，才能得到醫(yī)治，得到新生。

       現(xiàn)行金剛石提純工藝的核心是“電解合成塊”將金屬觸媒從石墨和金剛石中分離出來的技術(shù)。該技術(shù)是將合成柱破碎成一定粒度后（以不破壞金剛石晶粒為限）裝入陽極布袋進(jìn)行電解，電解液將合成塊中金屬溶解為金屬離子后進(jìn)入電解液，然后在陰極板上放電還原成金屬，剩余的石墨和金剛石再經(jīng)球磨（或輾壓），過篩，篩上料約有10%左右再返回去二次電解，篩下料送搖床分選，使金剛石與石墨分離。這種工藝不成熟，不合理，以致于產(chǎn)生很多弊端。而成為企業(yè)中的一顆“毒瘤”，對(duì)人員，對(duì)環(huán)境造成極大的污染和傷害?，F(xiàn)已到非徹底整治不可的時(shí)候了。

       二、現(xiàn)行金剛石提純工藝的主要問題

       現(xiàn)行工藝的核心技術(shù)是“合成塊的電解”它屬于可溶陽極電解。該工藝的主要問題在于選擇用“電解合成塊”的方法回收金屬。這是一個(gè)帶有根本性的錯(cuò)誤選擇。合成塊裝入布袋中連同陽極板吊掛在電解槽中，是靜止不動(dòng)的，布袋中的物料和陽極板也是經(jīng)壓實(shí)是靜止不動(dòng)的。金屬觸媒是依靠電解液緩慢地進(jìn)入布袋，滲透到合成塊中與暴露出來的金屬表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，使金屬以Fe²⁺、Ni²⁺、Co²⁺等形式進(jìn)入電解液。對(duì)于經(jīng)過高溫高壓作用后的料塊，電解液是很難將金屬快速溶解出來的，一般都需要5-8天時(shí)間，這么漫長(zhǎng)的時(shí)間要消耗多少能源，浪費(fèi)多少材料，對(duì)環(huán)境造成多大污染？所以一般金剛石合成企業(yè)都將這部分隱藏在偏僻的角落中，不易被人發(fā)覺。

       選擇電解工藝回收金屬本是無可厚非，一個(gè)好的工藝如果放到一個(gè)極不合理的位置，它也無法發(fā)揮作用。下面舉兩個(gè)與“電解合成塊”相類似的例子，進(jìn)行一下對(duì)比，從中不難發(fā)現(xiàn)這種選擇是否合理，是否科學(xué)。

       （1）在銅電解精練方面：是將粗銅或銅合金鑄成陽極板，在電解槽中進(jìn)行電解，在陰極板上得到精練銅，其直流電耗僅為230-280KWh/噸銅。

       （2）在銅礦漿電解方面：首先將黃銅礦磨細(xì)到10-65μm，然后裝入陽極布袋進(jìn)行電解，在陰極得到銅粉，其直流電耗僅為1000-1500KWh/噸銅粉，應(yīng)該旨出，礦漿電解處理的是黃銅礦（硫化礦）而不是純金屬，其難度可想而知。

       聯(lián)想到“電解合成塊”中金屬是極分散的質(zhì)點(diǎn)，被層層包裹，又不能磨得很細(xì)，還要裝入布袋中，這又屬于“隔膜電解”應(yīng)用在本工藝，使陽極整體電壓降占槽電壓的70%以上，所以選擇“電解合成塊”在關(guān)鍵性的三個(gè)方面都處于劣勢(shì)，是極不合理的選擇。

       綜上所述，現(xiàn)行金剛石提純工藝存在的主要問題是：

       1、 電解周期漫長(zhǎng)，一般為5-8天，一般合成金剛石從混料到壓機(jī)合成僅需二天時(shí)間，而該工序就要這么長(zhǎng)時(shí)間，不能不說是一種時(shí)間的浪費(fèi)，時(shí)間就是錢呀！

       2、 電能消耗過高，由于電流效率低下，僅為53-65%，槽電壓過高造成電能消耗過高，一般直流電耗為6000-9000KWh/噸金屬，是名符其實(shí)高耗能工程。

       3、 浪費(fèi)很多原材料，電解液的單價(jià)就是10000元/噸，其他材料也很貴重，增加金剛石的制造成本

       4、 有些企業(yè)對(duì)電解設(shè)備的選型很不合理，給設(shè)備正常運(yùn)行帶來很多困難。

       5、 三廢排放不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重污染環(huán)境，損害了操作人員及周圍居民的健康。

       鑒于存在的上述問題，我們不能不說這屬于應(yīng)該淘汰的落后的工藝技術(shù)。

       三、新的金剛石提純工藝流程圖

       現(xiàn)行金剛石提純工藝有很多弊端，究其根本原因是所選擇的工藝流程不合理，所選擇的設(shè)備也不合理造成的。金剛石合成工藝是一個(gè)很年青的專業(yè)，需要借鑒和學(xué)習(xí)其他專業(yè)，其他行業(yè)的行之有效的專業(yè)技術(shù)，電解過程是一個(gè)純電化學(xué)工藝過程，對(duì)行業(yè)內(nèi)的人來說還是很陌生的，電解工藝是化工、冶金工業(yè)經(jīng)常用到的成熟技術(shù)，它有很多種，就看你能否選的正確，選的合理。

       本文提出新的工藝流程，主要是解決化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的速度問題，使其更符合化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的要求。新的金剛石提純工藝流程圖請(qǐng)見下圖。

金剛石提純工藝流程圖

       四、新的金剛石提純工藝的合理性

       1、選用反應(yīng)釜作為金屬的溶出設(shè)備，這是最好的選擇

       反應(yīng)釜是化工生產(chǎn)的最成熟設(shè)備之一，是破解石墨——觸媒的有效手段，大型反應(yīng)釜有一次可裝數(shù)噸物料，該釜有電加熱器，可用來控制最適宜的反應(yīng)溫度，有機(jī)械攪拌器，可使合成塊和酸液在釜中不斷的摩擦運(yùn)動(dòng)，不斷地暴露出新的反應(yīng)界面，同時(shí)H2SO4、HNO3還能使石墨酸化，形成可膨漲石墨，使石墨膨漲細(xì)化，將金屬暴露出來。由于反應(yīng)釜可以控溫，可以攪拌，還可以在0.1-1.0Mpa下加壓，提高反應(yīng)速度，這些都是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的必要條件。

       在日常工作，經(jīng)常會(huì)遇到處理金剛石合成小樣，即將小樣適當(dāng)破碎，然后用H2SO4、HNO3混合液浸泡，一般1-2小時(shí)就可將金剛石分離出來，而現(xiàn)行提純工藝卻需要5-8天的時(shí)間，真是不可思議的事情。

       用反應(yīng)釜浸出金屬僅需10-15小時(shí)就已足夠了（裝料量可在1-3噸左右），可見反應(yīng)釜是一個(gè)高效率的反應(yīng)容器，完全能滿足本工藝要求。

       2、新工藝選擇濕法冶金中水溶液電解工藝，該工藝是有色冶金中最成熟的電化學(xué)提取冶金技術(shù)，其電流效率可達(dá)到98%以上，直流電耗在3000-4000KWh/噸金屬，一個(gè)電解周期僅用24小時(shí)就夠了，貧化的電解液經(jīng)簡(jiǎn)單處理再返回到反應(yīng)釜進(jìn)行下一輪的浸出，從而實(shí)現(xiàn)快速電解，節(jié)約電能的目標(biāo)。

       3、金屬回收率高

       保證回收率高的第一點(diǎn)是金屬的溶浸條件優(yōu)越，第二點(diǎn)是水溶液電解是一個(gè)最強(qiáng)的氧化——還原過程，由元素的電化學(xué)電極電位順序可知，Ni、Co的電極電位。

觸媒元素的電化學(xué)數(shù)據(jù)

       均較Fe為正，所以優(yōu)先在陰極板上還原沉積，這就保證了有價(jià)金屬的回收率。

       因此，新工藝選擇反應(yīng)釜溶出金屬，選擇水溶液電解提取金屬，這屬于強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，這是新工藝的兩大亮點(diǎn)，是一個(gè)保證產(chǎn)品多、快、好、省和環(huán)境友好的工業(yè)設(shè)計(jì)。

       五、結(jié)論：

       現(xiàn)行金剛石提純工藝已經(jīng)完成其歷史使命，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，我們應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新，大力推進(jìn)新工藝的推廣應(yīng)用。

       新的工藝流程圖是一個(gè)科學(xué)地、合理的組合，不僅僅能給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境效益，而更重要的是改變了企業(yè)中最為薄弱的環(huán)節(jié)，使企業(yè)走上節(jié)約資源、節(jié)約能源、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的健康道路。

       本文由于篇幅所限制，不能對(duì)流程中每一環(huán)節(jié)的技術(shù)條件和操作技術(shù)加以說明，將在今后項(xiàng)目實(shí)施過程中，對(duì)操作人員和技術(shù)人員進(jìn)行化學(xué)、電化學(xué)工程培訓(xùn)中傳授給項(xiàng)目單位。

       敬請(qǐng)行業(yè)專家，行業(yè)同仁批評(píng)指正。