作者簡介：

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

       【摘要】本文通過對現行金剛石提純的主流工藝的弊端分析，提出一個全新的金剛石提純工藝流程圖，并對其合理性進行論證。確認該項技術必將在短時間內，取代現行工藝流程，達到節約能源和資源，降低成本，改善環境的目標。新工藝流程可提高功效三倍，每噸金屬節電3000—4000KWh。

      一、前言

       現在金剛石行業迎來了大發展的機遇，但金剛石提純工序卻是制約企業發展的一顆“毒瘤”，必須對其作一大型手術，才能得到醫治，得到新生。

       現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。該技術是將合成柱破碎成一定粒度后（以不破壞金剛石晶粒為限）裝入陽極布袋進行電解，電解液將合成塊中金屬溶解為金屬離子后進入電解液，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，以致于產生很多弊端。而成為企業中的一顆“毒瘤”，對人員，對環境造成極大的污染和傷害。現已到非徹底整治不可的時候了。

       二、現行金剛石提純工藝的主要問題

       現行工藝的核心技術是“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。這是一個帶有根本性的錯誤選擇。合成塊裝入布袋中連同陽極板吊掛在電解槽中，是靜止不動的，布袋中的物料和陽極板也是經壓實是靜止不動的。金屬觸媒是依靠電解液緩慢地進入布袋，滲透到合成塊中與暴露出來的金屬表面進行氧化反應，使金屬以Fe²⁺、Ni²⁺、Co²⁺等形式進入電解液。對于經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天時間，這么漫長的時間要消耗多少能源，浪費多少材料，對環境造成多大污染？所以一般金剛石合成企業都將這部分隱藏在偏僻的角落中，不易被人發覺。

       選擇電解工藝回收金屬本是無可厚非，一個好的工藝如果放到一個極不合理的位置，它也無法發揮作用。下面舉兩個與“電解合成塊”相類似的例子，進行一下對比，從中不難發現這種選擇是否合理，是否科學。

       （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：首先將黃銅礦磨細到10-65μm，然后裝入陽極布袋進行電解，在陰極得到銅粉，其直流電耗僅為1000-1500KWh/噸銅粉，應該旨出，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。

       聯想到“電解合成塊”中金屬是極分散的質點，被層層包裹，又不能磨得很細，還要裝入布袋中，這又屬于“隔膜電解”應用在本工藝，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”在關鍵性的三個方面都處于劣勢，是極不合理的選擇。

       綜上所述，現行金剛石提純工藝存在的主要問題是：

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

       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，是名符其實高耗能工程。

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

       4、 有些企業對電解設備的選型很不合理，給設備正常運行帶來很多困難。

       5、 三廢排放不達標，嚴重污染環境，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該淘汰的落后的工藝技術。

       三、新的金剛石提純工藝流程圖

       現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，所選擇的設備也不合理造成的。金剛石合成工藝是一個很年青的專業，需要借鑒和學習其他專業，其他行業的行之有效的專業技術，電解過程是一個純電化學工藝過程，對行業內的人來說還是很陌生的，電解工藝是化工、冶金工業經常用到的成熟技術，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，主要是解決化學反應或電化學反應的速度問題，使其更符合化學反應動力學的要求。新的金剛石提純工藝流程圖請見下圖。

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、選用反應釜作為金屬的溶出設備，這是最好的選擇

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

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

       用反應釜浸出金屬僅需10-15小時就已足夠了（裝料量可在1-3噸左右），可見反應釜是一個高效率的反應容器，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提取冶金技術，其電流效率可達到98%以上，直流電耗在3000-4000KWh/噸金屬，一個電解周期僅用24小時就夠了，貧化的電解液經簡單處理再返回到反應釜進行下一輪的浸出，從而實現快速電解，節約電能的目標。

       3、金屬回收率高

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

觸媒元素的電化學數據

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

       因此，新工藝選擇反應釜溶出金屬，選擇水溶液電解提取金屬，這屬于強強聯合，這是新工藝的兩大亮點，是一個保證產品多、快、好、省和環境友好的工業設計。

       五、結論：

       現行金剛石提純工藝已經完成其歷史使命，已經不能滿足當前經濟社會發展的需要，我們應轉變經濟發展方式，與時俱進，不斷創新，大力推進新工藝的推廣應用。

       新的工藝流程圖是一個科學地、合理的組合，不僅僅能給企業帶來經濟效益，環境效益，而更重要的是改變了企業中最為薄弱的環節，使企業走上節約資源、節約能源、環境友好、可持續發展的健康道路。

       本文由于篇幅所限制，不能對流程中每一環節的技術條件和操作技術加以說明，將在今后項目實施過程中，對操作人員和技術人員進行化學、電化學工程培訓中傳授給項目單位。

       敬請行業專家，行業同仁批評指正。