本發明涉及濕法冶金技術領域，特別涉及一種金剛石刀頭回收處理方法。

背景技術：

金剛石刀頭是切割鋸片的工作主體，廣泛應用于硬脆材料的切割加工，如珠寶、石材、陶瓷、硬質合金等。通常金剛石刀頭是以細小顆粒狀的金剛石及碳化鎢作為磨料，與以銅、鐵為主要元素的胎體材料通過壓制燒結等工藝制成。由于廢棄金剛石刀頭中所含的金剛石、碳化鎢顆粒以及銅、鐵等有價金屬具有較大的經濟價值，因此回收其中的各種金屬以及金剛石、碳化鎢顆粒具有極大的經濟效益。

目前國內廢棄金剛石刀頭的處理方法主要有鹽酸-雙氧水法、鹽酸-氯酸鹽法及電解法等。由于雙氧水成本高，且遇高溫容易分解，導致鹽酸-雙氧水法的成本過高，且由于金剛石刀頭的導電性不穩定，使得電解法不利于工業生產，因此工業上通常采用鹽酸-氯酸鹽法來處理廢棄金剛石刀頭，該方法通過將金剛石刀頭與鹽酸和氯酸鹽的混合溶液進行反應，將含有銅、鐵的金屬元素的胎體材料溶解，從而將不發生反應的金剛石和碳化鎢顆粒濾出。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

采用鹽酸-氯酸鹽法處理廢棄金剛石刀頭不能有效的分離出廢棄金剛石刀頭中的金剛石、碳化鎢顆粒以及銅、鐵等有價金屬。

技術實現要素：

為了解決現有的廢棄金剛石刀頭處理方法不能有效的分離出廢棄金剛石刀頭中的金剛石、碳化鎢顆粒以及銅、鐵等有價金屬的問題，本發明實施例提供了一種金剛石刀頭回收處理方法。所述技術方案如下：

本發明實施例提供了一種金剛石刀頭回收處理方法，適用于銅鐵基金剛石刀頭，所述金剛石刀頭主要含有銅、鐵和人造金剛石，所述處理方法包括：

(1)按照金剛石刀頭與第一浸出液的質量比為1:2.4～3.5，將洗凈的金剛石刀頭加入到第一浸出液中，并在第一溶銅釜中反應，反應溫度為80-90℃，反應過程中持續通入空氣，第一浸出液中含有5-15g/L的硫酸；

(2)當步驟(1)中第一溶銅釜中的第一浸出液中出現細粉狀海綿銅時，開啟第一溶銅釜中的旋流分離器進行固液分離，得到第一不溶物和第一濾液，其中，第一不溶物為金剛石、銅和碳化鎢的混合物，第一濾液為含有硫酸亞鐵的溶液；

(3)將步驟(2)中的第一不溶物與足量第二浸出液在第二溶銅釜中反應，反應溫度為60～90℃，反應過程中持續通入空氣，直至反應結束，對第二溶銅釜中的混合物進行固液分離，得到第二不溶物和第二濾液，其中第二不溶物為金剛石和碳化鎢的混合物，第二濾液為含有硫酸銅的溶液，第二浸出液中含有100-150g/L的硫酸；

(4)將步驟(3)中的第二不溶物按質量比加入1:20的去離子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮選法分離出金剛石。

進一步地，步驟(1)和步驟(3)在微泡溶銅釜中進行反應。

具體地，在步驟(1)中，所述金剛石刀頭固定在所述第一溶銅釜中進行反應。

進一步地，在步驟(2)中，所述處理方法還包括：

將所述第一濾液濃縮、結晶、過濾后產出七水合硫酸亞鐵產品。

更進一步地，在步驟(2)中，在對所述第一濾液濃縮、結晶、過濾之前，對所述第一濾液進行預處理，所述預處理方法包括：

在所述第一濾液中加入適量鐵粉后過濾。

再進一步地，將所述第一濾液濃縮、結晶、過濾、洗滌得到七水合硫酸亞鐵，然后將剩下的所述第一濾液和洗滌七水合硫酸亞鐵時用的水洗液混合，加入硫化物或碳酸鹽作沉淀劑制備鋅、鎳、和鈷的混合沉淀物。

進一步地，在步驟(4)中，通過浮選法從所述第二不溶物中分離出金剛石后，將剩余顆粒過濾并置于溫度80～120℃的電熱干燥箱中，干燥2～3小時，回收碳化鎢粉末。

在本發明的一種可能的實現方式中，在步驟(3)中，所述處理方法還包括：

當所述第二濾液中的硫酸銅濃度大于40g/L時，對濃縮后的所述第二濾液進行電解處理，陰極產生電解銅；當所述第二濾液中的硫酸銅濃度小于或等于40g/L時，先將所述第二濾液濃縮，使所述第二濾液中的硫酸銅濃度大于40g/L后再進行電解處理。

進一步地，所述第二濾液電解后的母液回用于配制第一浸出液或第二浸出液。

在本發明的另一種可能的實現方式中，在步驟(3)中，所述處理方法還包括：

將所述第二濾液濃縮、結晶、過濾后產出五水硫酸銅產品。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：通過將金剛石刀頭在溶銅釜中進行第一次氧化酸浸并過濾分離，得到的第一不溶物為金屬銅、金剛石和碳化鎢的混合物，得到的溶液為硫酸亞鐵溶液，從而將金屬鐵從金剛石刀頭中分離出來，對第一不溶物進行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物為金剛石和碳化鎢混合物，得到的溶液為硫酸銅溶液，從而將金屬銅從第一不溶物中分離出來，最后采用浮選法將第二不溶物中的金剛石與碳化鎢分離，采用本發明提供的處理方法，可以有效的依次將金剛石刀頭中的鐵、銅金屬以及金剛石和碳化鎢分離出來，便于廢棄金剛石刀頭中的銅、鐵以及金剛石和碳化鎢的重復利用，提高了廢棄金剛石刀頭的經濟價值，且該方法生產勞動強度低，適用于工業化規模生產。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明實施例提供的金剛石刀頭回收處理方法的流程圖。

圖2是本發明實施例提供的微泡溶銅釜的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例1

圖1是本發明實施例提供的金剛石刀頭回收處理方法的流程圖，參見圖1，該處理方法適用于銅鐵基金剛石刀頭，該金剛石刀頭主要含有銅、鐵、人造金剛石，另外，還含有少量的碳化鎢、鋅、鎳、鈷，其中，主要成分的質量分數包括：Cu 20-70％，Fe 20-80％，人造金剛石0.5-6％，該處理方法包括：

步驟101：按照金剛石刀頭與第一浸出液的質量比為1:2.4～3.5，將洗凈的金剛石刀頭加入到第一浸出液中，并在第一溶銅釜中反應，反應溫度為80-90℃，反應過程中持續通入空氣，第一浸出液中含有5-15g/L的硫酸；

步驟102：當步驟101中第一溶銅釜中的第一浸出液中出現細粉狀海綿銅時，開啟第一溶銅釜中的旋流分離器進行固液分離，得到第一不溶物和第一濾液，其中，第一不溶物為金剛石、銅和碳化鎢的混合物，第一濾液為含有硫酸亞鐵的溶液；

步驟103：將步驟102中的第一不溶物與第二浸出液在第二溶銅釜中反應，反應溫度為60～90℃，反應過程中持續通入空氣，直至反應結束，對第二溶銅釜中的混合物進行固液分離，得到第二不溶物和第二濾液，其中第二不溶物為金剛石和碳化鎢的混合物，第二濾液為含有硫酸銅的溶液，第二浸出液中含有100-150g/L的硫酸；

步驟104：將步驟103中的第二不溶物按質量比加入1:20的去離子水和1:0.001～0.010的煤油，用浮選法分離出金剛石。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：通過將金剛石刀頭在溶銅釜中進行第一次氧化酸浸并過濾分離，得到的第一不溶物為金屬銅、金剛石和碳化鎢的混合物，得到的溶液為硫酸亞鐵溶液，從而將金屬鐵從金剛石刀頭中分離出來，對第一不溶物進行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物為金剛石和碳化鎢混合物，得到的溶液為硫酸銅溶液，從而將金屬銅從第一不溶物中分離出來，最后采用浮選法將第二不溶物中的金剛石與碳化鎢分離，采用本發明提供的處理方法，可以有效的依次將金剛石刀頭中的鐵、銅金屬以及金剛石和碳化鎢分離出來，便于廢棄金剛石刀頭中的銅、鐵以及金剛石和碳化鎢的重復利用，提高了廢棄金剛石刀頭的經濟價值，且該方法生產勞動強度低，適用于工業化規模生產。

需要說明的是，在步驟102中，金剛石刀頭中在溶銅釜中主要發生的反應包括：

(1)Cu+1/2O₂+H₂SO₄＝CuSO₄+H₂O

(2)Fe+CuSO₄＝FeSO₄+Cu

(3)Fe+1/2O₂+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂O

(4)2FeSO₄+O₂+1/2H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+H₂O

(5)Fe₂(SO₄)₃+Fe＝3FeSO₄

(6)Fe₂(SO₄)₃+Cu＝2FeSO₄+CuSO₄

(7)(Ni、Zn)+1/2O ₂+H₂SO₄＝(Ni、Zn)SO₄+H₂O

(8)Fe+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂

其中(1)和(2)為步驟102中的主要反應，(3)～(8)為步驟(2)副反應，為了強化主反應，弱化副反應，步驟102采用強化溶銅的設備，在步驟101中，第一浸出液中的硫酸的濃度為5-15g/L，氫離子濃度較低，由于反應(1)在少量氫離子存在下就可以快速反應，而反應(3)中鐵與氧氣在低酸度條件下反應速度比較緩慢，因此金剛石刀頭在溶銅釜中首先發生反應(1)，當反應(1)生成硫酸銅后，溶液中的銅離子會與金剛石刀頭中的鐵發生反應，即反應(2)，從而在溶液中析出海綿狀的金屬銅，將生成的海綿銅和從金剛石刀頭上脫落的金剛石和碳化鎢顆粒過濾后得到第一不溶物。

需要說明的是，在步驟101和步驟103所需的氧氣可以是通過直接將空氣或氧氣通入第一浸出液中參與反應的，但是直接將空氣或氧氣通入第一浸出液中時，由于其中的氧氣在第一浸出液中的溶解過程緩慢，通入過程中，溶液中的氧含量較低，因此上述反應(1)的速率較慢，因此在本實施例中，步驟101和步驟103采用微泡溶銅釜來進行反應，在微泡溶銅釜中，氧氣在溶液中的飽和度更高，從而可以促進反應(1)更快速地進行。

圖2是本發明實施例提供的微泡溶銅釜的結構示意圖，參見圖2，假底8上方為反應釜7，反應釜7為上述步驟101和步驟103中反應的主要區域，假底8下方為氣液分離器11，該微泡溶銅釜工作時，通過循環泵1從氣液分離器11中將溶液吸入至噴射泵2的噴嘴處，并將吸入的溶液從噴射泵2的噴嘴處高速噴出，從空氣入口4將空氣通入噴射泵2的氣液混合區，由于空氣與高速液流強烈作用，使噴射泵2內的溶液中的氧迅速達到飽和狀態，瞬間實現乳化混合，形成乳化液，該乳化液從噴射泵2噴出后再經折流盤10進入反應釜7中進行反應，含氧氣量降低的溶液穿過假底8返回氣液分離器11后循環利用。在本實施例中，還可以從加料口3加入需要反應的材料，從加液口5加入反應所需的溶液，還可以通過夾套9對溶銅釜內進行加溫，以達到反應所需的溫度，旋流分離器6可以排出溶銅釜中過濾的溶液。通過微泡溶銅釜增加了反應用的溶液中的氧氣含量，從而增加了上述反應(1)的速率。

具體地，在步驟101中，金剛石刀頭固定在第一溶銅釜中進行反應。在步驟102中，會通過旋流分離器將浸出液中的海綿銅濾出，通過將金剛石刀頭固定在第一溶銅釜中進行反應，可以防止未反應的金剛石刀頭被濾出。

在本實施例中，在步驟102中，對得到的第一濾出液中的硫酸亞鐵的處理方法可以包括：將第一濾液濃縮、結晶、過濾后產出七水合硫酸亞鐵產品。

需要說明的是，在第一濾液中，除了硫酸亞鐵外，由于溶液中持續通入空氣，會將第一濾液中的部分二價鐵離子氧化三價鐵離子，因此，可以在對第一濾液進行濃縮、結晶、過濾產出七水合硫酸亞鐵之前，對第一濾液進行預處理，該預處理的方法包括：在第一濾液中加入適量的鐵粉，使三價鐵離子和鐵粉反應轉化成二價鐵離子，再通過過濾去除多余的鐵粉后。通過預處理后，溶液中的三價鐵離子轉化成了二價鐵離子，可以使通過第一濾液生產的七水合硫酸亞鐵的純度更高。

另外，由于金剛石刀頭中還含有鋅、鎳、鈷金屬，因此在第一濾液中還含有鋅、鎳、鈷等金屬離子，直接排放產出七水合硫酸亞鐵后的第一濾液會對環境造成污染，因此將所述第一濾液濃縮、結晶、過濾、洗滌得到七水合硫酸亞鐵后，還可以將剩下的第一濾液以及洗滌七水合硫酸亞鐵晶體時用的水洗液混合，并在其中加入硫化物或碳酸鹽作沉淀劑，制備鋅、鎳、鈷的混合沉淀物，不僅去除了廢水中的金屬離子，還實現了鋅、鎳、鈷金屬的重復利用。

在步驟104中，通過浮選法從第二不溶物中分離出金剛石后，剩余的不溶物為碳化鎢顆粒，將剩余顆粒過濾并置于溫度80-120℃的電熱干燥箱中，干燥2-3小時，回收其中的碳化鎢粉末。

在步驟103中，對得到的第二濾液中的硫酸銅的分離處理方法有多種方式，其中一種處理方法包括：

當第二濾液中的硫酸銅濃度大于40g/L時，對第二濾液進行電解處理，陰極產生電解銅；當第二濾液中的硫酸銅濃度小于等于40g/L，則先對第二濾液進行濃縮，使第二濾液中的硫酸銅濃度大于40g/L后再進行電解處理。

優選地，在這種處理方法中，電解之后得到的母液中含有硫酸，因此可以將第二濾液電解產銅之后的母液回用于配制第一浸出液和第二浸出液，只需要保證第一浸出液中的硫酸濃度為5-15g/L或第二浸出液中的硫酸濃度為100-150g/L即可，這樣可以提高經濟效益，減少廢液的排放。

在本實施例中，另一種對第二濾液中的硫酸銅進行處理的方法包括：

將第二濾液濃縮、結晶、過濾后產出五水硫酸銅產品。

上述方法中，將金剛石刀頭通過兩次氧化酸浸，可以依次分離出金剛石刀頭中的鐵和銅，而且可以將分離得到的硫酸亞鐵通過簡單的結晶處理得到七水合硫酸亞鐵產品出售，將分離得到的硫酸銅可以經過電解或簡單的結晶處理得到銅或五水硫酸銅產品出售，提高了廢棄金剛石刀頭中的有價金屬的利用率，且對第二次氧化酸浸得到的金剛石和碳化鎢混合物通過浮選法進行分離，可以容易分離得到金剛石和碳化鎢顆粒以便重復利用，有效的分離了廢棄的金剛石刀頭中的銅、鐵、人造金剛石，提高了廢棄金剛石刀頭的經濟利用價值。

實施例2

在本實施例中，采用的金剛石刀頭的主要成分的質量百分比為：Cu為23.50％、Fe為56.34％、人造金剛石0.56％。采用的硫酸為工業級硫酸，其中硫酸的質量分數大于98％。

在本實施例中，采用的金剛石刀頭的主要成分的質量百分比包括：Cu為23.50％、Fe為56.34％、人造金剛石0.56％，其中還含有少量的碳化鎢以及鎳、鈷、鋅等金屬，由于碳化鎢和鎳、鈷、鋅等金屬的含量極少，在此不作詳細說明。處理過程中采用的硫酸為工業級硫酸，其中硫酸的質量分數大于98％。

先將工業級硫酸配制成質量分數為5～15g/L的稀硫酸溶液作為第一浸出液，取100kg金剛石刀頭固定在第一溶銅釜中，在第一溶銅釜中加入250kg第一浸出液，調節第一溶銅釜中的溫度至85℃，在反應過程中，持續通入微泡狀的空氣，待第一浸出液中開始出現細粉狀的海綿銅時，開啟第一溶銅釜中的旋流分離器進行固液分離，直至反應結束，得到第一不溶物和第一濾液，對第一濾液進行濃縮、結晶、過濾處理后得到七水合硫酸亞鐵晶體，再將第二不溶物置入第二溶銅釜中，在第二溶銅釜中加入100kg質量分數為100-150g/L的硫酸，并加入第二溶銅釜至85℃，反應過程中持續通入微泡狀的空氣，直至反應結束，對第二溶銅釜中的混合物進行固液分離，得到第二不溶物和第二濾液，對第二濾液采用結晶的方式回收硫酸銅，采用浮選法分離出金剛石，得到的五水硫酸銅的質量為90.25kg，計算得到銅的回收率約為96.9％，通過結晶的方式回收的七水合硫酸亞鐵的質量為268.20kg，計算得到鐵的回收率約為95.9％，最終分離得到的金剛石為551g，計算得到金剛石的回收率約為98.39％。

通過將金剛石刀頭在溶銅釜中進行第一次氧化酸浸并過濾分離，得到的第一不溶物為金屬銅、金剛石和碳化鎢的混合物，得到的溶液為硫酸亞鐵溶液，從而將金屬鐵從金剛石刀頭中分離出來，對第一不溶物進行第二次氧化酸浸，得到第二不溶物為金剛石和碳化鎢混合物，得到的溶液為硫酸銅溶液，從而將金屬銅從第一不溶物中分離出來，最后采用漂浮法將第二不溶物中的金剛石與碳化鎢分離，采用本發明提供的處理方法，可以有效的依次將金剛石刀頭中的鐵、銅金屬以及金剛石和碳化鎢分離出來，便于廢棄金剛石刀頭中的銅、鐵以及金剛石和碳化鎢的重復利用，提高了廢棄金剛石刀頭的經濟價值，且該方法生產勞動強度低，適用于工業化規模生產。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。