一種用藍寶石精研磨廢料漿制備碳化硼超微粉的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于超硬材料加工技術領域，特別涉及一種用藍寶石精研磨廢料漿制備碳 化硼超微粉的方法。
【背景技術】
[0002] 藍寶石是一種氧化鋁(α-Α12〇3)單晶具有高硬度(莫氏硬度9.0)、高熔沸點、穩定的 化學性能、良好的電絕緣性、優異的光學性能及機械性能等優異特性，被廣泛應用于紅外軍 事裝置、衛星空間技術及高強度激光的窗口材料等。近年來，藍寶石作為半導體GaN/Al 203發 光二極管(LED)最為理想的襯底材料，被廣泛應用于半導體LED照明；此外，藍寶石憑借其一 流的強度、耐磨耐摔和抗劃傷性等特性，又開始逐步應用于高端的手機領域，近年來LED照 明的普及以及藍寶石在手機等領域的應用，都促使藍寶石的需求量大增。
[0003] 但藍寶石不論是應用于LED照明還是應用于手機領域等，首先都要經過開方、切 害J、研磨、拋光及清洗等工序后方可加工成所需的藍寶石晶片。而研磨工序是藍寶石加工中 最關鍵的環節之一，它直接關系到藍寶石晶片的平整度、光潔度及彎曲度等。藍寶石的研磨 過程主要是以碳化硼為磨料，并加入水和分散劑形成料漿后，通過碳化硼磨料顆粒的機械 磨蝕作用而達到研磨效果。研磨工序包括粗研磨和精研磨兩個部分，其中粗研磨工序主要 是采用粒度型號為日本標準的JISR240(40~103ym，D50 = 57±3ym)、JISR280(33~87ym， D50 = 48±3ym)和J IRS320(27~74ym，D50 = 40+2.5ym)等的碳化硼粉，而精研磨所用的碳 化硼粉的粒度主要是以中國標準的W5(基本粒為3.5~5ym)、W7(基本粒為5~7ym)、W10(基 本粒為7~ΙΟμπι)和W14(基本粒為10~14μπι)等的碳化硼微粉。在研磨過程中碳化硼顆粒逐 漸變細，粒度逐漸下降，同時雜質大幅度增加，最終導致碳化硼磨料成為了廢料漿而無法繼 續使用，這不僅增加了藍寶石加工成本且對環境保護造成了極大的壓力。如能發明一種方 法對精廢料漿中的碳化硼進行回收并用于制備碳化硼超微粉，不僅可大幅度降低加工成 本，也可極大地促進資源的再利用以及環境保護。
[0004] 碳化硼具有硬度高（莫氏硬度9.36)、耐磨性好、密度低（2.52g/cm3)及熔點高 (2450Γ)等優異特性，被廣泛應用于機械研磨、耐火材料、工程陶瓷、核工業和軍事等領域。 碳化硼超微粉具有比表面積大、化學活性高、反應能力強、熔點和燒結溫度低等優異特性， 上述優異特性使其廣泛應用于精細陶瓷、粉末冶金、電子技術以及復合材料等領域。例如用 碳化硼超微粉制備工程陶瓷時，可在較低溫度下、較短時間內進行燒結，獲得更致密細致結 構的燒結體。
【發明內容】
[0005] 針對現有藍寶石精研磨廢料漿中碳化硼回收利用方法的不足，本發明提出了一種 全新的、高效的從藍寶石精研磨廢料漿中回收碳化硼超微粉并重復利用的的方法，是一種 回收碳化硼并用于制備碳化硼超微粉的方法。
[0006] 本發明的技術方案是:先將精研磨廢料漿進行固液分離得到固體物料，再將固體 物料進行破碎、提純、水選及干燥，最后可制得碳化硼超細耐火材料(D50 = 0.2~0.4μπι)、碳 化硼無壓燒結材料(D50 = 0.4~0.8μπι)及碳化硼熱壓燒結材料(D50 = 1.3~1.7μπι)。
[0007] 本發明的用藍寶石精研磨廢料漿制備碳化硼超微粉的方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，固液分離：
[0009] 將藍寶石精研磨廢料漿，進行固液分離，獲得固體物料;其中，固液分離采用重力 沉降法或離心分離法，重力沉降法的沉降時間為4~16 h，離心分離法的轉速為2 0 0 0~ 8000r/min；
[0010] 步驟2,球磨破碎：
[0011] 將固體物料，以水為介質進行球磨破碎，得到粒度范圍為0.1~5μπι的破碎物料；
[0012] 步驟3,堿洗提純：
[0013] 將破碎物料，加入堿液進行堿洗，除去氧化鋁和游離碳雜質，得到Α12〇3質量百分含 量為0.5~2wt %的一次凈化物料;其中，堿洗溫度為20~80 °C，堿洗時間為3~5h，按體積 比，堿液:固體物料=1: (2~10)，加入的堿液為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，氫氧化鈉和/或氫 氧化鉀的質量濃度為20~40% ;
[0014] 步驟4,酸洗提純：
[0015] 將凈化物料，加入酸液進行微波酸洗，除去鐵和殘余氧化鋁雜質，得到二次凈化物 料，其中，按體積比，酸液:一次凈化物料=1: (2~10)，酸液為鹽酸和/或硫酸，其中，鹽酸的 質量濃度為10~25%，硫酸的質量濃度為20~40%，鹽酸和硫酸的混合酸的質量濃度為20 ~40% ;
[0016] 步驟5,板框壓濾：
[0017] 將二次凈化物料，板框壓濾后，進行水洗，得到PH值為6~7的水洗物料，其中，板框 壓濾的進料壓力為0.5~1.5MPa，水洗物料中碳化硼的質量濃度為10~30 % ;
[0018] 步驟6,沉降水選：
[0019] 將水洗物料，加入分散劑進行沉降水選，依次水選出D50 = 0.2~0.4μπι的細料、D50 =0.4~0.8μπι的中間料和D50 = 1.3~1.7μπι的粗料;其中，7Κ選溫度為20~40°C，按質量比， 分散劑:水洗物料中的碳化硼=〇. 02~1 % ;
[0020] 步驟7,干燥篩分：
[0021 ] (1)將細料，進行干燥篩分，得到D50 = 0.2~0.4μπι的碳化硼超細耐火材料；
[0022] (2)將中間料，進行干燥篩分，得到D50 = 0.4~0.8μπι的碳化硼無壓燒結材料；
[0023] (3)將粗料，進行干燥篩分，得到D50 = 1.3~1.7μπι的碳化硼熱壓燒結材料。
[0024]所述的藍寶石精研磨廢料漿，成分按質量百分比含有:水和分散劑：30~50%，固 體物料占50~70%，
[0025] 所述步驟1中，所述的固體物料中，B4C的粒度范圍為0.1~15μπι，D50 < 5. Ομπι;成分 按質量百分比為:B4C: 85~95wt %，Fe: 1 ~5wt %，Ah〇3:2~1 Owt %，
[0026] 所述的步驟2中，球磨參數為：固體物料:水:鋼球的質量比為1: (0.4~3): (0.3~ 4)，鋼球直徑為1~10mm，球磨時間為3~7h;
[0027] 所述步驟4中，微波酸洗的溫度為50~150°C，微波功率為10~100KW，酸洗時間為 0.5~4h;二次凈化物料，含有成分按質量百分比為，Fe:0.1~lwt%，Al 2〇3:0.3~lwt%;
[0028] 所述的步驟6中，分散劑為聚乙二醇、水玻璃或六偏磷酸鈉中的一種或兩種混合分 散劑；當為聚乙二醇和水玻璃混合分散劑時，按質量比，聚乙二醇:水玻璃=1: (1~5);當為 聚乙二醇和六偏磷酸鈉混合分散劑時，按質量比，聚乙二醇:六偏磷酸鈉=1: (2~8);當為 水玻璃和六偏磷酸鈉混合分散劑時，按質量比，水玻璃:六偏磷酸鈉=1: (0.2~3);
[0029]所述的步驟7中，干燥的方式為微波干燥或真空干燥;其中，微波干燥的微波頻率 為300~2500MHz，功率為10~20kW，干燥能力為50~100kg/h;真空干燥的真空度為133~ 300Pa，干燥溫度為90~180 °C，干燥時間為6~12h。
[0030] 所述的步驟3,堿洗發生的主要反應為：
[0031] ΑΙ：0；; +20H"=2 ΑΙΟ； +H：.0
[0032] 所述的步驟4,酸洗發生的主要反應為：
[0033] Fe+2H+ = Fe2++H2T Α12〇3+6Η+ = 2Α13++3Η20
[0034] 本發明的用藍寶石精研磨廢料漿制備碳化硼超微粉的方法，與現有技術相比，有 益效果為:通過固液分離、破碎、提純、水選、干燥篩分工序即可將藍寶石精研磨廢料漿中碳 化硼進行回收利用，并用于制備碳化硼超細耐火材料、碳化硼無壓燒結材料及碳化硼熱壓 燒結材料。該方法不僅實現了精研磨廢料漿中碳化硼的綜合回收，大大減少了環境污染，顯 著降低了藍寶石的加工成本，并且提供了一種以廢料漿為原料制備碳