高速離心機分離金剛石微粉的工藝研究

朱賀 吳東浩

摘 要：介紹了金剛石微粉的分級原理以及分級方法，對微粉的分級過程進行了討論，采用硅酸鈉和阿拉伯樹膠作為分散劑，通過配制不同配比的溶液，利用高速離心機，對0.5μ的金剛石微粉進行分級。通過對不同實驗條件下，微粉分級結果的對比分析，確定并細化了分級的操作步驟，制定了以減少分級次數為目標的分級工藝，提高了分級的效率，并且得出了采用硅酸鈉和阿拉伯樹膠混合溶液作為分散劑分級效果最好的結論。

關鍵詞：超細金剛石微粉 提純 表面活性劑

中圖分類號：TQ164 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0079-02

目前人造金剛石微粉的制造方法包括直接粉碎法、爆轟法和靜壓生長法[1-2]。無論采取哪種方案，隨著微粉粒度的減小，新生成的粒子會發生團聚，從而改變金剛石微粉粒度分布，會對金剛石的質量分級造成干擾，影響金剛石微粉的應用。

該文采用濕法分級，嘗試用無機和有機高分子混合分散劑來分散金剛石微粉，利用高速離心機提高分級效率。通過對比試驗，研究不同分散劑配比對分級效率的影響，對離心機提純工藝過程進行了綜合分析。

1 實驗

1.1 實驗原理

分級即把混合顆粒中符合技術要求的具有共同粒度范圍的顆粒聚集在一起的過程，分級必須有一個確定的標準，比如說顆粒的體積、質量、形狀、強度等各種技術指標[3]。

該文主要針對的是金剛石微粉的離心分級，現就離心分級的原理作以討論。假設顆粒為理想的球形，根據斯托克斯公式

f =3μdv （1）

f為顆粒所受摩擦力；μ——介質動力粘度系數；d為顆粒直徑；v 為顆粒沉降末速度。

在離心力場中，令顆粒所受離心力等于f，并將顆粒所受的浮力考慮進去，則顆粒離心沉降的末速度如式（2）所示。

v = （2）

v 、μ、d 同式（1），δ為顆粒的密度，ρ為介質密度，ω為離心角速度，R 為離心半徑。

根據斯托克斯公式可知，控制離心機的轉速和離心沉降時間就可以達到微粉粒度分級的目的[4]。

1.2 實驗方案

該文試驗配制有0.05%的硅酸鈉溶液（濃度為質量濃度）、 0.10%的硅酸鈉溶液、0.20%的阿拉伯樹膠、0.05%的硅酸鈉和0.2%的阿拉伯樹膠的混合溶液。采用的轉速值為2500 r/min的高速離心機，以0.5μm的金剛石微粉的離心沉降為標準，以達到離心分級效率提高的目的。分散劑的粘度μ如表1所示。

1.3 試驗操作

該實驗工藝流程包括：分散劑的配制、金剛石懸浮液的配制、離心分級、上層懸浮液的激光粒度分析、不同部分微粉的稱重等。離心機的升降速時間設定為2 min。

2 試驗結果分析討論

用0.05%的硅酸鈉做分散劑的實驗結果如表2所示，M0是吊杯的質量；M是吊杯與微粉懸浮液的質量之和；m1第一次離心分級后吊杯與底部的微粉質量之和；m2第二次離心分級后吊杯與底部的微粉質量之和；Δm1=m1- M0；Δm2=m2-M0，以下均與此相同。分別用0.10%硅酸鈉作為分散劑，用0.20%阿拉伯樹膠與0.05%的硅酸鈉作為混合分散劑，做了對比實驗。

從上述實驗結果可以看出，0.05%硅酸鈉與0.2%的阿拉伯樹膠分別作為分散劑時的分散效果相差無幾；0.10%的硅酸鈉的分級效果最差，效率最低；0.20%的阿拉伯樹膠與0.05%的硅酸鈉結合使用分級效果較好，分級的效率較高。不同分散劑的分級效果用質量表示如圖1。

從1圖可以看出無機電解質配合有機高分子做分散劑的效果。0.10%的硅酸鈉分散效果不佳，推測可能的原因是硅酸根離子水解程度相較于0.05%的硅酸鈉程度更大，從而使金剛石微粉的團聚效應更加明顯。

3 結語

通過對比實驗，發現0.05%的硅酸鈉配合0.20%阿拉伯樹膠的分散效果相對較好，在相同條件下可以減少分級次數，從而提高金剛石微粉分級的效率。

參考文獻

[1] 沈亮，丁小平，李恒. 人工合成金剛石技術比較[J].首都師范大學學報，2005，26（2）：26-29.

[2] 王柏春，朱永偉，陳立舫，等. 爆轟產物法合成納米金剛石研究現狀[J].礦業工程，2002，22（3）：96-100.

[3] 崔立新，金涌. 微粉分級技術綜述[J].化學工程，1992，20（1）：49-55.

[4] 王秦生.超硬材料制造[M].北京：中國標準出版社， 2001.