金剛石微粉的發(fā)展現(xiàn)狀 金剛石微粉就其粒度而言屬于80μm以細的粉體，顆粒大小應(yīng)包括幾個層次：納米1-100nm、亞微米0.03-1μm、微粒1-10μm、細粒10-100μm、粗粒0.1-1mm等等。

納米顆粒與亞微米顆粒以粗粒粉體相比，其比表面積和比表面能明顯增大，因此在生產(chǎn)過程中顆粒相互之間的作用力大大增加。由此可見，金剛石微粉的生產(chǎn)過程存在一定的難度，這不僅僅是顆粒細化和粒度分級的過程，同時還伴隨著晶體結(jié)構(gòu)和表面物理、化學(xué)性質(zhì)等變化。所以說金剛石微粉的生產(chǎn)工藝是一個涉及機械、粉體工程、力學(xué)、物理、化學(xué)、礦物加工、現(xiàn)代儀器與測試技術(shù)等多學(xué)科的工程技術(shù)問題。

一、金剛石微粉生產(chǎn)中常見的工藝方法

金剛石微粉生產(chǎn)中常采用的生產(chǎn)工藝是：

金剛石原料→粉碎→整形→酸處理→水洗→超聲波分散處理→粒度分級→單號粒度酸處理→烘干→粒度檢查→稱重、包裝、入庫。

從上述生產(chǎn)流程來看，金剛石微粉是一種勞動密集型的生產(chǎn)方式，需耗費大量的人工勞動和時間，而且生產(chǎn)效率很低。為滿足國內(nèi)外客戶對不同產(chǎn)品使用的要求，從54-80至0-0.1μm要分級出18或24種規(guī)格，所以生產(chǎn)周期較長。

二、金剛石微粉質(zhì)量影響因素和控制

如何評價微粉的質(zhì)量，是微粉的生產(chǎn)和使用者所共同關(guān)心的問題。

實踐表明，要獲得質(zhì)量好的金剛石微粉必須對以下四項指標進行嚴格的控制：（1）粗顆粒的尺寸和含量；（2）粒度分布范圍；（3）顆粒形狀；（4）金剛石原料的強度。

粒度分布范圍和粗顆粒尺寸及含量是最重要的。微粉的強度決定于金剛石的內(nèi)在質(zhì)量，也是直接影響到粉碎整形后的顆粒形狀。

微粉的質(zhì)量檢測是保證微粉產(chǎn)品質(zhì)量是否符合標準規(guī)定的重要環(huán)節(jié)，只有選擇合適的檢測儀器和認真對待才能生產(chǎn)出符合使用要求的高質(zhì)量微粉，滿足客戶需要。因此，自20世紀80年代中期以來，國內(nèi)外前后出現(xiàn)了一些生產(chǎn)金剛石微粉的現(xiàn)代設(shè)備、儀器。

（一）金剛石微粉的粉碎及整形設(shè)備

一般來說，將粗顆粒金剛石粉碎至微米或者亞微米級有三種基本機理，即壓碎、機械沖擊、高速（9m/s以上）運動顆粒之間的直接碰撞和研磨。球磨機就是以壓碎作用為主兼有適量低速機械沖擊作用的粉碎設(shè)備。就粉碎方法而論，用球磨機對金剛石進行粉碎是生產(chǎn)微粉最常用的方法。國內(nèi)金剛石微粉生產(chǎn)中多數(shù)企業(yè)采用此種粉碎方法，國外原De Beers Co.、原G.E.Co.的微粉生產(chǎn)均采用球磨粉碎，曾獲得滿意的效果，但由于生產(chǎn)效率低，目前已被一種快速粉碎法所取代。

日本SEISHIN公司研制的CO-JETSYSTEMa-MKⅡ型氣流粉碎機，據(jù)稱可用于金剛石的超細粉碎，其粉碎原理是利用高速運動的顆粒之間直接碰撞和研磨，而實現(xiàn)金剛石的粉碎和整形。

我國在20世紀80年代初開始研制氣流粉碎機，以凈化的壓縮空氣為工作介質(zhì)，通過加料噴射器形成高速射流，將被粉碎物料射入粉碎腔。粉碎腔周圍還有粉碎噴嘴，以一定方向噴射高速氣流，使金剛石顆粒之間產(chǎn)生激烈的直接碰撞、剪切、研磨作用。高速沖擊碰撞使顆粒產(chǎn)生體積粉碎，而剪切和研磨作用則使顆粒產(chǎn)生表面粉碎，使顆粒得到整形。實踐表明，只要工藝參數(shù)設(shè)置合理，這種氣流粉碎機能生產(chǎn)出比較理想的顆粒形狀，因此說這種氣流粉碎機用于金剛石微粉的生產(chǎn)是有發(fā)展前景的，

金剛石微粉不少生產(chǎn)企業(yè)，已將氣流粉碎分級設(shè)備成功的用于金剛石微粉粉碎與整形，生產(chǎn)出顆粒形狀比較好的微粉產(chǎn)品。

如果在氣流粉碎分級后再經(jīng)過一道球磨整形，將能生產(chǎn)出顆粒形狀更好的金剛石微粉。

（二）金剛石微粉的粒度分級

粒度分級是金剛石微粉生產(chǎn)工藝中重要的工序。商業(yè)性生產(chǎn)金剛石微粉的分選方法很多，它涉及金剛石微粉的生產(chǎn)效率和粒度質(zhì)量。每種方法都有其固有特性。選擇哪種方法，對生產(chǎn)者來說這是一個技術(shù)問題。

國外早已普遍采用沉降法和離心法相結(jié)合的工藝來生產(chǎn)金剛石微粉，如原De Beers Co.，前蘇聯(lián)等一直采用此法生產(chǎn)微粉。目前國內(nèi)某些微粉生產(chǎn)廠也已采用沉降法和離心法相結(jié)合來生產(chǎn)金剛石微粉。但多數(shù)微粉生產(chǎn)廠仍采用經(jīng)典的沉降法生產(chǎn)金剛石微粉，這種分級方法的缺點是生產(chǎn)周期長，耗水量大，粒度質(zhì)量不穩(wěn)定。

1、金剛石微粉3μm以粗粒度的分級：20世紀90年代初，美國已研制出金剛石微粉的MSC分級法，該方法是采用電腦控制的沉降分級設(shè)備，是一種根據(jù)顆粒尺寸大小進行定量分級的方法。有兩大特點：（1）采用電腦控制，可在無人看管的情況下24h連續(xù)作業(yè)，實現(xiàn)粒度分級過程自動化；（2）采用使水自動加熱到一定溫度的不中斷循環(huán)水分級，從而加快了沉降分級速度，縮短了生產(chǎn)周期，解決了常規(guī)自由沉降分級法需要處理大量水的問題。據(jù)介紹，MSC分級系統(tǒng)一次可處理1萬克拉金剛石微粉，可精確分級出0-2至20-60μm多種不同粒度的產(chǎn)品。

20世紀90年代末，美國又推出了BTA22型半敞開式金剛石微粉自動分級機，工藝過程采用PLC控制，可一次投混合料5萬克拉，從細至粗連續(xù)分級出多種粒度的產(chǎn)品。

國內(nèi)生產(chǎn)的HFX-I型金剛石微粉自動分級機是模仿BTA22型半敞開式金剛石微粉自動分級機的產(chǎn)品。目前，金剛石行業(yè)不少生產(chǎn)廠已批量將該分級機用于金剛石微粉3μm以粗粒度的分級。

這標志著我國金剛石微粉行業(yè)從作坊式生產(chǎn)，一舉上升為用PLC控制的工業(yè)自動化粒度分級，使金剛石微粉的粒度分級工藝有了突破性的進展，值得慶賀。但是，目前生產(chǎn)的粒度分級裝置還存有一些不足，如：（1）粒度變號過程如何控制大粒；（2）分級缸攪拌不徹底，還存在些死角；（3）分級液面的不平穩(wěn)性；4）產(chǎn)品中間貯料桶內(nèi)壁粘附大粒問題等。如何實現(xiàn)一次投入混合料連續(xù)分級合格產(chǎn)品的問題仍需進一步研究、改進和完善。

空氣重力分級法是一種氣體力學(xué)粒度分級法,它比自由沉降分級法有明顯的優(yōu)越性,它為實現(xiàn)微粉分級機械化和減少生產(chǎn)過程的繁重勞動提供了可能性。因此,英國、美國、日本、原蘇聯(lián)等工業(yè)發(fā)達國家在金剛石微粉的生產(chǎn)中已采用了這種分級法。

在20世紀70年代末，原De Beers Co.在金剛石微粉的生產(chǎn)中已采用了比利時制造的一種空氣重力分級設(shè)備。

美國VORTEC PRODUCTS Co. 生產(chǎn)的C－1型氣流分選機是依據(jù)精確控制的空氣離心流動原理，可精確分選3~60μm粉狀物料的一種風(fēng)力分選設(shè)備。它具有高精度的分級特點，微粉粒度的分級范圍精確到±2μm以內(nèi)，最大偏差為±0.2μm，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好。按生產(chǎn)的粒級不同，生產(chǎn)能力可達

2.27~22.7kg/h。據(jù)資料介紹，原G.E.Co. 已采用該設(shè)備生產(chǎn)金剛石微粉。

日本SEISHIN Co. 制造的CO－JETSYSTEMα－MKⅡ氣流粉碎機上也配備了空氣旋流器用于金剛石微粉的分級，最細粒度可達0.4μm。

20世紀80年代以來，原蘇聯(lián)烏克蘭科學(xué)院超硬材料所一直在開展金剛石微粉的空氣動力學(xué)特性的研究，研究金剛石微粉用空氣旋流器分級時的旋流速度與阻力系數(shù)的計算方法，對空氣旋流器的設(shè)計制造具有重要意義。

擇了激光粒度分析儀檢測粒度；納米級產(chǎn)品采用動態(tài)光散射納米粒度分析儀、透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）等方法檢測粒徑。

三、金剛石微粉生產(chǎn)過程的環(huán)境保護

金剛石微粉生產(chǎn)中對原料和產(chǎn)品要進行酸堿處理，會排放有害氣體和廢水而危害操作者和污染環(huán)境。為了保護人們身體健康和生態(tài)平衡，國家環(huán)境保護條例對工業(yè)廢氣和廢水中的有害物質(zhì)都規(guī)定了排放標準，只有達到相應(yīng)的標準廢氣廢水才能排放。

金剛石微粉酸處理中，會產(chǎn)生氯氣、氮氧化物、硫氧化物等有害氣體。具有規(guī)模的微粉企業(yè)在酸堿處理工序都設(shè)置有專用房間，有專用的通風(fēng)柜，將產(chǎn)生的廢氣集中排出室外進入中和冷凝塔，通過三段中和處理達到排放標準的尾氣才能排放。

2009年，河南省豫星華晶微鉆有限公司巨資引進國際先進的節(jié)能減排整套廢氣廢水環(huán)保后處理系統(tǒng)，采用多套封閉式酸處理裝置。每一個單元有一個加熱裝置罐體與一個室內(nèi)中和冷凝塔連接，形成一個封閉系統(tǒng)。每一個罐體一次可投入幾十公斤金剛石原料或單號微粉粒度。酸處理中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)室內(nèi)中和冷凝塔處理后，再進入室外中和冷凝塔二次中和處理，達到排放標準的尾氣才能排放。

在該企業(yè)酸處理車間內(nèi)及廠房外均未聞到酸味，可以毫不夸張的說，該企業(yè)在酸處理上真正實現(xiàn)了保護環(huán)境、無公害污染的金剛石微粉處理技術(shù)，為超硬材料行業(yè)微粉生產(chǎn)中提供一個實現(xiàn)生態(tài)平衡、無公害污染的示范作用。