高速离心机分离金刚石微粉的工艺研究

朱贺 吴东浩

摘 要：介绍了金刚石微粉的分级原理以及分级方法，对微粉的分级过程进行了讨论，采用硅酸钠和阿拉伯树胶作为分散剂，通过配制不同配比的溶液，利用高速离心机，对0.5μ的金刚石微粉进行分级。通过对不同实验条件下，微粉分级结果的对比分析，确定并细化了分级的操作步骤，制定了以减少分级次数为目标的分级工艺，提高了分级的效率，并且得出了采用硅酸钠和阿拉伯树胶混合溶液作为分散剂分级效果最好的结论。

关键词：超细金刚石微粉 提纯 表面活性剂

中图分类号：TQ164 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0079-02

目前人造金刚石微粉的制造方法包括直接粉碎法、爆轰法和静压生长法[1-2]。无论采取哪种方案，随着微粉粒度的减小，新生成的粒子会发生团聚，从而改变金刚石微粉粒度分布，会对金刚石的质量分级造成干扰，影响金刚石微粉的应用。

该文采用湿法分级，尝试用无机和有机高分子混合分散剂来分散金刚石微粉，利用高速离心机提高分级效率。通过对比试验，研究不同分散剂配比对分级效率的影响，对离心机提纯工艺过程进行了综合分析。

1 实验

1.1 实验原理

分级即把混合颗粒中符合技术要求的具有共同粒度范围的颗粒聚集在一起的过程，分级必须有一个确定的标准，比如说颗粒的体积、质量、形状、强度等各种技术指标[3]。

该文主要针对的是金刚石微粉的离心分级，现就离心分级的原理作以讨论。假设颗粒为理想的球形，根据斯托克斯公式

f =3μdv （1）

f为颗粒所受摩擦力；μ——介质动力粘度系数；d为颗粒直径；v 为颗粒沉降末速度。

在离心力场中，令颗粒所受离心力等于f，并将颗粒所受的浮力考虑进去，则颗粒离心沉降的末速度如式（2）所示。

v = （2）

v 、μ、d 同式（1），δ为颗粒的密度，ρ为介质密度，ω为离心角速度，R 为离心半径。

根据斯托克斯公式可知，控制离心机的转速和离心沉降时间就可以达到微粉粒度分级的目的[4]。

1.2 实验方案

该文试验配制有0.05%的硅酸钠溶液（浓度为质量浓度）、 0.10%的硅酸钠溶液、0.20%的阿拉伯树胶、0.05%的硅酸钠和0.2%的阿拉伯树胶的混合溶液。采用的转速值为2500 r/min的高速离心机，以0.5μm的金刚石微粉的离心沉降为标准，以达到离心分级效率提高的目的。分散剂的粘度μ如表1所示。

1.3 试验操作

该实验工艺流程包括：分散剂的配制、金刚石悬浮液的配制、离心分级、上层悬浮液的激光粒度分析、不同部分微粉的称重等。离心机的升降速时间设定为2 min。

2 试验结果分析讨论

用0.05%的硅酸钠做分散剂的实验结果如表2所示，M0是吊杯的质量；M是吊杯与微粉悬浮液的质量之和；m1第一次离心分级后吊杯与底部的微粉质量之和；m2第二次离心分级后吊杯与底部的微粉质量之和；Δm1=m1- M0；Δm2=m2-M0，以下均与此相同。分别用0.10%硅酸钠作为分散剂，用0.20%阿拉伯树胶与0.05%的硅酸钠作为混合分散剂，做了对比实验。

从上述实验结果可以看出，0.05%硅酸钠与0.2%的阿拉伯树胶分别作为分散剂时的分散效果相差无几；0.10%的硅酸钠的分级效果最差，效率最低；0.20%的阿拉伯树胶与0.05%的硅酸钠结合使用分级效果较好，分级的效率较高。不同分散剂的分级效果用质量表示如图1。

从1图可以看出无机电解质配合有机高分子做分散剂的效果。0.10%的硅酸钠分散效果不佳，推测可能的原因是硅酸根离子水解程度相较于0.05%的硅酸钠程度更大，从而使金刚石微粉的团聚效应更加明显。

3 结语

通过对比实验，发现0.05%的硅酸钠配合0.20%阿拉伯树胶的分散效果相对较好，在相同条件下可以减少分级次数，从而提高金刚石微粉分级的效率。

参考文献

[1] 沈亮，丁小平，李恒. 人工合成金刚石技术比较[J].首都师范大学学报，2005，26（2）：26-29.

[2] 王柏春，朱永伟，陈立舫，等. 爆轰产物法合成纳米金刚石研究现状[J].矿业工程，2002，22（3）：96-100.

[3] 崔立新，金涌. 微粉分级技术综述[J].化学工程，1992，20（1）：49-55.

[4] 王秦生.超硬材料制造[M].北京：中国标准出版社， 2001.