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構和表面物理、化學性質(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、物理、化學、礦物加工、現(xiàn)代儀器與測試技術等多學科的工程技術問題。

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)代設備、儀器。

（一）金剛石微粉的粉碎及整形設備

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問題。

國外早已普遍采用沉降法和離心法相結合的工藝來生產(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粉狀物料的一種風力分選設備。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)烏克蘭科學院超硬材料所一直在開展金剛石微粉的空氣動力學特性的研究，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置有專用房間，有專用的通風柜，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，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。