用碱液分解和水力分级回收树脂中的金刚石

吕艳艳，穆保定，李要正

（开封恒锐新金刚石制品有限公司，河南开封475000）

用碱液分解和水力分级回收树脂中的金刚石

吕艳艳，穆保定，李要正

（开封恒锐新金刚石制品有限公司，河南开封475000）

用先碱液分解再水力分级的方法对液态树脂废料中的金刚石微粉进行了回收实验，并检验了回收金刚石微粉的质量。结果表明，在液态树脂废料的碱液分解阶段，氢氧化钠溶液对液态树脂有很好的分解效果；随着氢氧化钠溶液分解液态树脂次数的增加，液态树脂废液与金刚石微粉分离效果逐渐明显；经4～5次碱洗后，可将金刚石微粉和液态树脂废液分离，实现固液完全分离。水力分级则可将金刚石微粉与碳化硅微粉进行分离，最终金刚石微粉回收率达到92%。

碱液分解；液态树脂废液；分散剂；金刚石微粉

随着太阳能行业的迅速发展，硅片切割技术从内圆切割发展到线切割。而线切割由游离磨料的线切割发展到固定磨料的线切割［1-3］。其中，固定磨料线切割中的树脂金刚线技术［4-5］，出片率高、损伤层薄、无废浆料产生，环境污染小。生产树脂金刚线过程中的树脂粘结剂，主要起到对钢线的附着，对金刚石的把持作用，在生产完成后，部分混有金刚石的树脂粘结剂需要废弃，因此，将树脂粘结剂中的金刚石进行回收，节约材料，具有很大的经济效益。

目前对树脂粘结剂中金刚石微粉进行回收，由于树脂种类不同，使用周期不同，还没有形成专门的回收技术。常用的回收方法是浓酸清洗回收［6-7］，不仅破坏表面镀覆的金属层，而且浓酸回收对操作人员伤害大，处理过的废弃物污染环境，不适用于当今环保要求。因此，开发树脂粘结剂中金刚石的回收技术，降低生产成本，是势在必行的。

碱液分解和水力分级［8-9］的分解分级方法，具有处理时间短、生产处理过程较浓酸更为安全等特点，可望在液态树脂废液的处理中得到应用。本文采用先碱液分解再水力分级的方法对液态树脂废液中的金刚石微粉进行了回收实验，通过改变相关工艺条件研究其对回收效果的影响。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

所用的液态树脂废液为开封恒锐新金刚石制品有限公司树脂金刚线生产中树脂粘结剂配合产生，主要组分是液态树脂粘结剂、液态有机溶剂、金刚石微粉（颗粒粒径为8～12 μm）、SiC微粉（颗粒粒径为2～4 μm）。

碱液反应釜，LHP-50型。水力分级器，FXJ-46型，主要几何结构尺寸为：圆柱段直径为50 mm、底流口直径为8 mm、进料口直径为9 mm。颗粒粒度测试采用RC-3000型电阻法颗粒计数器/粒度仪。形貌和镀层测试采用JSM-6010LA型扫描电子显微镜。

样品中金刚石微粉的含量根据《超硬磨料人造金刚石杂质含量检验方法（JB/T 10986—2010）》进行测定。

1.2 实验步骤

将液态树脂废液、溶剂或碱液加入虹吸缸内，加热搅拌混合一定时间后静置，虹吸出上层液体后，继续加入溶剂或碱液进行加热搅拌混合，静置后再次虹吸出上层液体，重复上述步骤多次后将分离出来的固体粉末进行水力分级，在纯水中加入一定的分散剂，水力分级后实现两种微粉的分离，将分离后的微粉进行干燥，检测金刚石微粉的含量和各项性能参数。

1.3 实现固液分离实验

根据“相似相溶”原理，采用极性有机溶剂乙醇进行常温溶解；根据碱溶液中OH—将树脂COO—键水解分解，采用NaOH水溶液作为溶剂，溶解分解树脂。实验分为两组，采取相同的液态树脂废液，一组采用无水乙醇溶解液态树脂废液，加入乙醇洗涤后，液态树脂废液黏度降低，固体粉末逐渐沉降，沉降一定时间后，虹吸上层不含微粉的液体，再加入乙醇搅拌洗涤，反复操作，直至固体粉末能够快速沉降，上层液体呈现透明状态，实现固液分离；第二组采用NaOH水溶液作为溶剂，溶解分解液态树脂，加入碱液后，液态树脂废液黏度降低速度较快，固体粉末沉降速度也较快，微粉沉降后虹吸上层树脂和碱液的液态混合物，再加入碱液搅拌，反复操作，直至固体粉末能够快速沉降，上层液体呈现透明状态，实现固液分离。两组试验得到的微粉都采用水力分级的方法实现金刚石微粉和碳化硅微粉的分离，将得到的两组金刚石微粉进行SEM测试。

1.4 实现固固分离实验

前期采用乙醇、NaOH水溶液作为溶剂，主要目的是分解溶解树脂，对于废料中的SiC，由于颗粒非常小，为2～4 μm，表面能非常大，为了降低表面能，SiC颗粒会发生团聚，或者吸附在金刚石镍层表面，前期随着溶剂一起被洗去，后期用水洗去，但是效率低，耗时长，对此，在水中加入分散剂降低SiC颗粒表面能，使其在溶液中易分散，选用的分散剂为六偏磷酸钠、硬脂酸锌，试验分3组，将同一分离后的固体粉末分为3组，都采用水力分级的方法，第一组采用无添加的纯水，第二组采用纯水添加少许六偏磷酸钠，第三组采用纯水添加少许硬脂酸锌。

2 结果与讨论

2.1 固液分离实验

实验所需的溶剂消耗量和清洗次数如表1所示。虽然使用两种方法都可以实现固液分离，得到微粉，但是从表1可以看到，以乙醇为溶剂，溶剂消耗量大，洗涤次数多，操作步骤更为复杂。

表1 处理废料溶剂消耗

图1为金刚石微粉的SEM图。通过图1看出，使用乙醇处理后的金刚石微粉亮度较差，洁净度也较差，并且有微粉团聚现象，用氢氧化钠溶液处理后的微粉表面镀覆没有被破坏，分散性和纯度都较高。综合表1，应采用氢氧化钠溶液处理液态树脂废液。

图1 金刚石微粉的SEM图

对两种不同分离方法回收的金刚石微粉进行粒度测试，观察粒度分布和细粒分数情况，通过表2可以看出，两组金刚石微粉在粒度分布上无明显差异，但是在细粒分数上差异较大，通过乙醇溶解分离的金刚石微粉中细粒含量较多，主要是由于乙醇溶解分离的金刚石微粉中SiC微粉团聚颗粒较多，在水力分级中部分颗粒分散，从而实现水力分级，但是仍有部分SiC微粉团聚，团聚微粉的粒度和金刚石微粉的粒度相当，或者大于金刚石微粉的粒度，所以在水力分级中无法分离排出，在后续干燥工序中部分SiC微粉团聚形成的大颗粒破裂分散，产生更小粒度的团聚颗粒，或者彻底分散，所以造成测量干燥后回收的金刚石微粉细粒含量过高。

表2 回收金刚石微粉粒度测试情况

2.2 固固分离实验

图2是分别采用水、六偏磷酸钠作为溶剂，去除SiC后金刚石表面的SEM图，表3是水洗和分散剂洗涤次数对比。表4是对不同溶剂分离出来的微粉进行了粒度分布测试。从图2和表3、表4可以看到，3组回收金刚石微粉在粒度分布上无明显差异；水洗涤金刚石表面镍层未被破坏；分散剂洗涤，洗涤次数减少一半，用六偏磷酸钠洗涤，金刚石表面镍层部分被破坏，原因是六偏磷酸钠呈酸性，其中的磷酸根与金刚石表面镍层发生化学反应；用硬脂酸锌洗涤，金刚石表面镍层仍然部分被破坏。用分散剂洗涤虽然节省了洗涤时间、简化了操作，但是回收率没有明显提升，并且破坏了回收金刚石微粉的表面镀覆，因此，采用无添加纯水洗。

图2 用水、分散剂去除SiC后金刚石表面SEM图

表3 分散剂洗涤次数

表4 回收金刚石微粉粒度测试情况

3 结论

碱液分解和水力分级在液态树脂废液回收金刚石微粉中有良好的分离效果，其中碱液分解能快速破坏液态树脂，实现固液分离。在水力分级中，通过纯水实现两种不同型号微粉的分离，并且不破坏金刚石微粉表面的金属镀层，分离产品质量良好。

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联系方式：lvyanyan1027@sina.cn

Recycle of diamond micro-powder from waste liquid resin via alkali decomposition and water classification method

Lü Yanyan，Mu Baoding，Li Yaozheng
（Kaifeng Hengruixin Diamond Product Co.，Ltd.，Kaifeng 475000，China）

Experiments of recycling diamond micro-powder from waste liquid resin via alkali decomposition and water classification method were carried out，and recycling mass of diamond micro-powder was also tested.Results showed that，during the alkali decomposition to waste liquid resin，sodium hydroxide solution decomposed the liquid resin well；the more decomposition times handled by sodium hydroxide solution，the better waste liquid resin separated from diamond micro-powder；after being alkali washed by four or five times，it can separate waste liquid resin from diamond micro-powder，realizing the separation of solid-liquid completely.Water classification method can separate diamond micro-powder from SiC micro-powder，and the final recycling rate of diamond micro-powder reached 92%.

alkali decomposition；waste liquid resin；disperse agent；diamond micro-powder

O613.71

A

1006-4990（2017）01-0049-03

2016-07-21

吕艳艳（1984— ），女，硕士研究生，研究方向为功能晶体材料。