Способ электрохимической рекуперации алмазов

 

Изобретение относится к электрохимической рекуперации алмазов и сверхтвердых материалов из отработанного и бракованного инструмента, в частности буровых коронок и долот. Способ основан на прицепе анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в растворе электролита при периодическом прохождении импульсов биполярного тока обратной полярности. Продолжительность импульса составляет 0,1 - 0,2 от продолжительности периода тока в сети. Длительность t электрохимической рекуперации определяют по зависимости где D₁, D₂ - диаметры алмазного инструмента, соответственно наружной и внутренний; h - высота обнажения алмаза, К - коэффициент, учитывающий влияние периодического измельчения тока на длительность рекуперации (К=0,6 - 0,9); β - коэффициент пропорциональности (β=0,1 - 1,4); J - сила тока. Технический результат: повышение скорости анодного растворителя металла матрицы алмазного инструмента в условиях пассивации металла и снижение непроизводительности затрат электроэнергии. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электрохимической рекуперации алмазов и сверхтвердых материалов из отработанного и бракованного инструмента, в частности буровых коронок и долот.

Известен способ электрохимической рекуперации алмазов и сверхтвердых материалов из отработанного и бракованного инструмента /см. Г.А.Безалий. Об интенсификации процесса электрохимической рекуперации СТМ из отработанного и бракованного инструмента на металлической основе. В сб. Научные труды ИСМ АН УССР, 1984 г./. Этот способ основан на принципе анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в малоактивном к металлу электролите /растворе серной кислоты/.

Недостатком этого способа является низкая скорость анодного растворения металла матрицы алмазного породоразрушающего инструмента.

Наиболее близким по технологической сущности является способ электрохимической рекуперации алмазов из алмазного бурового инструмента /коронок и долот/, основанный на принципе анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в растворе активного к металлу электролита /раствор поваренной соли/ при прохождении через него постоянного электрического тока /см. Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения. Л. Недра - 1983 г., с. 219 /. Алмаз при этом как диэлектрик не растворяется, чем обусловлено его обнажение. При этом способе скорость анодного растворения металла матрицы более высокая, чем у вышеописанного аналога.

Недостатком этого способа электрохимической рекуперации алмазов является невозможность повышения скорости анодного растворения металла матрицы в условиях пассивации металла и непроизводительные затраты электроэнергии.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение скорости анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в условиях пассивации металла за счет повышения положительной поляризации пассивированного металла матрицы и снижения непроизводительных затрат электроэнергии.

В предлагаемом способе электрохимической рекуперации алмазов, основанном на принципе анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в растворе электролита при прохождении электрического тока, анодное растворение осуществляют при периодическом прохождении импульсов биполярного тока обратной полярности. Продолжительность импульса составляет 01 - 0,2 от продолжительности периода тока в сети. Длительность электрохимической рекуперации "t" определяют по зависимости: где D₁, D₂ - диаметры алмазного инструмента, соответственно наружный и внутренний, h - высота обнажения алмаза, k - коэффициент, учитывающий влияние периодического изменения тока на длительность рекуперации /K = 0,6 - 0,9/, β - коэффициент пропорциональности / β = 0,1 - 1,4/, J - сила тока.

Благодаря тому, что процесс анодного растворения осуществляется при прохождении периодических импульсов биполярного тока обратной полярности, обеспечивается растворение металла матрицы при пассивации в активном режиме за счет достижения высокой положительной поляризации запассивированного металла матрицы, когда наблюдается заметное увеличение скорости его растворения, вызванное его перенасыщением и переходом в транспассивное состояние.

Растворение в транспассивном состоянии возможно лишь при потенциале, более положительном, чем потенциал выделения кислорода, что возможно достигнуть через область активированного растворения при поляризации. Применение периодического импульсного биполярного тока обратной полярности позволяет решить этот вопрос, в результате чего улучшается удаление продуктов растворения из приэлектродной зоны, повышается плотность тока, уменьшается нагрев электролита и значительно снижается расход электроэнергии на электролиз.

Вследствие того, что продолжительность импульса составляет 0,1 - 0,2 от продолжительности периода тока сети, устанавливается допустимая рациональная продолжительность периода анодного растворения в неподвижном электролите, что позволяет повысить скорость анодного растворения.

Растворение металла матрицы алмазного инструмента происходит как анодное, так как 80% времени на растворяемую матрицу действует ток положительной полярности и только 20% времени отрицательной полярности (см. фиг. 1 - кривая тока). Под положительной составляющей тока принимаем ток, текущий в цепи при положительном потенциале на алмазной коронке, т.е. во время t₁, а под отрицательной составляющей - при отрицательном потенциале на коронке, т.е. во время t₂. В процессе растворения коронка становится то анодом (t₁), то катодом (t₂). В течение времени (t₁) происходит растворение, а во время (t₂) осуществляется депассивация коронки.

Экспериментами в Тульском НИГП установлено, что если продолжительность импульса составляет менее 0,1 от продолжительности периода тока сети наблюдается падение скорости анодного растворения металла. При увеличении продолжительности импульса более 0,2 от продолжительности периода тока сети скорость анодного растворения металла остается постоянной. Поэтому оптимальная продолжительность импульса составляет 0,1 - 0,2 от продолжительности периода тока сети.

Благодаря тому, что длительность электрохимической рекуперации "t" рассчитывают по зависимости, определяется оптимальное значение этой длительности, что обеспечивает условия предупреждения возможности растворения слоя, не содержащего алмазы, и этим самым снижаются непроизводительные затраты электроэнергии.

На чертеже изображена установка для осуществления описываемого способа. Установка содержит транспортер 1, управляемый выпрямитель 2 со схемой управления 8, провода 3, изолирующую подставку 4, алмазные коронки 5, электролит 6, изолятор 7 (см. фиг. 2).

Предлагаемый способ электрохимической рекуперации алмазов осуществляется следующим образом.

В качестве электролита используется 10%-ный раствор поваренной соли NaCl, плотность тока составляет 1,5 А на 1 см² торца коронки. При электрохимической рекуперации алмазного инструмента (коронок), матрица которого содержит до 45% меди по весу, переменный электрический ток от трансформатора 1 поступает на выпрямитель 2 с управляемой схемой 8, преобразовывается в периодический импульсный биполярный ток обратной полярности с продолжительностью импульса, составляющей 0,1 - 0,2 продолжительности периода тока сети, который при прохождении через металл (медь) матрицы алмазной коронки 5, погруженной в электролит 6, благодаря повышению положительной поляризации его интенсивно растворяет металл. При этом во время t₁ происходит растворение, а во время t₂ - депассивация коронки. Вследствие чего значительно сокращается длительность электрохимической рекуперации t, определяемая по вышеприведенной зависимости. При подсчете длительности рекуперации по этой зависимости параметры должны быть приведены со следующими размерностями: D₁, D₂, h - в метрах (м), J - в Амперах (A), а β = (0,1 - 1,4) м³/A•c, В таблице приведены данные по расчетной длительности рекуперации и скорости растворения матрицы отработанных алмазных коронок типа 01А3-76.

Как видно из данных таблицы, при рекуперации матриц одного и того же состава и одинаковой высоты скорость растворения по предлагаемому техническому решению в 1,7 раза выше, чем с применением способа рекуперации по аналогу.

Заявленное техническое решение может быть осуществлено при помощи описанных в заявке средств.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения заключается в повышении производительности процесса рекуперации алмазов из отработанного и бракованного инструмента на 30-50%.

Формула изобретения

Способ электрохимической рекуперации алмазов, основанный на принципе анодного растворения металла матрицы алмазного инструмента в растворе электролита при прохождении электрического тока, отличающийся тем, что анодное растворение осуществляют при периодическом прохождении импульсов биполярного тока обратной полярности, при этом продолжительность импульса составляет 0,1 - 0,2 от продолжительности периода тока в сети, а длительность t электрической рекуперации определяют по зависимости

где D₁, D₂ - диаметры алмазного инструмента, соответственно наружный и внутренний;
h - высота обнажения алмаза;
k - коэффициент, учитывающий влияние периодического изменения тока на длительность рекуперации (k=0,6-0,9);
β - коэффициент пропорциональности (β=0,1-1,4);
J - сила тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3