1、引言
 
　　超硬材料產(chǎn)業(yè)具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)的特色，相比于普通磨料，不但制造超硬原材料的能耗低，如生產(chǎn)金剛石的原料碳是可循環(huán)資源，觸媒金屬是可再生資源，而且生產(chǎn)過程可能產(chǎn)生的污染物都可以實(shí)現(xiàn)資源化和再利用。超硬工具具備的高壽命、高效率、高精度加工性能，對各工業(yè)領(lǐng)域制造過程具有減量化作用。例如用硬質(zhì)合金鉆頭打井需要一年的時間，而用金剛石鉆頭打同樣的井，只需要幾個月，不僅提高了效率，而且減少了施工對環(huán)境的影響。超硬材料及制品以其高加工效率、高加工質(zhì)量以及低污染、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)代工業(yè)各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)低碳與節(jié)能減排提供了重要的支撐基礎(chǔ)。
 
　　2、 超硬材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　2.1、金剛石產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　金剛石是由高純石墨在高純觸媒作用下，在精確控制的高溫高壓條件下轉(zhuǎn)化生長而成的。金剛石生產(chǎn)過程包括高純材料的制備、超高壓合成、提純、分選等工序。主要耗能工序在材料處理和高溫合成，產(chǎn)生污染的工序是提純。
 
　　現(xiàn)在的金剛石產(chǎn)業(yè)可以說已經(jīng)進(jìn)入到全封閉綠色環(huán)保時代。金剛石的提純一般是采用腐蝕學(xué)原理以及對金剛石合成物相的了解，讓合成塊內(nèi)形成碳-鐵，鎳-鐵，碳-鎳腐蝕電池，采用去極化劑加速觸媒金屬的溶解與共沉積過程。這個過程不產(chǎn)生有害氣體，并且溶解非常徹底。隨著該技術(shù)不斷進(jìn)步以及結(jié)合石墨循環(huán)利用技術(shù)，一次電解觸媒溶解率與回收率高達(dá)98%以上，電解效率提高1倍以上，節(jié)能70%以上。整個過程基本上實(shí)現(xiàn)了金剛石提純機(jī)械化、無酸化。
 
　　2.2、立方氮化硼產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　立方氮化硼的提純是清除合成料中未轉(zhuǎn)化的六方氮化硼、觸媒、石墨、葉蠟石等雜質(zhì)。其中金屬觸媒和石墨主要是通過酸處理，六方氮化硼及葉石蠟通過NaOH和KOH等混合堿去除。
 
　　金屬觸媒和石墨處理過程用的酸，在初期參考金剛石提純過程采用高氯酸，是無機(jī)酸中最強(qiáng)的氧化劑，受熱后將發(fā)生分解反應(yīng)，分解出的氧與石墨反應(yīng)生成二氧化碳從而除去石墨。但是因?yàn)槠涓邷胤纸猱a(chǎn)生氯氣嚴(yán)重污染空氣，所以目前廣泛采在反應(yīng)釜中利用電化學(xué)方法或者混合酸化學(xué)法等方式對立方氮化硼進(jìn)行提純。該方法不僅能夠干凈地清除混雜在立方氮化硼中的石墨和金屬雜質(zhì),而且無任何有毒有害氣體產(chǎn)生和排放,有效地避免了環(huán)境污染,同時對石墨和金屬的清除可在一道工序完成,因而工序流程短,大大提高了效率。另外,反應(yīng)后的酸液可循環(huán)使用,酸和水資源消耗量減少,加之廢水中酸含量很少,容易處理,從而使生產(chǎn)成本大大降低[3]，并有力推動了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
 
　　2.3、超硬材料工具循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀
 
　　常用的超硬工具主要包括鋸片、鉆頭、砂輪、PCD及氣相沉積工具等，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。超硬材料工具主要以金剛石制品為主，在今后幾年里，全球金剛石工具的市場需求將以每年超過20%的速度快速增長，其中，金剛石及類金剛石涂層產(chǎn)品的復(fù)合年增長率可達(dá)到14.3%。在通常情況下，廢舊金剛石工具中殘留有大量未被消耗的金剛石顆粒以及結(jié)合劑。如果將這些廢舊金剛石工具棄之不用，將會造成巨大的浪費(fèi)。對廢舊金剛石工具中殘留的金剛石和結(jié)合劑進(jìn)行回收和再利用，可以充分利用資源，減少能源消耗。實(shí)現(xiàn)切削工具的循環(huán)使用，也是實(shí)施金剛石工具再制造的基礎(chǔ)。
 
　　目前，工具的回收方法可歸納為三種：化學(xué)法、電化學(xué)一化學(xué)法和惰性氣體霧化冷凝法等。
 
　　化學(xué)法包括兩個環(huán)節(jié)，第一步是對回收的工具制品進(jìn)行酸液腐蝕，利用超硬材料在低溫下具有很好的穩(wěn)定性、不溶于酸的特點(diǎn)，用酸液溶解去除金屬結(jié)合劑中的金屬離子，從而獲得浸出的顆粒。第二步是對含有豐富金屬離子的酸性溶解液進(jìn)行化學(xué)提取，經(jīng)過沉淀、煅燒等工藝，可以得到金屬單質(zhì)和金屬化合物(如鈷、銅、鎳、氧化銅、氧化鈷等)，金屬的轉(zhuǎn)化率在95%一99%之問，且獲得的金屬純度極高，可以直接用于生產(chǎn)?；瘜W(xué)法不僅可實(shí)現(xiàn)超硬材料和其他金屬材料的回收，同時還能降低工具制品的生產(chǎn)成本。
 
　　電化學(xué)一化學(xué)法：該方法以回收的工具制品作為陽極進(jìn)行電解，通電后，基體中的金屬鎳或鈷在電解液中發(fā)生電化學(xué)溶解反應(yīng)，電解液既可以用酸，也可以用鹽，幾十分鐘后可將超硬材料層溶解，然后再進(jìn)行化學(xué)酸蝕反應(yīng)，得到超硬顆粒。與化學(xué)法相比，電化學(xué)一化學(xué)法的回收速度明顯提高。
 
　　惰性氣體霧化冷凝法：該方法是利用物理反應(yīng)，通過重熔、霧化、冷凝三個過程來實(shí)現(xiàn)工具的回收。首先將回收的工具清洗裝爐，預(yù)抽真空，充入惰性氣體，使?fàn)t內(nèi)達(dá)到無氧條件，然后加熱重熔，在一定的過熱條件下，用惰性氣體對其噴霧，最后直接冷凝成固體粉末，回收的粉末可作為生產(chǎn)工具的原材料。整個回收過程可以避免污染環(huán)境。但是，由于該方法需要在1500℃高溫下對工具基體進(jìn)行重新熔化，而在真空或惰性氣體環(huán)境中，當(dāng)溫度達(dá)到1500 ℃時，金剛石表面就會開始石墨化，其強(qiáng)度和性能會有所降低。
 
　　3、 超硬材料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展展望
 
　　3.1、金剛石、立方氮化硼循環(huán)經(jīng)濟(jì)展望
 
　　超硬材料原材料按照減量化、資源化、再利用的要求發(fā)展，成了行業(yè)發(fā)展必然選擇。在金剛石、立方氮化硼生產(chǎn)污染尤其嚴(yán)重的提純方面，今后必然朝著下面幾個趨勢前進(jìn)：
 
　　1)生產(chǎn)過程中應(yīng)采用封閉措施，使反應(yīng)過程中的廢氣全部吸收;
 
　　2)操作環(huán)境應(yīng)該潔凈無污染;
 
　　3)工藝設(shè)計(jì)充分考慮到提純氧化劑的利用和回收，以及尾氣吸收堿液的綜合利用，應(yīng)顯著降低生產(chǎn)成本;
 
　　4)反應(yīng)后廢酸經(jīng)中和后無害化排放，達(dá)到環(huán)保要求。
 
　　總之，要引導(dǎo)超硬材料產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳化，促進(jìn)超硬材料行業(yè)健康發(fā)展，加快中國成為超硬材料強(qiáng)國的步伐。
 
　　3.2、超硬材料工具循環(huán)經(jīng)濟(jì)展望
 
　　現(xiàn)有的工具回收方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了稀缺資源的再利用，節(jié)約了再制造成本，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。但是，在工具回收和再利用技術(shù)上，目前仍然存在許多問題和不足，有著很大的改進(jìn)空間。
 
　　1)超硬材料工具回收技術(shù)的覆蓋領(lǐng)域要更加全面。當(dāng)前的回收技術(shù)主要是針對燒結(jié)金剛石工具、電鍍金剛石工具和樹脂金剛石工具，而對金剛石涂層工具的回收方法研究較少，對陶瓷結(jié)合劑金剛石工具的回收更是鮮有報道。
 
　　2)回收方法與技術(shù)要實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好與循環(huán)使用的完美結(jié)合，要符合綠色循環(huán)的理念。
 
　　3)超硬材料工具的設(shè)計(jì)也要有利于回收和再利用。為了便于工具的回收和再制造，使超硬顆粒、結(jié)合劑與基體在回收時易于分離，在設(shè)計(jì)金剛石工具時，就應(yīng)在保證使用過程中各種材料間結(jié)合強(qiáng)度的同時，考慮如何設(shè)計(jì)有利于各部分材料在回收時易于分離。
 
　　4、結(jié)論
 
　　堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，按照可持續(xù)發(fā)展模式，走低碳、環(huán)保循環(huán)路線，推動中國超硬材料制品走向高檔市場，是當(dāng)今超硬材料工作者的中心任務(wù)，也是中國超硬材料行業(yè)走向成熟的標(biāo)志。
 
　　1)實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展之路是超硬材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然。近年來，我國經(jīng)濟(jì)以10%左右快速增長，但材料、能源與環(huán)境透支的壓力十分突出。如在超硬材料原材料中，每年消耗的觸媒金屬達(dá)5000噸，石墨達(dá)8000噸，如此大的使用量，使得生態(tài)環(huán)境的承受能力在一些地方已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了極限，因而大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為當(dāng)前和今后我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然選擇。
 
　　2)在原材料的循環(huán)利用方面，建立全封閉的粉末生產(chǎn)及應(yīng)用生產(chǎn)線，全面提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善工作環(huán)境實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，將是未來發(fā)展的必然趨勢。
 
　　3)建立可循環(huán)的綠色制造系統(tǒng)是企業(yè)未來的發(fā)展方向之一。對于超硬材料工具制造企業(yè)來說，根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)，研發(fā)環(huán)保且高效的生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和回收的一體化，會使其在激烈的市場競爭中增加優(yōu)勢。
 
　　在當(dāng)前的“十二五”期間，我國經(jīng)濟(jì)依然保持著穩(wěn)健而高速的發(fā)展，超硬材料以它的優(yōu)越性能，在國家的基礎(chǔ)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)已是我國的國策，超硬材料也會為實(shí)現(xiàn)我國的國策作出突出的貢獻(xiàn)!超硬材料行業(yè)做為陽光行業(yè)和朝陽產(chǎn)業(yè)，必定會走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力和資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型產(chǎn)業(yè)化道路，以最少的資源消耗、最小的環(huán)境代價實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。(文/方嘯虎 謝德龍  參考文獻(xiàn)略)