專利名稱：傳導(dǎo)性復(fù)合物的電化學(xué)溶解的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及從含有一種或更多種傳導(dǎo)性組分和一種或更多種非傳導(dǎo)性組分的傳導(dǎo)性復(fù)合物中釋放和回收(recover)組成組分的電化學(xué)方法和系統(tǒng)。
背景增強(qiáng)的金屬和碳基復(fù)合物被廣泛地用于航空和汽車工業(yè)。與非增強(qiáng)的金屬合金或傳統(tǒng)材料相比，這些增強(qiáng)的復(fù)合物提供了機(jī)械，物理，電和化學(xué)方面的優(yōu)點(diǎn)。隨著這些增強(qiáng)材料使用的增加，這些復(fù)合物的組成組分的回收具有越來(lái)越高的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)或戰(zhàn)略價(jià)值。用于再循環(huán)和重新使用的增強(qiáng)相，例如貴重的硼或鎢，的回收具有經(jīng)濟(jì)上的重要性。例如鈷或高熔點(diǎn)金屬的金屬基體合金組分的回收具有戰(zhàn)略上的重要性。這些增強(qiáng)的復(fù)合物中的很多具有導(dǎo)電基體相和較低傳導(dǎo)性或較低化學(xué)反應(yīng)性的分散的增強(qiáng)相。如前所注明的，傳導(dǎo)性的基體可以是金屬的或含碳的，但其他傳導(dǎo)性基體也是已知的或處于研發(fā)之中。
化學(xué)方法曾被用于回收該復(fù)合物的組成。此類化學(xué)工藝可以是慢的，可能使用貴重裝備或需要很高維護(hù)成本的裝備，通常使用危險(xiǎn)化學(xué)品，并且可能導(dǎo)致對(duì)環(huán)境有害的副產(chǎn)物。化學(xué)回收工藝可能使用強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，例如氫氟酸，硫酸和硝酸。從這些工藝中回收、再循環(huán)和處置反應(yīng)廢棄物是昂貴的。這種慢速的化學(xué)方法可以通過(guò)以下方法來(lái)加速，即減小復(fù)合物的尺寸以增加反應(yīng)面積，提高回收工藝的溫度或壓力，以及使用高攪動(dòng)速率。這種加速可能進(jìn)一步增加裝備的成本，增加生成的危險(xiǎn)廢棄物的量，增加維護(hù)成本，引入工藝的危險(xiǎn)性或破壞要被回收的材料。
與純粹的化學(xué)工藝相比，電化學(xué)方法能夠加速?gòu)?fù)合物組成的回收。這些電化學(xué)工藝通常包括(1)腐蝕性介質(zhì)；(2)減小復(fù)合物材料至小的尺寸；和/或(3)低電流密度。例如，題為“再生金剛石的方法”的蘇聯(lián)專利SU 1528727A1描述了從廢金屬基體研磨工具中回收金剛石顆粒的電解工藝。在每平方厘米電極面積約0.09至約0.13安培(A/cm2)的低電流密度下，金屬的基體被溶解于強(qiáng)酸性的HNO3和NaF或KF水溶液中。此工藝涉及將復(fù)合物尺度減小至1到3毫米以促進(jìn)溶解。一般說(shuō)來(lái)，這些電化學(xué)工藝需要pH小于5.0的高酸性電解液、靜態(tài)或溫和攪動(dòng)的浴和大的電極間距。雖然電化學(xué)回收法可以比純粹的化學(xué)方法速度更快，但低電流密度提供了緩慢的溶解速度。腐蝕性電解液和危險(xiǎn)廢棄物的問(wèn)題仍然存在。
以上回收方法使用強(qiáng)酸。作為結(jié)果而發(fā)生的回收設(shè)備的腐蝕性損耗和危險(xiǎn)廢棄物所需的處理增加了這些回收工藝的成本和復(fù)雜性。因此，仍有需要提供用于傳導(dǎo)性復(fù)合物的電化學(xué)回收的方法，所述方法不使用機(jī)械處理、強(qiáng)酸性溶液或不需要處理有害廢棄物。
用來(lái)加工金屬的電化學(xué)方法是已經(jīng)建立的對(duì)傳統(tǒng)研磨、車削和其他切削方法的替換方法。正如通常被使用的，例如制作用于渦輪機(jī)械的葉片，電化學(xué)加工賦予金屬工件特殊的和高度受控的幾何形狀或輪廓。通常，電化學(xué)加工僅僅移除工件質(zhì)量(mass)或體積的一小部分。復(fù)合物的電化學(xué)加工并沒(méi)有被廣泛實(shí)踐。授予Hihara等人的、題為“粒子金屬基體復(fù)合物(MMcs)的電化學(xué)加工(ECM)方法”的美國(guó)專利6,110,351中描述了一個(gè)例子，其公開內(nèi)容被全部并入本文作為參考。如此加工的傳導(dǎo)性復(fù)合物包括碳化硅陶瓷粒子增強(qiáng)的鋁金屬或鋁合金基體。所描述的加工方法使用的電流密度小于10A/cm2，優(yōu)選小于約2A/cm2。因?yàn)椴牧先コ逝c電流密度成比例，溶解相對(duì)較緩慢。另外，這種電化學(xué)工藝的目的在于克服用于MMCs的傳統(tǒng)切削方法的困難，將MMC成形為特定形狀，并且，所述專利既沒(méi)有描述金屬組成的回收方法，也沒(méi)有描述非傳導(dǎo)性復(fù)合物組成的回收方法。
本文中包括的公開內(nèi)容描述了解決上述一個(gè)或更多個(gè)問(wèn)題的方法和系統(tǒng)。
概述在實(shí)施方案中，從傳導(dǎo)性復(fù)合物本體回收材料的工藝包括固態(tài)傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的至少部分電解溶解以及在所述溶解期間從所述復(fù)合物釋放的一種或更多種材料的回收。復(fù)合物包括導(dǎo)電基體和一個(gè)或更多個(gè)非傳導(dǎo)性相(non-conductive phase)。傳導(dǎo)性復(fù)合物的非傳導(dǎo)相可以構(gòu)成復(fù)合物體積的至少約5％，或另一百分比，如達(dá)到復(fù)合物體積的約95％。回收工藝可以使用包括陰極和陽(yáng)極的電化學(xué)設(shè)備。傳導(dǎo)性復(fù)合物可以形成陽(yáng)極或采用機(jī)械力、電力、氣動(dòng)力、磁力或其他力被附接于陽(yáng)極。可選地，間隙大小可以基本上相同，且可以小于約10mm，而且，在工藝期間，所述間隙大小可以通過(guò)移動(dòng)陰極、傳導(dǎo)性復(fù)合物、或者陰極和傳導(dǎo)性復(fù)合物本體兩者來(lái)控制。
回收工藝可以在中性或堿性電解液的存在下進(jìn)行，所述的中性或堿性電解液如pH值在約6至約11之間的電解液。電解液可以被引導(dǎo)或遞送以流入位于陰極和復(fù)合物本體之間的極間間隙。電解液的流速可以被控制到任何適當(dāng)?shù)乃俾?，例如在約1到5升每分鐘每平方厘米電極面積之間?？梢允┘舆m當(dāng)?shù)碾妷?，例如約10伏至約50伏，和/或電流密度，如約10安培/平方厘米(A/cm2)至約100A/cm2。復(fù)合物的溶解可以在過(guò)鈍化電壓狀態(tài)(transpassive voltage regime)進(jìn)行。電解液可以包括堿金屬、堿土金屬鹽或銨鹽，并且，電解液在從約10℃至約90℃的溫度下的電導(dǎo)率超過(guò)100毫西門子。從傳導(dǎo)性復(fù)合物釋放的這些材料中的一些或全部可以被分離，以回收一種或更多種復(fù)合物組成。可選地，傳導(dǎo)性復(fù)合物體積的至少約25％可以被溶解。同樣可選地，工藝中電解液可以被重新使用，即使所述電解液包含了濃度范圍為零至約15％的被釋放顆粒。
在可替換的實(shí)施方案中，回收傳導(dǎo)性復(fù)合物組成的工藝包括固態(tài)傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的至少部分電解溶解以及在所述溶解期間所述復(fù)合物釋放的一種或更多種材料的回收。回收工藝可以包括在電解液存在下，將復(fù)合物本體置于電化學(xué)設(shè)備中，使得所述傳導(dǎo)性復(fù)合物本體充當(dāng)陽(yáng)極并與陰極相對(duì)。電解液存在于極間間隙中。設(shè)備經(jīng)受適當(dāng)電壓和高達(dá)約100A/cm2或更高的電流密度，從而發(fā)生復(fù)合物的至少部分溶解，所述的適當(dāng)電壓例如范圍在約5伏至約50伏或約10伏至約40伏的電壓。電位測(cè)量法或電流測(cè)量法可以用于控制溶解工藝?？蛇x地，多個(gè)復(fù)合物本體可以被置于所述設(shè)備中，以使材料從所有本體同時(shí)被釋放。隨后，從本體釋放的一種或更多種復(fù)合物組成可以被回收。所述的回收可以在分離裝置或其他適當(dāng)?shù)难b置中進(jìn)行。
在可替換的實(shí)施方案中，溶解含有金剛石的傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的工藝包括固態(tài)傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的至少部分電解溶解以及所述溶解期間從所述復(fù)合物釋放的一種或更多種材料的回收?？蛇x地，傳導(dǎo)性復(fù)合物可以由金屬、石墨、其他導(dǎo)電體或其組合以及非傳導(dǎo)材料所構(gòu)成。所述復(fù)合物中的金屬可以包括元素周期表中從IIIA到VIIA族、VIII族及IB、IIB、IIIB和IVB族中的任何族的任何金屬，例如鎳、鈷、鐵或其合金。回收工藝包括將傳導(dǎo)性復(fù)合物本體放置在電化學(xué)設(shè)備中，其中，所述設(shè)備包括陽(yáng)極和陰極，以使所述復(fù)合物本體被電連接至所述陽(yáng)極。傳導(dǎo)性復(fù)合物可以通過(guò)機(jī)械的、磁的、氣動(dòng)的、液壓的和/或其他方式被連接至陽(yáng)極?？蛇x地，一層或其他量(other amount of)的傳導(dǎo)性材料可以存在于所述陽(yáng)極和所述復(fù)合物之間。所述傳導(dǎo)性材料可以為傳導(dǎo)性液體、傳導(dǎo)性固體，或此類液體和固體的組合。在所述復(fù)合物與所述陰極之間可以提供極間間隙?？蛇x地，所述工藝可以被控制以維持所需的間隙大小。所述電化學(xué)設(shè)備可以包含使所述電極中的一個(gè)朝另一個(gè)前移(advance)或兩個(gè)電極彼此相對(duì)前移的系統(tǒng)，以維持所需的間隙大小。所述的方法可以包括向所述的極間間隙遞送電解液流?？蛇x地，可以通過(guò)陰極上的一個(gè)或更多個(gè)開口向極間間隙提供電解液。電解液的pH值可以是約6至約11，或約6.5至約9，或另一適當(dāng)?shù)膒H值。所述方法可以包括在所述陰極和所述傳導(dǎo)性復(fù)合物之間施加電流。此工藝可以在任何適當(dāng)?shù)碾娊庖簤毫?electrolytic pressure)下進(jìn)行，例如電解液壓力為約1巴至約5巴。
在另一實(shí)施方案中，從傳導(dǎo)性基體復(fù)合物本體中回收材料的電化學(xué)設(shè)備包括(i)陽(yáng)極，其中所述陽(yáng)極被電連接至傳導(dǎo)性復(fù)合物本體，或所述復(fù)合物本體充當(dāng)陽(yáng)極；(ii)陰極，所述陰極被放置以在所述陽(yáng)極與所述陰極間形成極間間隙；(iii)電解液源(electrolyticsupply)；以及(iv)非傳導(dǎo)性顆?；厥障到y(tǒng)。所述設(shè)備也可以包括可移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極和/或一個(gè)或多個(gè)陰極，以維持所述間隙基本上不變的大小。所述設(shè)備也可以包括直流或交流電源?；厥障到y(tǒng)可以包括沉淀和/或再循環(huán)(recycling)裝置。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是圖示電化學(xué)溶解設(shè)備的示例性部件的框圖。
圖2是圖示示例性電化學(xué)溶解工藝的框圖。
圖3是圖示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案用于非傳導(dǎo)性顆?；厥盏氖纠噪娀瘜W(xué)溶解裝置的示意圖，所述裝置能夠溶解傳導(dǎo)性復(fù)合物。
圖4是圖示電化學(xué)溶解設(shè)備的可替換實(shí)施方案的示例性部件的框圖。
圖5是圖示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的示例性工藝的示意圖，用來(lái)以電化學(xué)方式溶解傳導(dǎo)性復(fù)合物、回收非傳導(dǎo)性顆粒以及可選地再循環(huán)電解溶液。
詳細(xì)描術(shù)以下描述中闡述了許多細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明全面的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，很顯然本發(fā)明可以通過(guò)不受限制的多種方式來(lái)實(shí)踐。
還必須注意，如在這里以及在所附的權(quán)利要求書中使用的，除了在文中明確地指出的以外，單數(shù)形式的“一(a)”、“一(an)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)的引用。除了在這里以其他方式定義的以外，在這里使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。雖然任何與在此所描述的方法相似或等同的方法可以被用于本發(fā)明實(shí)施方案的實(shí)施或試驗(yàn)，但現(xiàn)在描述的是優(yōu)選的方法。在這里提到的所有公開文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)被引用作為參考。在此沒(méi)有什么可以被解讀成承認(rèn)本發(fā)明不早于這樣的文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)。
在實(shí)施方案中，提供針對(duì)由導(dǎo)電基體和非傳導(dǎo)性相構(gòu)成的固態(tài)傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的部分、基本上和完全電解溶解的方法和系統(tǒng)。參見圖1，固態(tài)復(fù)合物本體180可以是任何幾何形狀，包括但不限于矩形、棱柱形、圓柱形或球形。傳導(dǎo)性基體140可以由單一的導(dǎo)電材料、導(dǎo)電材料的合金或混合物構(gòu)成。合適的傳導(dǎo)性材料可以包括元素周期表從IIIA族到VIIA族、VIII族、以及IB，IIB，IIIB和IVB族的任何族的金屬，包括但不限于鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、和/或鋁；傳導(dǎo)性有機(jī)復(fù)合物；和/或石墨。本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“固態(tài)本體”并不是想要暗示所述本體必需是沒(méi)有孔或內(nèi)部空間的完整固體。更確切地，術(shù)語(yǔ)“固態(tài)”指的是物態(tài)(即，不是液體、氣體或等離子體)。
包含在復(fù)合物中的非傳導(dǎo)性組分150可以構(gòu)成所述復(fù)合物總體積的約5％至約95％，約10％至約90％，或另外的含量。非傳導(dǎo)性部分可以包括任何非傳導(dǎo)性或半傳導(dǎo)性材料，或者，非傳導(dǎo)性部分可以由一些材料構(gòu)成，這些材料例如金屬碳化物、氮化硅、碳化硅、氧化鋁、碳化鎢、氮化鋁、氮化硼、碳化硼、其他氮化物和/或氧化物、硼、金剛石、硅酸鹽玻璃、樹脂、聚合物、有機(jī)物和/或一種或更多種非傳導(dǎo)性的碳多晶型物，這些材料中的任一種可能顯示出比所述基體的傳導(dǎo)性部分實(shí)質(zhì)性地更低的電導(dǎo)率。非傳導(dǎo)性部分也可以是與所述傳導(dǎo)性基體具有不同反應(yīng)性的相。
非傳導(dǎo)性組分150可以以具有任何幾何結(jié)構(gòu)的多種形狀存在，所述的幾何結(jié)構(gòu)包括但不限于，離散顆粒、小粒、球體、顆粒的團(tuán)塊、須狀物(whiskers)、纖維、和/或織造纖維基體。本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“顆?！焙汀傲Ｗ印笨梢宰鬟@樣的解釋，即所有這樣的形狀或那些等同的形狀，包括但不限于顆粒、纖維、須狀物、織造纖維基體或其他形狀。非傳導(dǎo)性粒子可以具有任何尺寸或尺寸分布，如，舉例說(shuō)來(lái)具有直徑或?qū)挾刃∮诠虘B(tài)復(fù)合物本體的最小尺度的約五分之一的尺寸和/或小于約5毫米?？蛇x地，非傳導(dǎo)性組分可以包括由須狀物或纖維構(gòu)成或織造的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述的須狀物或纖維可以具有大于寬度、甚至達(dá)到與正被處理的復(fù)合物本體尺寸的尺度一樣大的長(zhǎng)度。
再參見圖1，電源100的正極可以被電連接至陽(yáng)極180。圖1顯示其中傳導(dǎo)性復(fù)合物是陽(yáng)極180的實(shí)施方案，盡管在其他實(shí)施方案中復(fù)合物可以充當(dāng)或提供陽(yáng)極，這是因?yàn)樗龅膹?fù)合物被電連接至分開的陽(yáng)極件。這樣的陽(yáng)極件可以包括，例如單片件(monolithicmember)、線、線組、網(wǎng)、或另外的傳導(dǎo)性物品。電源100的負(fù)極可以被電連接至陰極120，所述陰極120可以與所述陽(yáng)極180相對(duì)放置，以在傳導(dǎo)性復(fù)合物本體180和陰極120之間形成極間間隙130。
參見圖2，示例性工藝可以包含在電化學(xué)設(shè)備中使用連接電流源的、包括傳導(dǎo)性組分205和非傳導(dǎo)性組分210的復(fù)合物200作為陽(yáng)極。連接傳導(dǎo)性復(fù)合物至電流源的方法可以依據(jù)傳導(dǎo)性復(fù)合物的幾何結(jié)構(gòu)而變化。例如，機(jī)械的夾持裝置可以提供與電源的電接觸?？蛇x地，液體電極可以改善電接觸。復(fù)合物可以被連接至或鄰接于電連接到電源的傳導(dǎo)性陽(yáng)極件，以達(dá)到所需的電流密度。與陽(yáng)極件的連接可以通過(guò)機(jī)械方法獲得，如帶(strap)，塊(block)，具有干涉配合的幾何結(jié)構(gòu)(如銷上的柱面)，或其他方法，例如磁力、氣動(dòng)力、或液壓力方法?？蛇x地，一層或更多層覆層、箔、糊和/或其他傳導(dǎo)性材料層可以被使用來(lái)改善所述復(fù)合物和所述陽(yáng)極件或電源之間的電接觸。
一個(gè)或多個(gè)陰極220可以具有任何幾何結(jié)構(gòu)。然而，有時(shí)使面對(duì)復(fù)合物本體200的陰極表面225的輪廓粗略地反映(mirror)復(fù)合物本體200表面230的輪廓是優(yōu)選的，以使復(fù)合物本體與陰極220之間的極間間隙相對(duì)均勻。因此，舉例而言，如果復(fù)合物本體的表面230是凸的，則可以希望陰極的表面225為凹的。這樣會(huì)促進(jìn)所述復(fù)合物本體的均衡溶解，以使溶解進(jìn)行時(shí)傳導(dǎo)性顆粒210被釋放進(jìn)入或接近所述陽(yáng)極和所述陰極之間的間隙。可替換地，其他形式的陰極也是可能的，例如有孔的傳導(dǎo)件、篩網(wǎng)(screen)、絲狀電極、穿孔金屬電極或其他構(gòu)件。
有時(shí)，例如那些希望復(fù)合物完全溶解的情況下，也可能需要陰極具有與面對(duì)所述陰極的復(fù)合物的類似尺度240大致相當(dāng)?shù)谋砻鎸挾取⒅睆交蚱渌叨?35。在另一些情況下，陰極可以被成形來(lái)改善電解液的流動(dòng)，增加反應(yīng)表面積和/或改善非傳導(dǎo)性相的排出。
再參見圖2，電解液250可以通過(guò)噴嘴、引流軟管(stream hose)、導(dǎo)管或其他輸送裝置255被引入或?qū)椭陵帢O與復(fù)合物之間的間隙。電解液可以包含，例如，溶液中的濃縮的金屬、堿金屬、堿土金屬鹽或銨鹽，例如接近中性或堿性pH值的硝酸鹽，氯酸鹽，高氯酸鹽，亞硝酸鹽和/或氯化物，或它們中任何的混合物，可選地，與其他材料一起。其他實(shí)例包括鋰鹽；水溶型有機(jī)酸的鹽或與鹽締合的有機(jī)酸(例如單獨(dú)的乙酸或與鹽組合的乙酸，所述的鹽例如酸式硼酸銨(ammonium acid borate)、硼酸鈉、酒石酸鉀鈉、磷酸銨、乙酸鈉或乙酸銨)；能夠與水締合的脂肪族液態(tài)或一元羧酸式有機(jī)酸的鹽，所述的有機(jī)酸例如丙酸、丙烯酸或丁酸；一元羧酸的衍生物，例如乳酸、羥基丙烯酸、巴豆酸、羥丙酸(ethylene lactic acid)、二羥基丙酸、異丁酸、二乙基乙酸、異戊基乙酸及異丁基乙酸；芳香族或環(huán)狀酸類，例如甲苯基酸(creyulic acid)(甲酚)和石炭酸(苯酚)；與脂肪族型有機(jī)酸或芳香族型有機(jī)酸組合、或與脂肪族型有機(jī)酸和芳香族型有機(jī)酸兩者組合的無(wú)機(jī)酸的鹽；以及，溶劑型電解液，所述電解液由羥基-烷基胺(例如一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺)復(fù)合并且與有機(jī)型弱酸或無(wú)機(jī)型弱酸組合，或者與有機(jī)型弱酸和無(wú)機(jī)型弱酸兩者組合。
當(dāng)溫度在適當(dāng)范圍時(shí)，例如約10℃至約90℃，約10℃至約60℃，或其他范圍，這樣的電解液可以提供適當(dāng)水平的電導(dǎo)率，例如超過(guò)約100毫西門子，或在約100毫西門子至約200毫西門子，或在約100毫西門子至約300毫西門子范圍內(nèi)?？梢允┘蛹s1巴至約5巴的電解液壓力，或其他適當(dāng)?shù)膲毫?，以使得所述電解液保持液相。如果調(diào)節(jié)電解液的壓力來(lái)防止沸騰，更高的溫度，包括高于沸點(diǎn)的溫度以及高達(dá)電解液臨界點(diǎn)的溫度，也是可能的?？蛇x地，電解液可以與一定量的研磨材料混合。
可以使傳導(dǎo)性復(fù)合物200達(dá)到緊鄰陰極220以形成極間間隙。如本文中所提及，間隙大小是傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的溶解表面230與所述復(fù)合物本體相對(duì)的陰極表面225間距離的度量。所述陰極與復(fù)合物本體間的準(zhǔn)確距離根據(jù)相對(duì)表面之間的不同位置而可能不同。間隙的大小可以在單一位置上測(cè)量，如多次測(cè)量值的算術(shù)平均值，直接測(cè)量，或由一次或更多次其他測(cè)量值來(lái)推斷，所述的其他測(cè)量值如所述復(fù)合物本體與陰極的位置。間隙的大小可以被控制以確保傳導(dǎo)性基體的快速和穩(wěn)定溶解。這可以通過(guò)以下方式來(lái)達(dá)成，例如，在溶解進(jìn)行時(shí)，使所述陽(yáng)極朝所述陰極前移、使所述陰極朝所述陽(yáng)極前移、使所述陰極和/或陽(yáng)極變形、或者利用手動(dòng)和/或機(jī)械方法使兩個(gè)電極都彼此朝對(duì)方前移。變形是有可能的，例如，當(dāng)電極包括傳導(dǎo)性流體時(shí)。例如，在不同的實(shí)施方案中，依據(jù)復(fù)合物的尺度，所述的間隙可以被維持在約10mm或更少，約3mm或更少，約0.5mm至約5mm，或其他適當(dāng)?shù)拇笮?。可選地，驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置可以移動(dòng)陽(yáng)極200、陰極220或兩者以維持所需的間隙大小。
可選地，所述陰極可以具有非傳導(dǎo)性的研磨料外表面，該外表面被放置成使研磨材料接觸工件。在此情形下，所述研磨材料可從陽(yáng)極突出并填充所述間隙的一些或全部。然而，在其他實(shí)施方案中，可以維持所述工件和所述陰極的所有部分之間的間隙。
可選地，陰極220可以在多個(gè)方向上移動(dòng)，例如具有旋轉(zhuǎn)陰極的電火花磨床，所述旋轉(zhuǎn)陰極繞軸旋轉(zhuǎn)同時(shí)朝陽(yáng)極移動(dòng)。這種旋轉(zhuǎn)可以沿平行于朝陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)的方向、垂直于這個(gè)方向、或以其他方式定位的軸進(jìn)行。
同樣可選地，陰極220可以成形為圓柱形、桶形或其他形狀(例如，采用被設(shè)置成形成圓柱型的多個(gè)桿)使得工件可以被置于所述陰極內(nèi)。然后，陽(yáng)極可以被連接至工件以使工件能夠在所述陰極內(nèi)旋轉(zhuǎn)，或所述陰極可以繞所述工件旋轉(zhuǎn)。所述陰極具有可以被擠壓、或者以其他方式向內(nèi)移動(dòng)的外徑以維持所述陰極和工件/陽(yáng)極的間隙?？蛇x地，多個(gè)陰極可以一定形式排列成這樣的模式，即工件被推行穿過(guò)多個(gè)陰極，所述陰極系列中的每一個(gè)陰極具有遞減的內(nèi)徑。
盡管復(fù)合物的部分溶解可以發(fā)生在寬的施加電壓范圍內(nèi)，在實(shí)施方案中，在過(guò)鈍化狀態(tài)，基體的溶解可能是最普遍的，所說(shuō)的過(guò)鈍化狀態(tài)是指在此條件下金屬表面的正常鈍化被破壞的條件。溶解工藝可以通過(guò)電位測(cè)量法(電壓受控)，電流測(cè)量法(電流受控)，或電位測(cè)量法和電流測(cè)量法的組合來(lái)控制。向所述電化學(xué)設(shè)備施加的合適電壓包括，例如，在約5伏至約50伏、或約10伏到約40伏的范圍內(nèi)的電壓。盡管直流電是優(yōu)選的，但交流電，如偏置交流電(biased alternating current)或脈沖交流電，也可以使用。當(dāng)施加交流電時(shí)，用于正向溶解反應(yīng)的電壓可以為，例如，在約5伏至約50伏RMS之間。設(shè)備中的電流密度可以達(dá)到約10A/cm2電極面積至約100A/cm2電極面積，約15A/cm2電極面積至約80A/cm2電極面積。本文中所描述的電流密度的測(cè)量基于面對(duì)傳導(dǎo)性復(fù)合物的陰極表面225或面對(duì)陰極的復(fù)合物本體表面230中的較小的面積。其他電壓和電流密度是可能的。由于溶解速率通常與電流密度成正比，這些電流密度可以提供快速的復(fù)合物本體溶解。如果更高的電流密度是在不導(dǎo)致電解液過(guò)熱的條件下施加的，則更高的電流密度也許是可能的。例如，在溶解工藝中通過(guò)冷卻電解液或復(fù)合物，可以達(dá)到更高的電流密度。
電解液250可以被沖洗通過(guò)(flush through)傳導(dǎo)性復(fù)合物和陰極之間的間隙以維持電導(dǎo)率并移除溶解產(chǎn)物260和復(fù)合物的非傳導(dǎo)性相210。電解液250可以經(jīng)過(guò)陰極220、經(jīng)過(guò)復(fù)合物200和/或從外源(如噴嘴255)被直接引入間隙。電解液的流速可以被調(diào)整以適合該系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，特別是基于面對(duì)所要被溶解的復(fù)合物表面的陰極的面積。盡管其他流速是可能的，但總的說(shuō)來(lái)，可以使用大于約300毫升每分鐘每平方厘米(mL/min/cm2)面對(duì)復(fù)合物的陰極面積，在約1升每分鐘每平方厘米(L/min/cm2)和約5升L/min/cm2之間，和/或大于約1200mL/min/cm2的電解液流速?？蛇x地，電解液也可以被攪動(dòng)，例如通過(guò)機(jī)械攪動(dòng)或超聲攪動(dòng)。
所施加的電壓和電解液流可以以電解的方式溶解傳導(dǎo)性基體，釋放非傳導(dǎo)性粒子相。為明確表述，當(dāng)提及復(fù)合物的“溶解”時(shí)，我們不想要暗示非傳導(dǎo)性粒子必需被溶解進(jìn)入電解液中，而是所述傳導(dǎo)性基體被分離、被溶解或以其他方式被反應(yīng)，從而以物理的或化學(xué)的方式釋出(free)非傳導(dǎo)性粒子。然后非傳導(dǎo)性部件可以被流動(dòng)的電解液、重力或其他力帶走。在一些實(shí)施方案中，至少占傳導(dǎo)性復(fù)合物本體體積或質(zhì)量的約25％在所述工藝中被釋放。在其他實(shí)施方案中，所述復(fù)合物本體可以被基本上或完全被溶解。其他比例是可能的。
參見圖2，當(dāng)傳導(dǎo)性相205被溶解時(shí)，它們一般被轉(zhuǎn)化成金屬氫氧化物沉淀物和/或其他化合物260。這些溶解產(chǎn)物260基本上保留在懸浮液中并被電解液流250帶走。在被丟棄或再循環(huán)前重復(fù)使用電解液可能是所希望的。在這種情況下，在電解液中被夾帶或被溶解的金屬氫氧化物和/或其他基體溶解產(chǎn)物的水平可以允許達(dá)到約1％重量、約5％重量、約10％重量、直至約15％重量、或更高，而沒(méi)有對(duì)溶解工藝的不利影響。
溶解后，復(fù)合物本體200的導(dǎo)電部分205可以作為金屬氫氧化物和/或其他溶解產(chǎn)物在電解液流250中被夾帶。通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ǎ绯两?、浮選、過(guò)濾、選擇性潤(rùn)濕、離心、撇渣等方法，將被夾帶的導(dǎo)電部分205從電解液中分離。然后，回收的基體溶解產(chǎn)物260可以被利用來(lái)作為金屬化合物的來(lái)源，所述的金屬化合物可以包含元素周期表中從IIIA族到VIIA族、VIII族、IB、IIB、IIIB和IVB族的任何族的金屬，包括但不限于鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅和鋁；傳導(dǎo)性有機(jī)物；和/或石墨。通過(guò)任何適當(dāng)方法(如過(guò)濾、沉降、蒸發(fā)、離心、浮選和/或淘析)，原先嵌在傳導(dǎo)性基體中且在電解液中被夾帶為被釋放粒子的所述復(fù)合材料的任何非傳導(dǎo)部分210可以從電解液250和所述金屬氫氧化物以及其他基體溶解產(chǎn)物260分離，以再生用于重新使用。例如，當(dāng)用這種方法處理時(shí)，鈷金屬基體與傳導(dǎo)基體的碳化鎢顆粒構(gòu)成的傳導(dǎo)性復(fù)合物在溶解后可以產(chǎn)生含有懸浮碳化鎢和氫氧化鈷的電解液。通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒?，碳化鎢顆?？梢詮碾娊庖汉蜌溲趸挿蛛x，所述方法例如在沉淀裝置中利用密度差異。移除非傳導(dǎo)性組分后，所述氫氧化鈷可以通過(guò)使用其他已知的方法或裝置，例如過(guò)濾、離心、蒸發(fā)、或沉積，從電解液分離。
在另一實(shí)施方案中，基體的傳導(dǎo)性部分可以與電解液反應(yīng)以形成可以被夾帶進(jìn)入電解液的氫氧化物。在復(fù)合物中，非傳導(dǎo)性、分散的或增強(qiáng)的顆粒也可以被夾帶(基本上未反應(yīng))進(jìn)入電解液流，并從極間間隙被除去。在特定實(shí)施方案中，所描述的工藝可以溶解至少顯著部分的復(fù)合物并釋放這些成分用于收集和使用。在一實(shí)施方案中，非傳導(dǎo)性顆?？梢詮膫鲗?dǎo)基體中被釋放，不被或基本不被附著在表面的殘留物污染。這可以通過(guò)調(diào)整電解液的組成、壓力和/或溫度來(lái)達(dá)到，而所述的電解液的組成、壓力和/或溫度將根據(jù)要被溶解的復(fù)合物本體而變化。
在各種實(shí)施方案中，目前描述的工藝和設(shè)備可以消除電化學(xué)溶解工藝中對(duì)腐蝕性酸的需求。另外，在許多實(shí)施方案中，可以避免對(duì)復(fù)合物本體的研磨或粉碎的預(yù)加工步驟。根據(jù)要溶解的復(fù)合物本體，電化學(xué)工藝中數(shù)個(gè)變量可以被優(yōu)化。這些變量的實(shí)例包括但不限于電流密度、電壓、極間間隙大小、電解液組成和/或濃度、電解液流速和電解液溫度。所述變量的任何一個(gè)或全部可以被調(diào)整以提供對(duì)從復(fù)合物中被釋放的非傳導(dǎo)性顆粒有很小或沒(méi)有不利影響的能量效率高的、快速和穩(wěn)定的溶解工藝。電學(xué)參數(shù)，如電流、電壓和/或間隙大小可以被控制以確保安全操作，避免電化學(xué)設(shè)備的短路。所述變量也可以被控制以避免或者使設(shè)備中不需要的副反應(yīng)最小化，例如伴隨可能形成氯氣和氨氣的電解液分解。此類副反應(yīng)可以通過(guò)控制所述電解液的pH值來(lái)避免或減少。例如，在各種實(shí)施方案中，pH可以被維持在約6至約11、或約6.5至約10、或約6.5至約9、或約7至約10、或在另一適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。
盡管以上描述參考的是使用這種方法溶解的單個(gè)的復(fù)合物本體，但該方法能夠被應(yīng)用于附接于單個(gè)陽(yáng)極或多個(gè)陽(yáng)極、并且采用單個(gè)陰極或多個(gè)陰極以及電解液引入點(diǎn)(electrolyte introduction point)來(lái)溶解的任何數(shù)量的復(fù)合物本體。此外，所述陰極，陽(yáng)極，復(fù)合物和電解液引入點(diǎn)可以通過(guò)任何方式，絕對(duì)地和彼此相對(duì)地，來(lái)定向(oriented)。許多種可能的構(gòu)造形式中的一種如圖3所示，一排三個(gè)復(fù)合物本體300被夾在或以其他方式電連接到陽(yáng)極310，而所述的陰極320垂直排列在每個(gè)復(fù)合物本體300的上方。在此實(shí)施方案中，電解液可以通過(guò)位于一個(gè)或更多個(gè)所述陰極內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)端口330被引入極間間隙。端口可以包括獨(dú)特的(distinct)開口或僅僅是通道，例如，如果所述電極是多孔的、織造的和/或網(wǎng)狀的(如用篩網(wǎng))的話，這些有可能存在。當(dāng)然，根據(jù)特定的應(yīng)用，可能存在某些構(gòu)造形式，例如不同數(shù)量的陰極，這些構(gòu)造形式可能比其他構(gòu)造形式更適合并且更高效。
圖4圖示了可替換的實(shí)施方案，該方案顯示對(duì)于每個(gè)復(fù)合物本體可以使用多于一個(gè)的陰極以進(jìn)一步促進(jìn)溶解。參見圖4，復(fù)合物本體400可以被置于兩個(gè)陰極420和425之間。由此，第一個(gè)陰極表面430促進(jìn)在所述復(fù)合物本體的一個(gè)側(cè)面440處的溶解，而第二個(gè)陰極表面435促進(jìn)在所述復(fù)合物本體的另一個(gè)側(cè)面450的溶解。針對(duì)每個(gè)復(fù)合物本體，也可以使用其他數(shù)量的陰極。
如圖5所示的一個(gè)實(shí)施方案中描述了傳導(dǎo)性基體復(fù)合物的連續(xù)或半連續(xù)的電化學(xué)溶解工藝。傳導(dǎo)性基體復(fù)合物580被置于溶解腔(chamber)520中，其中電解液可以從溶解腔中沖走非傳導(dǎo)性顆粒和基體溶解產(chǎn)物，所述電解液來(lái)自于電解液供應(yīng)槽540或其他來(lái)源，可選地來(lái)自于溶解泵545或其他輸送機(jī)構(gòu)。所述的溶解腔520可以包括或被連接于通氣孔525以除去溶解工藝期間形成的蒸氣。離開溶解腔500并包含被釋放的非傳導(dǎo)性顆粒和傳導(dǎo)性基體的溶解產(chǎn)物的電解液流可以在分離裝置530中由一種或更多種方法來(lái)處理，所述的方法例如沉淀、離心、過(guò)濾、蒸發(fā)或其他分離方法，以除去一些或全部的非傳導(dǎo)粒子590，并且允許所述的電解液再循環(huán)以重新使用。來(lái)自分離器530的電解液溶液可以被傳送到每二個(gè)分離裝置550以除去一些或全部的金屬氫氧化物或此類化合物570，或在復(fù)合物580的電解溶解期間可能已形成的天然元素。前述分離步驟的順序可以相反。在完全或部分的除去這些化合物后，所述電解液可以被傳送至電解液的再循環(huán)槽500或直接經(jīng)595進(jìn)入電解液供應(yīng)槽540。可替換地，離開分離器530的電解液可以被直接傳送至電解液供應(yīng)槽540?？蛇x地，為了確保可獲得電解液的充足供應(yīng)，在反應(yīng)中的損失或隨固體組分帶走的電解液可以由電解液補(bǔ)充源505來(lái)補(bǔ)回(replace)，所述補(bǔ)充源505可以被連接至再循環(huán)槽500、供應(yīng)槽540、或另一適當(dāng)元件上。被分離的基體溶解產(chǎn)物570可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)一步被濃縮，所述方法例如導(dǎo)致泥狀沉淀或?yàn)V餅排出的過(guò)濾。
可選地，pH傳感器510可以檢測(cè)電解液的pH值。酸性或堿性溶液535可以被加入電解液中以維持其適當(dāng)?shù)膒H值，例如約6至約11或約6.5至約9。電解液的pH值可以通過(guò)加入任何適當(dāng)?shù)乃?，如硝酸或鹽酸，或堿(金屬氫氧化物形式的堿)被調(diào)節(jié)。經(jīng)調(diào)節(jié)的電解液可以被運(yùn)送入溶解腔520。由此，此處描述了連續(xù)或基本上連續(xù)的電解液再循環(huán)、溶解產(chǎn)物除去、以及從傳導(dǎo)性復(fù)合物回收非傳導(dǎo)性粒子的工藝。
實(shí)施例實(shí)施例1含有約10％體積百分?jǐn)?shù)的碳化硅顆粒的鋁合金金屬基復(fù)合物柱(prism)以電氣的和機(jī)械的方式被固定在電化學(xué)設(shè)備的銅陽(yáng)極上，機(jī)械夾緊力的范圍在100kg/cm2內(nèi)。面對(duì)所述復(fù)合物的陰極表面的面積可以是30cm2。陰極可以由銅制得，并相對(duì)于所述復(fù)合物柱放置以形成極間間隙。溶解期間所述陰極和所述復(fù)合物本體之間間隙大小可以被控制在約2mm(+/-1mm)。電解液可以約70L/min的速度經(jīng)陰極沖洗進(jìn)入極間間隙，所述電解液的硝酸鈉的濃度約為25％，pH約為7.5，并且溫度約為50℃。向所述電化學(xué)設(shè)備施加約25V(DC)的電壓，產(chǎn)生的電流密度約為30A/cm2。所述傳導(dǎo)性復(fù)合物與所述電解液反應(yīng)，主要產(chǎn)生氫氧化鋁和碳化硅顆粒。碳化硅顆粒可以通過(guò)從所述電解液溶液中沉淀被回收。
實(shí)施例2金剛石從鎳/鐵/石墨/金剛石復(fù)合物中被分離，所述復(fù)合物中含有大約13％重量百分?jǐn)?shù)的金剛石和大約25％重量百分?jǐn)?shù)的石墨。所述傳導(dǎo)性復(fù)合物為直圓柱體形，平末端的面積為30cm2。一個(gè)平末端以磁的方式被固定至電化學(xué)回收設(shè)備的平板陽(yáng)極。所述裝置的陰極是銅的直圓柱體，具有用于供應(yīng)電解液的中心孔。面對(duì)所述復(fù)合物的陰極的平末端與所述傳導(dǎo)性復(fù)合物的平末端直徑大致相同。電解液以約70L/min的速率，約1巴至5巴之間的壓力經(jīng)所述陰極沖洗進(jìn)入復(fù)合物本體(陽(yáng)極)與陰極之間的間隙，所述電解液是NaNO3濃度為約20％重量的硝酸鈉的水溶液，pH值約為7且溫度約為50℃。向所述設(shè)備施加約23V至約28V的直流電壓，產(chǎn)生的電流密度大約30A/cm2電極面積。在所述復(fù)合物溶解期間，所述陰極與所述復(fù)合物本體之間的間隙被控制在大約2mm(+/-1mm)。如表1所示，在多次時(shí)間長(zhǎng)度為1小時(shí)至2.5小時(shí)之間運(yùn)行中，約60cm3至約210cm3的所述復(fù)合物被溶解。流出物被收集，所述流出物中包含非傳導(dǎo)性金剛石顆粒和含有鐵和鎳的氫氧化物以及石墨的溶解產(chǎn)物。允許金剛沉淀。傾析含有鐵氫氧化物、鎳氫氧化物以及石墨的電解液，回收金剛石以用于進(jìn)一步加工。
表1

實(shí)施例3與實(shí)施例2具有相似組成和幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)合物被置于如圖1描述的電化學(xué)設(shè)備中。所述復(fù)合物用在復(fù)合物圓柱體一端上的機(jī)械夾具被附接于所述設(shè)備的陽(yáng)極。測(cè)試以和實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行，除了電解液是重量比分別為約2∶1的硝酸鈉和氯化鈉的溶液混合物。在此實(shí)施例中，約18V的直流電電壓被施加于所述設(shè)備。陰極以約0.3mm/min接近所述復(fù)合物。在這些條件下，設(shè)備中消耗約820A的電流。電解液以溫度為30℃、流速為0.5L/min/cm2至1.0L/min/cm2、壓力大約2巴來(lái)供應(yīng)。沉降后從流出電解液中回收金剛石晶體。
本文中所描述和說(shuō)明的內(nèi)容包括本發(fā)明的各種實(shí)施方案及這些實(shí)施方案的一些改變。本文中使用的術(shù)語(yǔ)、描述和附圖僅以說(shuō)明的方式提出，并不是要起到限制作用。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到在本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)許多改變是可能的，以下權(quán)利要求書及其等同物旨在定義本發(fā)明的主旨和范圍，除非特別說(shuō)明，這些權(quán)利要求和等同物中的術(shù)語(yǔ)是指它們最寬、合理的含義。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種從傳導(dǎo)性復(fù)合物回收材料的工藝，包括通過(guò)電解溶解，至少部分地溶解固態(tài)本體，其中所述的本體包括傳導(dǎo)性基體和一種或更多種非傳導(dǎo)性成分；且所述溶解操作是在具有至少10A/cm2密度的電流下進(jìn)行的；以及回收在所述的溶解中從所述本體釋放的一種或更多種材料。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述的溶解是在pH值在約6至約11的電解液的存在下進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解溶解使用陰極；在所述陰極與所述本體之間存在間隙；并且通過(guò)移動(dòng)所述陰極、所述本體、或所述陰極和所述本體兩者維持所述間隙的大小小于約10毫米。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解溶解使用陰極；并且流速大于300毫升每分鐘每平方厘米陰極面積的電解液流被引入所述陰極和所述本體之間的間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電流密度在約15A/cm2和約100A/cm2之間。
6.如權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述電解液包括在溶液中的濃縮堿金屬、在溶液中的堿土金屬鹽或在溶液中的銨鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述非傳導(dǎo)性成分包括金剛石或石墨，并且，所述工藝進(jìn)一步包括將所述被釋放的金剛石或石墨的至少一部分供料給分離裝置以用于回收。
8.一種用于再生復(fù)合物本體的一種或更多種組分的工藝，包括在電解液的存在下，將由一種或更多種傳導(dǎo)性材料和一種或更多種非傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的復(fù)合物本體置于一設(shè)備中，使得所述本體作為與陰極相對(duì)的陽(yáng)極；施加約5V至約50V范圍內(nèi)的電壓和具有密度為至少10A/cm2到100A/cm2的電流，使得一種或更多種所述非傳導(dǎo)性材料從所述本體被釋放；以及回收一種或更多種所述被釋放的非傳導(dǎo)性材料。
9.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述電流密度為約15A/cm2至約100A/cm2。
10.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述的本體通過(guò)機(jī)械、磁、氣動(dòng)或電氣裝置與傳導(dǎo)性的陽(yáng)極件電連接，在所述陰極和所述本體之間存在至少1毫米的間隙，并且，所述工藝進(jìn)一步包括通過(guò)移動(dòng)所述陰極、所述本體、或所述陰極和所述本體兩者維持所述間隙。
11.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述電解液包括在溶液中的堿金屬，在溶液中的堿土金屬鹽或在溶液中的銨鹽。
12.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述電解液在范圍為約10℃至約90℃的溫度時(shí)具有超過(guò)約100毫西門子的電導(dǎo)率。
13.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述被釋放的非傳導(dǎo)性材料包括金剛石或石墨。
14.一種處理包含金剛石的傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的方法，包括在電化學(xué)設(shè)備中提供傳導(dǎo)性復(fù)合物本體，所述設(shè)備包括陽(yáng)極和陰極，使得所述的復(fù)合物本體被電連接到所述的陽(yáng)極，并且極間間隙位于所述陰極和所述復(fù)合物本體之間；輸送電解液至所述極間間隙，其中所述的電解液的pH值為約6至約11；以及在所述陰極和所述陽(yáng)極之間施加具有密度為約10A/cm2至約100A/cm2的電流。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電解液的pH值為約6.5至約9。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述傳導(dǎo)性復(fù)合物本體由石墨、金屬和非傳導(dǎo)材料所構(gòu)成。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電流密度為約15A/cm2至約100A/cm2。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電解液包括一種或更多種金屬氯酸鹽、金屬硝酸鹽、金屬氯化物或其混合物。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述的復(fù)合物本體被處理時(shí)，將所述電極中的一個(gè)或兩個(gè)都相對(duì)另一個(gè)前移。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中傳導(dǎo)性材料的層被置于所述陽(yáng)極與所述復(fù)合物之間。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述處理操作是在約1巴至約5巴的電解液計(jì)示壓力下進(jìn)行。
22.一種用于從傳導(dǎo)性基體復(fù)合物本體回收非傳導(dǎo)性非金屬材料的設(shè)備，所述設(shè)備包括陽(yáng)極，其中所述陽(yáng)極被電連接到傳導(dǎo)性基體復(fù)合物；陰極，所述陰極被放置以在所述復(fù)合物本體與所述陰極之間形成極間間隙；非酸性電解液源；以及非傳導(dǎo)性顆?；厥障到y(tǒng)。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括直流電源或交流電源，所述電源施加具有密度為約15A/cm2電極面積至約100A/cm2電極面積的電流。
24.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括移動(dòng)所述陽(yáng)極或所述陰極中的一個(gè)或更多個(gè)的驅(qū)動(dòng)器，以將所述間隙維持在基本相同的大小。
25.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括沉淀裝置。
26.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括用于再循環(huán)電解液的設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種從傳導(dǎo)性復(fù)合物回收材料的工藝，包括通過(guò)電解溶解，至少部分地溶解固態(tài)本體，其中，所述的本體包括傳導(dǎo)性基體和一種或更多種非傳導(dǎo)性成分；以及回收在所述的溶解期間從所述本體釋放的一種或更多種材料。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述的溶解是在pH值在約6至約11的電解液的存在下進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述本體的至少25％的體積被溶解。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解溶解使用陰極；在所述陰極與所述本體之間存在間隙；并且通過(guò)移動(dòng)所述陰極、所述本體、或所述陰極和所述本體兩者維持所述間隙的大小小于約10毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述電解溶解使用陰極；并且電解液流被引入所述陰極和所述本體之間的間隙。
6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其中所述電解液流的流速大于300毫升每分鐘每平方厘米正對(duì)所述本體的陰極面積。
7.如權(quán)利要求6所述的工藝，其中所述流速在約1升每分鐘每平方厘米和約5升每分鐘每平方厘米正對(duì)所述本體的陰極面積之間。
8.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述溶解操作是采用密度在約10A/cm2和約100A/cm2之間的電流來(lái)進(jìn)行的。
9.如權(quán)利要求2所述的工藝，其中所述電解液包括在溶液中的濃縮堿金屬、在溶液中的堿土金屬鹽或在溶液中的銨鹽。
10.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述被釋放材料的至少一部分被供料給分離裝置以回收一種或更多種非傳導(dǎo)性成分。
11.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述非傳導(dǎo)性成分包括所述本體的至少約5％體積。
12.一種用于再生復(fù)合物本體的一種或更多種組分的工藝，包括在電解液的存在下，將由一種或更多種傳導(dǎo)性材料和一種或更多種非傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的復(fù)合物本體置于一設(shè)備中，使得所述本體作為與陰極相對(duì)的陽(yáng)極；施加約5V至約50V范圍內(nèi)的電壓使得一種或更多種所述非傳導(dǎo)性材料從所述本體被釋放；以及回收一種或更多種所述被釋放的非傳導(dǎo)性材料。
13.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述電壓為約10V至約40V。
14.如權(quán)利要求12所述的工藝，進(jìn)一步包括在所述設(shè)備中達(dá)到約10A/cm2至約100A/cm2之間的電流密度的操作。
15.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述非傳導(dǎo)性材料構(gòu)成所述本體總體積的約5％至約95％之間。
16.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述被釋放的材料的大部分是在處于電化學(xué)過(guò)鈍化電壓狀態(tài)的電壓下被釋放的。
17.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述的本體通過(guò)機(jī)械、磁、氣動(dòng)或電氣裝置與傳導(dǎo)性的陽(yáng)極件電連接。
18.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述電解液包括在溶液中的堿金屬，在溶液中的堿土金屬鹽或在溶液中的銨鹽。
19.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述電解液在范圍為約10℃至約90℃的溫度時(shí)具有超過(guò)約100毫西門子的電導(dǎo)率。
20.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述電解液包含重量為0％至約15％的懸浮固體。
21.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述設(shè)備包括多個(gè)陰極，并且材料同時(shí)從多個(gè)復(fù)合物本體被釋放。
22.一種處理包含金剛石的傳導(dǎo)性復(fù)合物本體的方法，包括在電化學(xué)設(shè)備中提供傳導(dǎo)性復(fù)合物本體，所述設(shè)備包括陽(yáng)極和陰極，使得所述的復(fù)合物本體被電連接到所述的陽(yáng)極，并且極間間隙位于所述陰極和所述復(fù)合物本體之間；輸送電解液至所述極間間隙，其中所述的電解液的pH值為約6至約11；以及在所述陰極和所述陽(yáng)極之間施加電流。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電解液的pH值為約6.5至約9。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述傳導(dǎo)性復(fù)合物本體由石墨、金屬和非傳導(dǎo)材料所構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述金屬選自由鎳、鈷、鐵及其合金組成的組。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述金屬包括來(lái)自元素周期表的IIA族至VIIA族、VIII族及IB族、IIB族、IIIB族及IVB族中任何族的任何金屬。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電流的密度為約10A/cm2至約100A/cm2。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述陰極與陽(yáng)極間的電壓為約10V至約40V。
29.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電解液包括一種或更多種金屬氯酸鹽、金屬硝酸鹽、金屬氯化物或其混合物。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，其中當(dāng)所述的復(fù)合物本體被處理時(shí)，所述電極中的一個(gè)或兩個(gè)都相對(duì)另一個(gè)前移。
31.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述極間間隙的大小為約0.1mm至5mm。
32.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電解液通過(guò)所述陰極上的一個(gè)或更多個(gè)開口被提供。
33.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述傳導(dǎo)性復(fù)合物通過(guò)機(jī)械力、磁力、氣動(dòng)力或液壓力中的一種被附接于所述陽(yáng)極。
34.如權(quán)利要求22所述的方法，其中傳導(dǎo)性材料的層被置于所述陽(yáng)極與所述復(fù)合物之間。
35.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述設(shè)備包括使所述電極中的一個(gè)朝所述另一個(gè)電極前移的驅(qū)動(dòng)器。
36.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述處理操作是在約1巴至約5巴的電解液壓力下進(jìn)行。
37.如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括收集電解液的操作，其中所述電解液包含從所述傳導(dǎo)性復(fù)合物中釋放的非金屬顆粒。
38.如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括回收已經(jīng)從所述復(fù)合物本體釋放的非傳導(dǎo)性顆粒的操作。
39.一種用于從傳導(dǎo)性基體復(fù)合物本體釋放非傳導(dǎo)性非金屬材料的設(shè)備，所述設(shè)備包括陽(yáng)極，其中所述陽(yáng)極被電連接到傳導(dǎo)性基體復(fù)合物；陰極，所述陰極被放置以在所述復(fù)合物本體與所述陰極之間形成極間間隙；非酸性電解液源；以及非傳導(dǎo)性顆?；厥障到y(tǒng)。
40.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括直流電源或交流電源。
41.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括移動(dòng)所述陽(yáng)極或所述陰極中的一個(gè)或更多個(gè)的驅(qū)動(dòng)器，以將所述間隙維持在基本相同的大小。
42.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括沉淀裝置。
43.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述回收系統(tǒng)包括用于再循環(huán)電解液的設(shè)備。
全文摘要
從傳導(dǎo)性基體復(fù)合物(200)分離可回收的組分(210)用于進(jìn)一步使用或重新使用的方法和設(shè)備。在實(shí)施方案中，本工藝使用包括陰極(220)和陽(yáng)極的電化學(xué)設(shè)備。傳導(dǎo)性復(fù)合物被電連接到陽(yáng)極，并且非酸性電解液被提供至所述陰極和陽(yáng)極之間的極間間隙。
文檔編號(hào)C01B31/00GK101087903SQ200580044308
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者B·韋, 帕德里克·奧尼爾 申請(qǐng)人:戴蒙得創(chuàng)新股份有限公司