СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛМАЗОГРАФИТОВОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК C01B31/04 C01B31/06 

Изобретение относится к технологии выделения алмазов и может быть использовано при извлечении алмазов из природного или синтетического алмазсодержащего материала.

Известен способ извлечения алмазов из алмазографитового материала, согласно которому продукт алмазного синтеза обрабатывают азотной кислотой и затем окислительной смесью, состоящей из хромового ангидрида и серной кислоты (1).

Метод не экономичен, требует больших временных и материальных затрат (для полного удаления графита требуется 12 г CrO₃ в расчете на 1 г графита и неоднократное кипячение пробы в окислительном растворе). Метод не экологичен, так как обработка при повышенной температуре сопровождается выбросом вредных веществ в атмосферу. Кроме того, существенным недостатком способа являются потери полезных компонентов: полное выжигание графита и значительные потери мелкодисперсной фракции алмазов, из-за многочисленности операций кипячения, фильтрации, промывки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ переработки алмазографитового материала, согласно которому измельченные продукты синтеза обрабатывают жидким бромом для перевода неалмазного углерода в соединение внедрения брома в графит (СВГ) состава С₈Вr, которое всплывает на поверхность жидкого брома, для более полного удаления графита применяют вторичную обработку бромом (2). Недостатками указанного способа являются токсичность и высокая стоимость брома, а также неизбежные потери алмазов, особенно мелких фракций, возникающих при удалении основной массы графита, так как мягко протекающая реакция графита с бромом не может полностью разрушить силы сцепления в алмазографитовом материале и часть мелких алмазов всплывает вместе с частицами образовавшегося СВГ. Недостатком способа является также его продолжительность более 60-80 ч.

Задачей способа является повышение степени выделения алмазов, сокращение материальных затрат и сохранение второго полезного компонента в виде расширенного графита-продукта, имеющего самостоятельную ценность.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предлагаемого изобретения, является образование расширенного графита при нагреве, что приводит к количественному выделению алмазов из алмазографитого материала.

Для решения этой задачи в способе переработки алмазографитового материала, включающем в его обработку реагентом, обеспечивающим образование соединение внедрения в графит, и последующее разделение алмаза и графита по плотности в жидкости, перед разделением полученный продукт нагревают до 200-800^о С со скоростью 50-500 град/с, а разделение ведут в водной среде. Пpи этом в качестве реагента используют смесь хлорида алюминия с хлором, или хлорид железа или смесь бихромата калия с серной кислотой. Разделение алмаза и графита проводят в водной среде с содержанием воды не менее 95 мас.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что полученную после химической обработки реагентом смесь алмаза с СВГ нагревают до образования расширенного графита. Разделение алмаза и СВГ без осуществления операции перевода СВГ в расширенный графит проходит неэффективно: оно сопровождается большими потерями алмаза и требует использования в качестве среды разделения тяжелых жидкостей (бром, бромоформ, жидкости Туле, Клеричи и др.), так как плотность СВГ близка к плотности исходного графита и значительно больше 1 (например, плотность СВГ с Br 1,97 г/см³). Тяжелые жидкости, как правило, токсичны и дорогостоящи. После отделения алмаза на его поверхности остаются некоторые количества среды разделения, и требуется дополнительная промывка алмазов для полной его очистки, что требует также новых материальных затрат.

Для перевода соединения внедрения в графит, полученный после обработки реагентом продукт нагревают с определенной скоростью: уменьшение скорости нагрева менее 50 град/с и температуры нагрева менее 200^о С нецелесообразно, так как образующийся в результате расширенный графит будет недостаточно легким и частично потонет в воде вместе с алмазной фазой, т.е. полнота разделения алмаза и графита будет неудовлетворительной. Повышение скорости нагрева более 500 град/с трудно осуществимо в техническом отношении: требуется более сложная и энергоемкая аппаратура, что приводит к значительным материальным затратам. Повышение температуры нагрева более 800^о С нежелательно, так как термическая устойчивость алмаза на воздухе ограничена температурой 450-500^о С, и кратковременный нагрев (1-3 с) алмазосодержащего материала при температурах, превышающих 500^о С, приводит к потерям алмаза, которые становятся заметными при нагреве выше 800^о С.

Как уже упоминалось, предлагаемый способ основан на переводе графита, содержащегося в исходном материале, в расширенный графит. Расширенный графит это уникальный материал, имеющий насыпную плотность 0,001-0,3 г/см³. В связи с этим открывается возможность использовать для разделения алмаза и графита по плотности практически любую жидкую среду (дешевую и нетоксичную, например, воду). Разделение проходит эффективно, так как алмазографитовый конгломерат, частично ослабленный обработкой химическим реагентом, затем подвергается резкому нагреву. Данный процесс сопровождается быстрым изменением объема: объем СВГ увеличивается в 50-300 раз, в материале возникают значительные раскалывающие усилия, приводящие к растрескиванию, отклонению неалмазного углерода от алмаза и полному разрушению связи алмаз-неалмазный углерод. Алмазографитовый материал диспергируется и превращается в механическую смесь алмаза и расширенного графита. Благодаря этому происходит количественное разделение последних в жидкости. Процесс разделения можно ускорить, если использовать этом различные поверхностно-активные вещества (желатин, жидкое стекло и др.) в воде.

В предлагаемом способе для превращения графита в расширенный графит на стадии химической обработки могут быть использованы реагенты: AlCl₃ + Cl₂, FeCl₃, K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄.

П р и м е р 1. Исходный алмазографитовый материал, содержащий 0,8 г алмаза с размером частиц > 1 мкм и 199,2 графита с размером частиц 3-100 мкм и менее 0,1% влаги, помещают в реактор, добавляют 233,3 г AlCl₃ и выдерживают в атмосфере газообразного хлора в течение 0,5 ч при температуре 250^о С. Затем полученный продукт, представляющий собой смесь алмаза и соединения внедрения в графит состава С_9,5AlCl_3,3 (I ступень с периодом идентичности I_c 9,54 ) вынимают из реактора и нагревают со скоростью нагрева 50 град/с и выдерживают при температуре 200^о С в течение 5 мин. СВГ превращается в расширенный графит, алмазная фаза остается в неизменном виде, а хлорид алюминия и хлор улавливают и возвращают для повторного использования.

После нагрева полученный материал помещают в емкость с водой, перемешивают в течение 5 мин и отстаивают в течение 50 мин. Расширенный графит всплывает на поверхность и удаляется, а алмаз оседает на дно сосуда. Далее алмаз отфильтровывают и высушивают.

Потери алмазов с расширенным графитом составляют 1,0% а содержание графита в алмазной фазе не превышает 2,0%
П р и м е р 2. Обработку алмазографитового материала проводят по примеру 1, только в качестве реагента используют 449,6 г FeCl₃, химическую обработку осуществляют при 300^о С в течение 3 ч. После этого получают продукт, содержащий алмаз и СВГ состава С₆FeCl₃ (I ступень с I_с= 9,40 ). Далее продукт нагревают со скоростью 300 ^оС/с до температуры 450^о С и выдерживают 1 мин. Выделившийся при вспенивании хлорид железа улавливают и используют повторно. Затем полученный материал погружают в водную среду, содержащую 1% желатина, перемешивают, отстаивают и разделяют как в примере 1. Потери алмаза в расширенном графите составляют 0,5% а содержание графита в алмазе не превышает 1,0%
П р и м е р 3. Обработку исходного материала проводят реагентом, содержащим 30 г К₂Cr₂O₇ в 400 мл Н₂SO₄ (d 1,84 г/см³) при перемешивании в течение 30 мин при 20^о С. После обработки получают продукт (алмаз и СВГ состава С₂₈⁺HSO₄^-˙ 2Н₂SO₄, Iс 7,98 ), который затем обрабатывают водой, отфильтровывают и высушивают при температуре 120^о С. Далее нагревают материал со скоростью нагрева 500 град/с до температуры 800^о С, выдерживают при этой температуре 1 с, после чего проводят разделение алмаза и расширенного графита в водной среде, содержащей 5% жидкого стекла.

Суммарные потери алмаза (за счет окисления при термообработке и в расширенном графите) составляет 0,2% а содержание графита в алмазном продукте менее 0,3%
Для получения сравнительных данных по полноте выделения алмазов параллельно проводили переработку алмазографитового материала того же состава по известному способу. Были получены следующие результаты: после однократной обработки бромом потери алмаза с соединением внедрения составляли 17,2% после двухкратной обработки 4,8%

Использование: при извлечении алмазов из природного или синтетического алмазсодержащего сырья. Сущность изобретения: исходный материал обрабатывают реагентом, обеспечивающим образование соединения внедрения, полученный продукт подвергают термообработке для перевода соединения внедрения в расширенный графит, нагревая его со скоростью нагрева 50 - 500 град/с до 200 - 800°С, и разделяют алмаз и расширенный графит по плотности в водной среде. В качестве реагента используют смесь хлорида алюминия с хлором или хлорид железа, или бихромат калия с серной кислотой. 2 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛМАЗОГРАФИТОВОГО МАТЕРИАЛА, включающий его обработку реагентом, обеспечивающим образование соединения внедрения в графит, и последующее разделение алмаза и графита по плотности в жидкости, отличающийся тем, что перед разделением полученное соединение внедрения в графит нагревают до 200 800^oС со скоростью 50 500 град./с, а разделение ведут в водной среде. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагента используют смесь хлорида алюминия с хлором, или хлорид железа, или смесь бихромата калия с серной кислотой. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что разделение алмаза и графита проводят в водной среде с содержанием воды не менее 95 мас.