СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗА Российский патент 1995 года по МПК C01B31/06 B01J3/08 

Изобретение относится к технологии получения сверхтвердых материалов, а именно искусственных алмазов, при непосредственном использовании высоких давлений и температур, развивающихся при детонации конденсированных взрывчатых веществ.

Известен способ получения алмаза, включающий формирование заряда углеродсодержащего взрывчатого вещества (ВВ) с отрицательным кислородным балансом, инициирование его детонации во взрывной камере (ВК) в среде инертного по отношению к углероду газа при атмосферном или повышенном давлении [1]
Недостатком этого способа является необходимость перед каждым подрывом вакуумирования внутренней полости ВК и заполнения ее инертным газом, что существенно усложняет процесс получения ультрадисперсных алмазов (УДА) и снижает его производительность.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения алмаза, включающий формирование смесевого заряда углеродсодержащего ВВ с отрицательным кислородным балансом, заполнение внутренней полости ВК газообразными продуктами детонации конденсированного ВВ при атмосферном давлении, размещение заряда ВВ в ВК, инициирование его детонации, извлечение конденсированных продуктов детонации после одного или серии подрывов и выделение алмазов [2]
Недостатком этого способа является малая производительность из-за низкого выхода алмазов при подрыве зарядов ВВ большой массы, а также трудоемкость извлечения из камеры конденсированных продуктов детонации. Это обусловлено тем, что выход алмазов β(отношение массы алмазов m_а к массе подорванного заряда ВВ m _BB) в рассматриваемых способах, в которых внутренний объем взрывной камеры заполняется инертной газовой средой (в том числе и газообразными продуктами детонации), зависит от отношения объема взрывной камеры к массе заряда ВВ. При этом для ВК заданного объема существует предельная масса заряда ВВ, выше которой выход алмазов β резко падает. Наличие предельной массы с физической точки зрения обусловлено процессом охлаждения продуктов детонации при адиабатическом расширении и разлете в газообразной среде, заполняющей внутренний объем ВК. При m _BB>m _BB^пред охлаждение продуктов детонации при их адиабатическом расширении не может в полной мере предотвратить графитизацию образовавшихся алмазов и графитизацию конденсированных продуктов детонации. Кроме того, при подрыве заряда ВВ в газообразной среде конденсированные пpодукты детонации, содержащие алмаз, оседают на всей внутренней поверхности взрывной камеры. Поэтому для полного их извлечения необходимо обмывать взрывную камеру или вводить дополнительную камеру и обмывать ее, что усложняет операцию извлечения конденсированных продуктов детонации.

Технической задачей изобретения является разработка более производительного и технологически более простого способа получения алмазов за счет повышения выхода алмазов и упрощения операции извлечения конденсированных продуктов детонации из взрывной камеры.

Для этого в известном способе получения алмаза, включающем заполнение внутренней полости ВК газообразными продуктами детонации конденсированного ВВ, формирование заряда углеродсодержащего ВВ с отрицательным кислородным балансом, размещение его в ВК, инициирование детонации заряда ВВ, извлечение конденсированных продуктов детонации после одного или серии подрывов и выделение алмазов, перед заполнением полости камеры газообразными продуктами детонации на дно взрывной камеры наливают охлаждающую жидкость с коэффициентом динамической вязкости (0,3-2) ^.10^-3 Па^.с, масса которой в 15-70 раз превышает массу заряда ВВ, а массу заряда ВВ m _BB выбирают в диапазоне 0,1-4 от массы газовой среды m_г внутри камеры в нормальных условиях. Дополнительно в качестве охлаждающей жидкости используют воду.

Взаимодействие ударной волны, образующейся после детонации заряда ВВ, с размещенной на дне ВК охлаждающей жидкостью с коэффициентом динамической вязкости (0,3-2) ^.10^-3 Па ^.с, масса которой в 15-70 раз превышает массу заряда ВВ, приводит к ее разбрызгиванию и заполнению внутренней полости ВК жидкостно-капельной средой. Экспериментально установлено, что наличие жидкостно-капельной среды способствует более эффективному и быстрому понижению остаточной температуры продуктов взрыва и, следовательно, уменьшению потерь алмаза в результате графитизации и повышению выхода алмаза при массе заряда ВВ, превышающей предельную для данной ВК m _BB/m_г 0,1-4). Кроме того, быстрое охлаждение продуктов взрыва позволяет сократить интервал между подрывами заряда ВВ без уменьшения выхода алмазов. Разбрызгивание охлаждающей жидкости с коэффициентом динамической вязкости (0,3-2) ^.10^-3 Па ^. с также позволяет без введения дополнительных операций осуществлять обмыв внутренней поверхности взрывной камеры после каждого подрыва. При этом операция извлечения конденсированных продуктов детонации, производимая после подрывов, существенно упрощается.

Введение диапазона масс охлаждающей жидкости, помещаемой на дне ВК, обусловлено эффективностью ее работы. При малом количестве жидкости (m < <15m _BB) понижается эффективность охлаждения продуктов детонации из-за нагрева ее до Т≈100^оС, а также сокращается число подрывов в серии из-за повышения концентрации конденсированных продуктов детонации в жидкости.

При большом количестве жидкости ( m > 70m _BB снижается степень разбрызгивания ее ударной волной, что приводит к понижению эффективности способа за счет уменьшения выхода алмазов.

Введение диапазона масс заряда ВВ вызвано эффективностью предлагаемого способа. При массе заряда ВВ меньше предельной для взрывной камеры и используемого ВВ (m _BB< 0,1 mг), выход алмаза после подрыва зарядов ВВ в инертной газовой среде (в среде газообразных продуктов взрыва) достигается 8-9% от веса ВВ, что близко к предельному значению. Поэтому заливка охлаждающей жидкости на дно камеры перед серией подрывов в основном упростит только сбор шихты и не приведет к заметному увеличению выхода алмаза. При массе заряда ВВ m _BB > m_г заливка охлаждающей жидкости на дно ВК будет способствовать повышению выхода алмаза, но величина выхода не будет превышать 3% от веса ВВ. Использование способа с таким выходом экономически нецелесообразно.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

На чертеже показаны взрывная камера 1, загрузочный люк 3, устройство 3 герметизации люка 2, заряд 4 ВВ, инициирующее устройство 5 заряда ВВ, устройство 6 подвески заряда в ВК, устройство 7 выброса газов, устройство 8 сбора и отделения конденсированных продуктов детонации, автоматические клапаны 9(1) и 9(2), охлаждающая жидкость 10, система 11 управления.

Предлагаемый способ получения алмаза осуществляют следующим образом.

Формируют заряд 4 углеродсодержащего ВВ c отрицательным кислородным балансом, массу которого выбирают в диапазоне 0,1-4 от массы газовой среды внутри взрывной камеры в нормальных условиях. На дно взрывной камеры 1 наливают охлаждающую жидкость 10 с коэффициентом динамической вязкости (0,3-2) ^.10^-3 Па ^.с (воду), масса которой в 15-70 раз превышает массу заряда 4 ВВ. Для заполнения внутренней полости взрывной камеры 1 газообразными продуктами детонации подрывают заряд 4 ВВ в центре камеры. Открытием клапана 9(1) через устройство 7 стравливают избыточное давление газообразных продуктов детонации. После выравнивания давления продуктов детонации с атмосферным открывают устройство 3 герметизации загрузочного люка 2 и с помощью устройства 6 подвески размещают заряд 4 ВВ с инициирующим устройством 5 в камере 1. Закрывают устройство 3 герметизации люка 2, клапан 9(1) и с помощью системы 11 управления инициируют детонацию заряда 4 ВВ. После подрыва заряда 4 ВВ открытием клапана 9(1) через устройство 7 стравливают избыточное давление газообразных продуктов детонации до атмосферного. Затем открывают устройство 3 герметизации люка 2 и размещают во взрывной камере 1 следующий заряд ВВ. Закрывают устройство 3 герметизации и инициируют детонацию заряда 4 ВВ с помощью системы 11. После проведения серии подрывов (10-15 подрывов в течение рабочей смены) открывают клапан 9(2) и в устройство отделения конденсированных продуктов детонации сливают жидкость с накопившимися конденсированными продуктами детонации. После слива жидкости клапан 9(2) закрывают, наливают внутрь ВК новую порцию охлаждающей жидкости и взрывная камера готова к проведению следующей серии подрывов. Конденсированные продукты детонации, содержащие алмаз, отделяют в устройстве 8 от жидкости, механических примесей и направляют на химическую очистку алмаза от графита и других примесей.

На предприятии проведена экспериментальная проверка работоспособности предлагаемого способа. С использованием взрывной камеры объемом 17,2 м³ (масса газообразной среды внутри камеры в нормальных условиях m_г 22 кг) проведено две серии подрывов зарядов ВВ, состоящих из равных массовых долей тротила и гексогена (сплава ТГ 5/5).

В первой серии подрывов подорвано три заряда ВВ массой 4 кг каждый 0,18 Перед проведением серии подрывов на дно камеры налито 80 кг воды 20 μ 1^.10^-3 Па ^.с). По окончании серии подрывов собрано 1,10 кг конденсированных продуктов детонации, в которых содержится 45% алмазных частиц размером 40-200 , что составляет 3,9% от веса подорванного ВВ (12 кг). По прототипу при использовании зарядов ВВ такой же массы выход алмаза составляет 2,0-2,5% от веса ВВ, а в конденсированных продуктах детонации содержится 20% алмазных частиц таких же размеров. Во второй серии подрывов подорвано семь зарядов из сплава ТГ5/5 массой 2,4 кг каж- дый 0,105. Перед проведением подрывов на дно каме- ры налито 80 кг воды 33,3. После проведения серии подрывов собрано 2,46 кг конденсированных продуктов детонации, в которых содержится 60% алмазных частиц размером 40-200 , что составляет 8,8% от веса подорванного ВВ (16,8 кг).

По прототипу с зарядом ВВ такой же массы выход алмаза составляет 5,5% от веса ВВ, а в конденсированных продуктах детонации содержится 25% алмазных частиц таких же размеров.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить на 50-60% выход алмаза и упростить устройство для его реализации.

Использование: в технологии получения сверхтвердых материалов, а именно искусственных алмазов, при непосредственном использовании высоких давлений и температур, развивающихся при детонации конденсированных взрывчатых веществ. Сущность изобретения: формируют заряд углеродсодержащего взрывчатого вещества (ВВ) с отрицательным кислородным балансом, заполняют внутреннюю полость взрывной камеры (ВК) газообразными продуктами детонации при атмосферном давлении, размещают заряд ВВ в центре ВК, инициируют его детонацию, извлекают из ВК после серии подрывов конденсированные продукты детонации и выделяют алмаз. Перед заполнением полости ВК газообразными продуктами детонации на дно ее наливают охлаждающую, жидкость с коэффициентом динамической вязкости (0,3-2)·10^-3 Па·c (например, воду), масса которой в 15 70 раз превышает массу заряда ВВ, а массу заряда ВВ выбирают в диапазоне 0,1 0,4 от массы газовой среды внутри камеры в нормальных условиях. Способ позволяет повысить на 50 60% выход алмаза и упростить устройство для его реализации. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗА, включающий формирование заряда углеродсодержащего взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом, заполнение внутренней полости взрывной камеры газообразными продуктами детонации при атмосферном давлении, размещение заряда взрывчатого вещества в герметичной взрывной камере, инициирование его детонации, извлечение из взрывной камеры после серии подрывов конденсированных продуктов детонации и выделение алмаза, отличающийся тем, что перед заполнением полости камеры газообразными продуктами детонации на дно ее наливают охлаждающую жидкость с коэффициентом динамической вязкости (0,3 2,0) · 10^-3 Па · с, масса которой в 15 70 раз превышает массу заряда взрывчатого вещества, а массу заряда взрывчатого вещества выбирают в диапазоне 0,1 0,4 от массы газовой среды внутри камеры в нормальных условиях. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей жидкости используют воду.