СПОСОБ ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к области получения алмазных порошков, например, методом взрыва, а более конкретно к способам удаления неалмазных форм углерода и примесей металлов и их соединений из алмазсодержащей шихты.

Цель изобретения повышение чистоты продукта, ускорение процесса и улучшение экологической обстановки.

Данная цель достигается тем, что в способе очистки УДА, включающем удаление металлов и их соединений из алмазсодержащей шихты обработкой кислотой, при нагреве, удаление неалмазных форм углерода кислотной обработкой с применением окислителя и отмывку УДА от продуктов кислотной обработки, сначала алмазсодержащую шихту подвергают механической фильтрации, затем обрабатывают шихту концентрированной серной кислотой с последующим нагревом, а удаление неалмазных форм углерода производят добавлением к шихте в смеси с концентрированной серной кислотой окислителя водного раствора хромового ангидрида, образуя реакционную смесь, содержащую серную кислоту, хромовый ангидрид и воду при следующих соотношениях компонентов, в мас.

серная кислота 28 30
хромовый ангидрид 14 16
вода остальное,
производят отмывку УДА водой от продуктов кислотной обработки, нейтрализуют промывные воды и утилизируют продукты нейтрализации. При этом механическую фильтрацию осуществляют при помощи комплекта сит под действием вибрации. Обработку шихты серной кислотой проводят при температуре 105 - 110^o C в течение 1,0 1,5 час. Отмывку УДА от продуктов кислотной обработки осуществляют сначала водой при температуре 60 70^o C до рН, равного 5 6, затем горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома в промывных водах с последующей нейтрализацией промывных вод и последовательным добавлением, например, хлорида бария и гидроксида натрия с отделением полученных осадков.

Причинно-следственная связь между целью изобретения и средствами ее достижения обусловлена тем, что при использовании данной технологии очистки УДА удалось отказаться от использования нескольких видов различных кислот (азотной, соляной и др.), ограничившись всего лишь одной (серной), также удалось сократить количество применяемой кислоты, а также добиться получения на выходе не только чистого, готового к использованию УДА, но и практически чистой воды.

Предлагаемый способ очистки ультрадисперсного алмаза реализован следующим образом.

После превращения взрывного вещества взрывным методом в алмазный порошок шихту, фильтрование последней ведут через комплект сит инертных (КСИ) с номерами 1,6; 0,4; 0,2, которые устанавливают на поддон того же диаметра, что и сита, при этом поддон снабжается отводным шлангом. Поддон закрепляют на аппарате встряхивания АВУ-6С, при этом частота встряхивания устанавливается равной 100 125 раз в минуту.

Вслед за фильтрованием шихту подвергают центрифугированию в течение пяти минут при частоте 2600 оборотов в минуту для концентрирования сухого вещества в алмазсодержащей шихте, при этом создается оптимальная концентрация сухого вещества для проведения последующего процесса. Затем отцентрифугированную шихту помещают в термостойкие стеклянные химические сосуды емкостью 5 литров, при этом в каждый такой сосуд помещают по 2 кг отцентрифугированной шихты и приливают 250 мл концентрированной серной кислоты, смесь выдерживают при температуре 100 105^o C в течение 1,0 1,5 часов. После этого к смеси приливают еще 250 мл серной кислоты и 450 мл 50%-ного хромового ангидрида и смесь выдерживают при температуре 110 115^o C в течение 20 30 минут, добавляют примерно 100 мл дистиллированной воды (этим объемом обмывают стенки реакционного сосуда от остатков непрореагировавшей шихты) и выдерживают при температуре 105 110^o C в течение 30 минут. Содержимое реакционного сосуда разбавляют горячей водой при температуре 60 ^oC70^o C до 10 литров и после оседания порошка УДА сливают раствор гидроксисульфата хрома и серной кислоты, которые идут на утилизацию. Так поступают до тех пор, пока рН промывных вод не будет равным 5 6, а затем порошок УДА промывают кипящей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы металлов, например, алюминия, железа и хрома. После такой обработки порошков УДА сушат при 105 - 110^o C и определяют содержание примесей (при этом содержание неалмазных форм углерода составило не более 0,5% а содержание неуглеродных примесей не более 1% ). Утилизацию промывных вод осуществляют последовательным добавлением к ним хлорида бария и гидроксида натрия и с отделением осадков вторичных (побочных) продуктов, которые в последствии можно использовать в народном хозяйстве (например, в качестве пигмента и наполнителя к техническим пастам и т.п.).

1. Пример 1. К 2 кг отцентрифугированной шихты добавили 250 мл концентрированной серной кислоты плотностью 1,835 г/см³), выдерживали при температуре + 105 110^o C в течение 0,5 часа, затем добавили еще 250 мл такой же серной кислоты и 450 мл 50%-ного водного раствора хромового ангидрида, при этом образуется реакционная смесь с содержанием в мас.

серная кислота 29%
хромовый ангидрид 11,5
вода остальное
выдержали при температуре +110 115^o C 30 минут, обмыли стенки сосуда 100 мл воды и выдерживали при температуре 105 110^o C 30 минут. Затем содержимое реакционного сосуда многократно промыли водой до рН 5 6 при 60 70^o C, а затем кипящей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома. Проанализировали отмытый осадок на остаточное содержание металлом и неалмазных форм углерода (НФУ). Cодержание металлов составило 2% НФУ-1%
Пример 2. К 2 кг отцентрифугированной шихты добавили 150 мл концентрированной серной кислоты плотностью 1,835 г/см³, выдержали при температуре +105 110^o C в течение 1,5 часа, затем добавили еще 250 мл такой же серной кислоты и 500 мл раствора хромового ангидрида, при этом образуется реакционная смесь с содержанием в мас.

серная кислота 24%
хромовый ангидрид 13%
вода остальное
выдержали при температуре 110 115^o C в течение 30 минут, обмыли стенки сосуда 100 мл воды и выдержали при температуре 105 110^o C еще 30 минут. Содержимое реакционного сосуда отмыли вначале горячей водой при температуре 60 70^o C до рН среды 5 6, а затем кипящей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома. Проанализировали твердый осадок, содержание металлов составило 2,5% НФУ 0,9%
Пример 3. К 2 кг отцентрифугированной шихты добавили 350 мл серной кислоты плотностью 1,835 г/см³, выдержали при температуре 105 - 110^o C в течение 1,5 часа, затем к смеси добавили еще 250 мл такой же серной кислоты и 370 мл 50% раствора хромового ангидрида, при этом образуется реакционная смесь с содержанием в мас.

серная кислота 32%
хромовый ангидрид 9,5%
вода остальное
выдержали при температуре 110 115^o C в течение 45 минут, добавили 100 мл дистиллированной воды и выдержали еще 45 минут при температуре 105 - 110^o C. После отмывки порошка вначале горячей водой при температуре +60 - 70^oC до рН 5 6, а затем кипящей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома определили содержание примесей. Их содержание составило: металлов 0,5% НФУ 5%
Пример 4. К 2 кг отцентрифугированной шихты добавили 250 мл концентрированной серной кислоты плотностью 1,835 г/см³, выдержали при температуре 105 110^o C в течение 1 часа, добавили еще 250 мл такой же серной кислоты и 450 мл 50%-ного хромового ангидрида, при этом образуется реакционная смесь с содержанием мас.

серная кислота 29,5%
хромовый ангидрид 12%
вода остальное
выдержали при температуре 110 115^o C 30 минут, обмыли стенки сосуда дистиллированной водой, выдержали еще 30 минут при температуре 105 110^o C. Промыли твердый осадок вначале горячей водой при температуре 60 70^o C до рН 5 6, а затем кипящей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома. Определили содержание примесей. Содержание металлов составило 0,9% НФУ 0,5%
Использование предлагаемого способа очистки ультрадисперсного алмаза с последующей нейтрализацией и утилизацией продуктов промывки УДА от кислотной обработки обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Отказ от применения в технологии очистки УДА нескольких видов кислот, ограничившись одним видом (только серной кислотой), значительное сокращение количества используемой кислоты (с 32 литром в прототипе до 6 литров в заявляемом способе на 1 кг УДА), отмывка УДА от кислотной обработки с последующей нейтрализацией и утилизацией отмывных вод, в конечном итоге, позволяют достичь главного улучшения экологической обстановки. Косвенно этому служат и остальные нижеперечисленные преимущества;
2. Фильтрование алмазсодержащей шихты с помощью КСИ позволяет удалять основную массу механических примесей металлов и их соединений, без применения кислот, при этом остается в шихте до 5% металлов и их соединений;
3. Улучшенные условия техники безопасности весь цикл обработки является беспылевым;
4. Удаление остатков металлов и их соединений с помощью серной кислоты позволяет проводить процесс удаления неалмазных форм углерода без предварительных отмывок от солей металлов;
5. Использование для промывок горячей воды (60 70^o C) и кипящей дистиллированной воды позволяет ускорить процесс отмывки и получать в конечном счете более чистый продукт (УДА), с содержанием основного вещества не менее 98,5%

Использование: в получении ультрадисперсных алмазов (УДА). Шихту УДА подвергают механической фильтрации, затем обрабатывают концентрированной серной кислотой с последующим нагревом, добавляют к шихте в смеси с серной кислотой окислитель - водный раствор хромового ангидрида, образуя реакционную смесь, содержащую серную кислоту, хромовый ангидрид и воду при следующем соотношении компонентов, в мас.%: серная кислота 28 - 30, хромовый ангидрид 14 - 16, вода - остальное, производят отмывку УДА водой от продуктов кислотной обработки, нейтрализуют промывные воды и утилизируют продукты нейтрализации. При этом механическую фильтрацию осуществляют при помощи комплекта сит под действием вибрации, обработку шихты серной кислотой проводят при температуре 105 - 110^o C в течение 1,0 - 1,5 ч, отмывку УДА от продуктов кислотной обработки осуществляют сначала водой при температуре 60 - 70^o C до рН, равного 5 - 6, затем горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома в промывных водах с последующей нейтрализацией промывных вод и последовательным добавлением хлорида бария и гидроксида натрия с отделением полученных осадков. Изобретение позволяет повысить чистоту продукта, ускорить процесс и улучшить экологическую обстановку. 3 з.п.ф-лы.

1 1. Способ очистки ультрадисперсных алмазов (УДА), включающий удаление металлов и их соединений из алмазсодержащей шихты обработкой кислотой при нагреве, удаление неалмазных форм углерода кислотной обработкой с применением окислителя и отмывку УДА от продуктов кислотной обработки, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты продукта, ускорения процесса и улучшения экологической обстановки, сначала алмазсодержащую шихту подвергают механической фильтрации, затем обрабатывают шихту концентрированной серной кислотой с последующим нагревом, а удаление неалмазных форм углерода производят добавлением к шихте в смеси с концентрированной серной кислотой окислителя водного раствора хромового ангидрида, образуя реакционную смесь, содержащую серную кислоту, хромовый ангидрид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.3 Серная кислота7 28 303 Хромовый ангидрид7 14 163 Вода7 Остальное 1 производят отмывку УДА водой от продуктов кислотной обработки, нейтрализуют промывные воды и утилизируют продукты нейтрализации.2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую фильтрацию осуществляют при помощи комплекта сит под действием вибрации.2 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку шихты серной кислотой проводят при 105 110<198>С в течение 1,0 1,5 ч.2 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отмывку УДА от продуктов кислотной обработки осуществляют сначала водой при 60 70<198>С до pH, равного 5 6, затем горячей дистиллированной водой до отрицательной реакции на ионы хрома в промывных водах с последующей нейтрализацией промывных вод и последовательным добавлением хлорида бария и гидроксида натрия с отделением полученных осадков.