СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛМАЗА ИЗ ЕГО СМЕСЕЙ С ГРАФИТОМ ИЛИ АМОРФНЫМ УГЛЕРОДОМ Российский патент 1998 года по МПК C01B31/06 

Изобретение относится к области химических технологий, а точнее к технологии получения алмазов.

При производстве алмазов в условиях высоких давлений и температур получают смесь, состоящую из алмазов, графита и металлов-катализаторов. Очистка получаемого продукта от металлов обычно осуществляется обработкой смеси кислотами, после чего смесь содержит (кроме небольшого количества примесей) алмаз и неалмазный графитоподобный углерод.

Известны методы извлечения алмаза из его смесей с графитом (алмаз-неалмазный углерод) путем окисления графита жидкими (K₂Cr₂O₇ и др.), твердыми (PbO и др. ) реагентами, расплавами (KNO₃ + KOH и др.) (Путятин П.А. и др. Химические методы извлечения алмазов..., СМ, 1982, с. 25), а также в присутствии азотно-кислого аммония и оксидов свинца, марганца и цинка с последующей обработкой продукта соляной кислотой (пат. США N 457860, кл. C 01 B 31/06, 1986).

Известные методы сложны в аппаратурном оформлении, требуют использования больших количеств реактивов и очистки большого количества химических стоков, образующихся после извлечения алмаза.

Более предпочтительными в экологическим плане являются методы удаления графита окислением газообразными реагентами, в частности кислородом, при добавлении карбоната щелочного металла при t = 500 - 600^oC (заявка Японии N 47-44159, кл. C 01 B 31/06, 1993). При реализации известной технологии также возникает необходимость очистки значительного количества стоков, а применение кислорода усложняет технологические приемы осуществления способа и требует строгого соблюдения техники безопасности.

Известен способ извлечения алмаза из его смесей с графитом или аморфным углеродом окислением неалмазной составляющей смеси кислородом воздуха с использованием соединения ванадия (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической промышленности, М. , Химия, 1971, с. 756). Согласно известному способу соединение ванадия вводят в смесь в виде раствора или паров, после чего смесь термообрабатывают на воздухе при t = 390-650^oC.

При использовании ванадиевых катализаторов в известном техническом решении удается упростить стадию термообработки смеси за счет обеспечения возможности проведения ее на воздухе. Однако при реализации известного способа технология усложнена необходимостью приготовления точно дозированных растворов, разделения фаз (твердой и жидкой) после обработки раствором, многократной промывкой конечного продукта с последующей сушкой, необходимостью очистки сточных вод. Использование паров катализатора по известному решению требует специального оборудования (кварцевые реакторы), инертных газов-носителей, а также нагрева как катализатора, так и смеси алмаза с графитом или аморфным углеродом.

Указанные недостатки усложняют технологию в аппаратурном оформлении, повышают трудоемкость и энергоемкость процесса.

Задачей изобретения является преодоление указанных недостатков.

Для этого в способе извлечения алмаза из его смесей с графитом или аморфным углеродом, включающем введение в смесь соединения ванадия и последующую обработку в кислородсодержащей среде, в предварительно высушенную смесь при нормальной температуре и давлении вводят жидкий окситрихлорид ванадия путем его перемешивания со смесью или совместимой выдержки смеси и окситрихлорида ванадия в замкнутом объеме.

Заявляемый способ в отличие от известного не требует специального оборудования для введения катализатора, а также устраняет загрязнение сточных вод и характеризуется низкой трудоемкостью и энергоемкостью.

Способ согласно изобретению включает операцию высушивания смеси, что связано с гидрофильностью окситрихлорида ванадия. При наличии влаги в смеси катализатор энергично реагирует с водой, а не с частицами углеродной смеси. Указанное приводит к неравномерному распределению катализатора по объему смеси или его полной дезактивации.

Уникальные свойства окситрихлорида ванадия (ТУ-48-533-90), находящегося в жидком состоянии при нормальных условиях, имеющего высокие давления паров и стабильность состава, позволяют полностью исключить оборудование, необходимое для реализации известного способа, и существенно упростить введение катализатора до обычного перемешивания или непродолжительной выдержки в замкнутом объеме смеси и окситрихлорида ванадия.

Использование жидкого катализатора обеспечивает точное дозирование и наряду со значительным упрощением данной стадии процесса исключает многократную промывку смеси и необходимость очистки сточных вод.

Вышеизложенное указывает, что реализация процесса извлечения алмаза из его смеси с графитом или аморфным углеродом согласно настоящему изобретению существенно улучшает экологию производства, что не достигается при использовании других известных современных технологий производства синтетического алмаза.

До введения катализатора смесь сушат предпочтительно путем тепловой сушки на стандартном оборудовании - конвективных, контактных и т.п. сушилках с использованием газа или воздуха при атмосферном давлении и вакуумировании. Сушку осуществляют до постоянного веса взятой смеси при t = 105-150^oC.

Для смешивания смеси и окситрихлорида ванадия применяют смесовые барабаны известной конструкции, смесители с вращающимися лопастными рабочими органами, центробежные смесители и др.

Следующие примеры характеризуют сущность заявляемого изобретения.

Пример N 1.

1000 г предварительно просушенной в течение 0,5 часа при t = 120^oC алмаз-графитовой смеси с содержанием алмаз 70 мас.%, графит 30 мас.% размещают в сосуде емкостью 500 см³, добавляют жидкий окситрихлорид ванадия в количестве 0,2 см³ (отношение окситрихлорида ванадия к смеси равно 0,0025) и закрывают сосуд герметичной пробкой. Смесь выдерживают в течение 10 мин, после чего ее высыпают из сосуда и выдерживают на воздухе. Затем смесь нагревают в воздушной среде при t = 620^oC в течение 2 час и охлаждают на воздухе. Содержание алмаза в конечном продукте составляет 96 мас.%.

Пример N 2.

100 г смеси алмаза с графитоподобным углеродом, полученной путем кислотной обработки продуктов синтеза алмаза в камере высокого давления (содержание алмаза 48 мас.%), высушивают при t = 150^oC в течение 2 час. К смеси добавляют жидкий окситрихлорид ванадия в количестве 3 см³ (отношение окситрихлорида ванадия к исходной смеси равно 0,004) и перемешивают на барабанном смесителе в течение 30 мин. Затем смесь выдерживают на воздухе в течение 1 часа и далее ее подвергают окислению на воздухе в течение 3 час при t = 650^oC. Охлаждают на воздухе. Содержание алмаза в конечном продукте составляет 83 мас.%.

Осуществление предлагаемого способа позволяет:
1. существенно упростить аппаратурное оформление процесса;
2. снизить трудоемкость и сократить время процесса на ≈ 40% за счет исключения необходимости приготовления раствора соединения ванадия, отделения и промывания осадка, сокращения времени сушки перед окислением;
3. снизить энергоемкость процесса на ≈ 15%;
4. существенно улучшить экологию процесса, исключив стадию промывки перед операцией окисления (при использовании растворов соединений ванадия).

В настоящее время заявляемый способ прошел опытное опробование на з-де "Ильич" в г. Санкт-Петербурге и в г. Полтаве на Алмазном заводе. В связи с положительными результатами, полученными при опробовании, заявителю - АОЗТ "Карбид" - обоими предприятиями предложена покупка лицензии на право использования данной технологии.

Изобретение предназначено для химической промышленности. Алмазографитовую смесь сушат при 105-150^oC. Добавляют окситрихлорид ванадия при перемешивании. Выдерживают в замкнутом объеме, затем на воздухе. Термообрабатывают в кислородсодержащей атмосфере 2-3 ч при 620-650^oC. Содержание алмаза 83-96 мас.%, процесс прост, нетрудоемок, исключены вредные стоки. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ извлечения алмаза из его смесей с графитом или аморфным углеродом, включающий введение в смесь соединения ванадия и последующую термообработку в кислородсодержащей среде, отличающийся тем, что в предварительно высушенную смесь вводят окситрихлорид ванадия путем его перемешивания со смесью или выдержки смеси и окситрихлорида ванадия в замкнутом объеме. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окситрихлорид ванадия вводят при нормальной температуре и давлении.