Способ очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода Советский патент 1993 года по МПК C01B31/06 

Ё

Использование: для химической очистки синтетических алмазов, полученных в детонационной волне. Сущность: обрабатывают алмазсодержащую шихту окислительной смесью, содержащей, мас.%: перекись водорода 10-30, минеральная кислота или соль металла переменной валентности 0,05-5,0, вода остальное. Обработку проводят при повышенных температурах и давлении. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии синтетических алмазов, конкретно к способам химической очистки алмазов, полученных,в детонационной волне.;

Цель изобретения - сокращение расхода агрессивных кислотных реагентов И уменьшение жидких и газообразных отходов при сохранении качества очистки.

Поставленная цель достигается тем. что в способе - очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода путем обработки алмазсодержащей шихты водной окислительной смесью при повышенных температуре и давлении, окислительная смесь содержит перекись водорода, минеральную кислоту или соль металла перемен- ной валентности при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перекись водорода, НзОа10-30

Минеральная кислота

ми соль металла переменной валентности0.05-5,00

ВодаОстальное Процесс проводят следующим образом. А л мазсодержащую шихту суспендиру- ют в водном растворе минеральной кислоты или соли, суспензию помещают в реактор высокого Давления, нагревают до заданной температуры и смешивают с расчетным количеством перекиси водорода, взятой в виде водного раствора. При этом неалмазный углерод превращается в углекислый газ, а очищенные алмазы сохраняются в виде суспензии в слабоконцентрированном растворе кислоты или соли.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что а условиях процесса перекись водорода проявляет свойства сильного окислителя, разлагаясь в присутствии катализатора (минеральной кислоты или указанной соли) по схеме

Н2О2 - н 20 + QJ.

00

Ю 00 СЯ

Выделяющийся кислород взаимодействует с высокодисперсным углеродом шихты

С + х 6 - . - С02

Установлено, что в отсутствие катализатора окисление затрагивает только поверхностные, наиболее разупорядоченные слои углеродных частиц. Причем этот процесс в равной мере идет на поверхности как неэл- мазных частиц (графит, сажа), так и алмазов. Это, по-видимому, связано с многообразием факторов, влияющих на разложение перекиси: наличие дисперсных частиц. разнообразных функциональных групп на поверхности, микропримесей металлов и т.п.

Разложение перекиси в этих условиях может идти не только по окислительному, но и по восстановительному механизму, что в целом снижает окислительный потенциал системы, В результате основная масса неалмазного углерода сохраняется, т.е. задача очистки УДА не решается.

Использование окислительной смеси согласно заявляемому способу приводит к тому, что идет целенаправпенное окисление неалмазного углерода до СО2 при полном сохранении алмазных частиц. Другим продуктом основной реакции;

С + 2На02 С02 + 2Н2О.

является вода. Таким образом, исключается загрязнение атмосферы кислотными окислами типа МОхКонцентрация перекиси водорода в окислительной смеси составляет 10-30 мас.%. Превышение концентрации НзОз выше 30% не дает дополнительного эффекта очистки, крометого. сопровождается обильным газовыделёнием и чрезмерным ростом давления. Уменьшение концентрации HteCte ниже 10% ухудшает качество очистки, снижает производительность процесса за счет сильного разбавления суспензии относительно целевого продукта.

В качестве минеральной кислоты используют азотную, серную, фосфорную и другие кислоты. В качестве солей металлов переменной валентности - соли железа, меди, хрома, марганца и т.п. Указанные компоненты, окислительной смеси проявляют каталитические свойства при их концентрации 0,05-5,0 мае, %. Снижение концентрации менее 0,05% ухудшает . качество очистки, превышение сверх 5% не дает дополнительного эффекта очистки, одновременно лишая способ преимущества в части

сокращения расхода кислот и объема кислых промывных вод.

Таким образом, для очистки УДА по заявляемому способу расход кислоты (в пере- счете на НМОз) снижается до 0,5-5 на 1 мас.ч. алмазсодержащей шихты; при использовании раствора соли процесс ведут в нейтральной среде. Отработанные растворы после отделения осадка УДА и укрепле- ния могут быть повторно использованы для обработки шихты.

Очистка УДА согласно заявляемому способу проводится при нагревании до 180- 280°С и давлении 20-100 атм, Эти условия соответствуют жидкофазному состоянию смеси и, вероятно, повышенной растворимости активного кислорода в жидкости. За счет этого обеспечивается достаточная концентрация окислителя в системе и необхо- димое время контакта реагирующих веществ.

Расход НаОа на окисление 1 мас.ч. шихты составляет 20-100 мас.ч. и зависит от других условий реакции: температуры, дав- ления, качественного и количественного состава окислительной смеси.

Сущность способа поясняется конкретными примерами его выполнения.

П р и м е р 1 (периодический режим). Навеску 5 г алмазсодержащей шихты сус- пендируют j 50 мл 30%-ного раствора азотной кислоты. Суспензию помещают в автоклав, выполненный из нержавеющей стали, соединенный с ресивером и дозато- ром перекиси водорода, С помощью сжатого воздуха в системе создают давление 60 атм. Суспензию нагревают до 240°С, затем с помощью насоса-дозатора, например НД 2.5/400, в автоклав подают 150 мл водного раствора Н202 с концентрацией 30%. Автоклав охлаждают, избыточное давление газов стравливают, осаждением УДА отделяют от реакционной жидкости известными способами. Качество очистки УДА удовлетворяет требованиям ТУ.

Окислительная смесь содержала, мас.%: ,.

Перекись водорода22,3 Азотная кислота -2,4 Вода Остальное Расход НМОз на 1 мас.ч.

шихты равен 1

П р и м е р 2 (непрерывный режим). Навеску 50 г алмазсодержащей шихты сус- пендируют в 500 мл в раствора сульфата железа(И), подкисленного несколькими каплями серной кислоты; проточный автоклав, соединенный с двумя насосами-дозаторами

и приемником высокого давления, предварительно заполняют таким же раствором сульфата железа (II). создают в системе сжатым воздухом давления 70 атм и нагревают автоклав до 250°С. С помощью насосов-до- заторов автоклав подают одновременно суспензию шихты и водный раствор 30%- ной перекиси водорода. Очищенный алмаз в виде суспензии в солевом растворе собирают в приемнике высокого давления, кото- рый периодически разгружают. Осадок алмазов отделяют от жидкости известными способами. Качество очистки УДА удовлетворяет требованиям ТУ.

Окислительная смесь содержала, мас.%:

Перекись водорода27,3 Соли железа 1.8 Вода Остальное Расход кислоты - 0, расход соли - 0,2 на 1 мас.ч. шихты.

Другие примеры осуществления способа приведены в таблице.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода путем обработки алмазсодержащей шихты водной окислительной смесью при повышенных температурах и давлении, отличающий- с я тем, что, с целью сокращения расхода агрессивных кислотных реагентов и уменьшения жидких и газообразных отходов при сохранении качества очистки, окислительная смесь содержит перекись водорода, минеральную кислоту или соль металла переменной валентности при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перекись водорода Н202 10-30 Минеральная кислота или соль металла переменной валентности 0,05-5,0 ВодаОстальное