Способ обогащения алмазом его смесей с графитом или аморфным углеродом

 

Использование: в технологии получения алмазов. Сущность изобретения: способ состоит во введении в обогащаемую алмазно-углеродную смесь катализатора путем обработки смеси раствором или парами одного из соединений ванадия при соотношении соединения ванадия и смесь, равном 0,001-0,05 мас. долей, с последующей термообработкой на воздухе при 390-650°С. Способ обеспечивает упрощение процесса удаления графита и является более экологически чистым. 1 табл.

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

В технологии производства алмазов после синтеза алмазов из графита в условиях высоких давлений и температур получают смесь, состоящую из алмазов, графита и металлов-катализаторов. Очистка получаемого продукта от металлов, как правило, не вызывает сложностей и осуществляется обработкой кислотами. Получаемая после этого смесь содержит (кроме небольшого количества примесей) алмаз и неалмазный графитоподобный углерод.

Известны методы обогащения смесей алмаз-графит (алмаз-неалмазный углерод) путем окисления графита жидкими (К₂Сr₂O₇ и др.), твердыми (PbO и др.) реагентами, расплавами (КNO₃ + KOH и др.) и суспензиями (KClO₃ + HNO₃ + H₂SO₄) [1] Однако известные методы сложны в аппаратурном оформлении, требуют использования больших количеств химических реактивов и очистки большого количества химических стоков, образующихся после очистки.

Более предпочтительными в экологическом плане являются методы удаления графита окислением газообразными реагентами.

Известен способ удаления не превращенного в алмаз углерода при очистке искусственных алмазов с использованием карбонатов щелочных металлов [2] Способ состоит в окислении графитовой составляющей смеси кислородом при добавлении карбоната щелочного металла (Na, K, Ca) при 500-600^оС. Количество добавляемого карбоната примерно в 5 раз больше количества углеродной смеси.

Недостатками такого способа являются большое количество вводимого катализатора, пpиводящего не только к повышенному расходу реагентов, но и к повышенному количеству стоков, а также необходимость использования кислорода, что усложняет технологические приемы осуществления способа и требует строгого соблюдения техники безопасности.

Задачей изобретения является упрощение процесса обогащения алмазом его смесей с графитом или аморфным углеродом, в том числе продуктов синтеза алмаза.

Для этого в способе обогащения алмазом его смесей с графитом или аморфным углеродом, включающем введение в смесь катализатора и последующую термообработку в кислородсодержащей среде, в качестве катализатора используют соединение ванадия, введение катализатора в смесь осуществляют обработкой смеси раствором или парами соединения ванадия, взятом в количестве 0,001-0,050 мас.долей от количества смеси, а термообработку ведут на воздухе при 390 650^оС.

Введение катализатора в количестве менее 0,001 мас. доли от количества смеси алмаза с графитом или аморфным углеродом не обеспечивает большого эффекта при обогащении смеси. Введение более 0,05 мас. долей нецелесообразно, так как приводит к дополнительному расходу соединения ванадия, не обеспечивая дополнительного эффекта.

При проведении окисления при температурах выше 650^оС происходит наряду с "выгоранием" графитоподобного углерода окисление (сгорание) определенного количества алмаза, тогда как при температурах ниже 390^оС реакция окисления даже в присутствии катализатора протекает очень медленно. Поэтому интервал температур 390-650^оС является наиболее технологически приемлемым.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Окисление кислородом воздуха алмазных и графитовых частиц без катализатора протекает с близкими по величине скоростями. Нанесение соединения ванадия на их поверхности приводит к резкому увеличению скорости осаждения "неалмазного" углерода (при 430^оС до 30 раз), тогда как скорость окисления алмаза не только не изменяется, а даже уменьшается (при 490^оС в 2 раза). Наблюдаемый эффект ингибирования окисления алмаза является неожиданным, ранее не встречающимся и позволяет достичь существенного в десятки раз различия скоростей окисления алмаза и неалмазного углерода, а также обеспечить практически полное выгорание из смеси неалмазного углерода при сохранении от окисления алмазных частиц.

П р и м е р 1. К 100 г алмазно-графитовой смеси (содержание алмаза 30 мас. ) добавляют 200 мл раствора одного из соединений ванадия (концентрация 25 г/л). Соотношение соединения ванадия и углеродной смеси при этом составляет 0,05. Суспензию перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин. Осадок отделяют декантированием и дважды промывают 200 мл растворителя. После этого полученный продукт высушивают при 100^оС. Затем полученную модифицированную углеродную смесь нагревают в воздушной среде при 650^оС в течение 3 ч и охлаждают. Полученный продукт содержит 92 мас. алмаза.

П р и м е р 2. Полученную путем кислотной обработки продуктов синтеза алмаза в камерах высокого давления смесь алмаза и графита с содержанием алмаза 26 мас. (100 г) помещают в кварцевый реактор и обрабатывают соединением ванадия в виде паров, пропуская сухой аргон над нагретым соединением ванадия и подавая парогазовую смесь через слой углерода, в течение 30 мин. При этом испаряется 1 г соединения ванадия. Соотношение соединения ванадия и смеси составляет 0,01 мас. доли. Модифицированную углеродную смесь извлекают из реактора и окисляют на воздухе в течение 4 ч при 590^оС. Содержание алмаза в по- лученном продукте 85 мас.

П р и м е р ы 3 6. Осуществление способа проводят аналогично примерам 1 и 2, отличия представлены в таблице.

Предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным существенно упростить процесс удаления графита за счет использования в качестве окислителя воздуха, а не кислорода, и проводить процесс при температурах с 390^оС. Кроме того, предлагаемый способ является более экологически чистым, так как количество вводимых катализаторов, а следовательно, и получающихся в ходе процесса промывных вод значительно меньше.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ АЛМАЗОМ ЕГО СМЕСЕЙ С ГРАФИТОМ ИЛИ АМОРФНЫМ УГЛЕРОДОМ, включающий введение в смесь катализатора и последующую термообработку в кислородсодержащей среде, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют соединение ванадия, введение катализатора в смесь осуществляют обработкой смеси раствором или парами соединения ванадия, взятыми в количестве 0,001 0,050 мас.долей от количества смеси, а термообработку ведут на воздухе при 390 650^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1