Способ отделения ультрадисперсного алмаза

 

Изобретение относится к химической технологии получения ультрадисперсного алмаза (УДА), в частности выделением их из алмазно-графитовой шихты, получаемой детонационным способом. Для создания более мягких условий выделения частиц УДА размером 43± и повышения их выхода при отделении от алмазно-графитовой шихты, процесс проводят в два этапа: сначала исходную шихту промывают и сушат, а затем проводят обработку сухой шихты окислительной азотно-серной смесью составом, мас.%: HNO₃ 64 - 89; H₂SO₄ - остальное при массовом соотношении сухая шихта: азотно-серная смесь 1 : (20 - 25), при этом за время обработки азотную кислоту вводят порциями в периодическом режиме. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии получения ультрадисперсных алмазов (УДА), в частности при выделении их из алмазно-графитовой шихты, полученной детонационным способом.

Известен способ отделения УДА (а.с. СССР N 1770272, C 01 B 31/06, заявл. 19.07.88) от алмазосодержащей шихты путем обработки ее раствором азотной кислоты при 50 100^oC с последующим выделением алмазосодержащего осадка определенной влажности, который затем окисляют серноазотной или нитроолеумной смесью. К недостаткам способа можно отнести очень жесткие условия процесса, который на обеих стадиях проводится в присутствии сильных кислот.

Наиболее близким к предлагаемому является способ (а.с. СССР N 1794888, C 01 B 31/06, заявл. 19.07.88) отделения ультрадисперсных алмазов от примесей из алмазосодержащей шихты, полученной детонационным способом, включающий предварительную подготовку алмазосодержащей шихты путем ее увлажнения до влажности 60 90% и последующую обработку окислительной серноазотной смесью составом, мас. HNO₃ 16,5 30,0; H₂SO₄ остальное.

Основным недостатком данного способа является проведение процесса окисления в жестких условиях, т.к. в окислительной смеси преобладает более сильная серная кислота, быстро осаждающая окисляемую массу, что не способствует повышению качества и выхода целевого продукта. Кроме того, в процессе введения во влажную шихту окислительной смеси происходит большой подъем температуры и, чтобы не допустить разогрева выше 50^oC, требуется введение специального охлаждения.

Задачей предлагаемого способа является создание более мягких условий проведения окислительной обработки, не требующих дополнительного технологического усложнения, позволяющих получить высокий выход алмазной фазы с высоким качеством целевого продукта.

Поставленная задача достигается тем, что при отделении УДА от алмазно-графитовой шихты, получаемой в детонационной волне, путем предварительной подготовки шихты и ее обработки окислительной серноазотной смесью предлагается предварительную подготовку шихты проводить ее промывкой и сушкой, а обработку сухой шихты проводить окислительной азотно-серной смесью составом, мас. HNO₃ 64 89, H₂SO₄ остальное, при массовом соотношении шихта: азотносерная смесь 1 (20 25). При этом, за время окислительной обработки азотную кислоту вводят порциями в периодическом режиме.

А также предлагается каждую последующую порцию азотной кислоты вводить после полного окисления предыдущей.

Кроме того, обработку шихты окислительной азотносерной смесью проводят в присутствии катализатора из группы: K₂SO₄, K₂Cr₂O₇, MnO₂.

Предварительная промывка и сушка алмазно-графитовой шихты позволяет удалить из нее значительную часть различных примесей и получить чистый сыпучий продукт, хорошо подготовленный для последующей обработки. Введение большого количества азотной кислоты (64 89 мас.) в окислительную смесь и подача ее на окисление небольшими порциями в периодическом режиме (при этом каждая последующая подается после полного окисления предыдущей) способствует разрыхлению и увеличению объема сухой и чистой шихтовой массы и созданию условий в ее структуре для лучшего отделения частиц УДА. Серная кислота вводится в процесс обработки шихты только один раз на начальном этапе для ускорения окисления. Такие условия проведения процесса окисления исключают необходимость слежения за температурой реакционной смеси при введении кислоты.

Предлагаемый режим окисления сухой шихты позволяет в более мягких, чем в прототипе, условиях получить УДА с размерами частиц 40 45 при довольно высоком выходе (до 60%). В прототипе выход не указан, а по литературным данным он не превышает 20 30% для различных технологий выделения УДА. По данным рентгенофазового анализа, количество несгораемых примесей в выделенной алмазной фазе составляет менее 0,1% (против 1,1 5,7% в прототипе).

Для ускорения процесса выделения алмазной фазы, в реакционную смесь может быть введен катализатор из группы: K₂SO₄, K₂Cr₂O₇, MnO₂, который способствует еще большему разрыхлению и увеличению объемной массы шихты и выделению из нее частиц УДА. Применение катализаторов позволяет сократить процесс до 2,5 4 часов.

Таким образом, способ позволяет получить высокий выход алмазной фазы высокой чистоты со стабильным разбросом размера частиц УДА, не подверженных графитизации при длительном хранении и использовании.

Пример 1. Алмазную шихту, полученную в детонационной волне, пятикратно промывают дистиллированной водой, фильтруют, центрифугируют и сушат при 200^oC до содержания в ней влаги 5 7% 50 г сухой шихты помещают в колбу, приливают 100 мл концентрированной серной кислоты и 50 мл концентрированной азотной кислоты. Окисление проводят при 220 250^oC до прекращения выделения бурых окислов азота, что свидетельствует о полном сжигании порции азотной кислоты. Операцию сжигания проводят 12 раз, добавляя каждый раз такую же порцию азотной кислоты до общего ее количества -650 мл. Полученную алмазную шихту промывают декантированием до нейтральной реакции сливных вод и окончательно высушивают сначала ацетоном, а затем на воздухе при комнатной температуре. Для уменьшения времени и увеличения выхода УДА окисление шихты можно проводить в присутствии катализатора. Другие примеры, в том числе с использованием катализаторов, приведены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ отделения ультрадисперсного алмаза от алмазно-графитовой шихты, полученной в детонационной волне, включающий предварительную подготовку шихты и ее обработку окислительной азотно-серной смесью, отличающийся тем, что предварительную подготовку шихты проводят путем ее промывки и сушки, а обработку шихты окислительной азотно-серной смесью ведут составом, содержащим 64 89 мас. HNO₃, остальное H₂SO₄ при массовом соотношении сухая шихта азотно-серная смесь 1 20-25, при этом за время обработки азотную кислоту вводят порциями в периодическом режиме.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке каждую последующую порцию азотной кислоты вводят после полного окисления предыдущей.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку шихты окислительной азотно-серной смесью ведут в присутствии катализатора из группы K₂SO₄, K₂Cr₂O₇, MnO₂.

РИСУНКИ

Рисунок 1