Способ очистки алмаза от графита (варианты)

01 31/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОЧИСТКИ АЛМАЗА ОТ ГРАФИТА (ВАРИАНТЫ)(71) Заявители Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белгосуниверситета Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси(73) Патентообладатели Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белгосуниверситета Институт физики твердого тела и полупроводников НАН Беларуси(57) 1. Способ очистки алмаза от графита, включающий обработку алмазсодержащего продукта водным раствором соли металла и последующую термообработку в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что в качестве соли металла используют азотнокислый или хлорнокислый калий или натрий, взятый в количестве 2-10 от массы алмазсодержащего продукта, а термообработку ведут при 300-700 С. 2. Способ очистки алмаза от графита, включающий обработку алмазсодержащего продукта водным раствором соли металла и последующую термообработку в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что перед обработкой водным раствором соли алмазсодержащий продукт насыщают реагентом, переводящим графит при нагревании в расширенное состояние, и нагревают, в качестве соли металла используют азотнокислый или хлорнокислый калий или натрий, взятый в количестве 2-10 от массы алмазсодержащего продукта, а термообработку ведут при 300-700 С.(56) 1.Патент Великобритании 1115649, МПК 1 С 01 31/06, 1968. 2.Патент ГДР 224575, МПК 4 С 01 В 31/06, 1985 (прототип). Изобретение относится к производству и обработке алмазного сырья, а именно к технологии получения алмаза, и может быть использовано в промышленности при производстве алмазов и изготовлении алмазного инструмента. Известен способ очистки искусственных алмазов от графита 1, включающий окисление графита до двуокиси углерода путем пропускания кислорода или кислородсодержащих газов (воздуха) через нагретую до 350-550 С смесь алмазсодержащего продукта с ускоряющим процесс окисления катализатором - оксидом свинца. При этом продолжительность процесса составляет 24-90 часов. Недостатком известного способа очистки алмазов от графита является большая продолжительность процесса и использование токсичных соединений - оксидов свинца. Известен также способ очистки алмазов от графита 2, включающий окисление графита в алмазсодержащем продукте, полученном в результате тепловой обработки продуктов синтеза искусственных алмазов в соляной либо азотной кислотах, вымывания кислоты и высушивания, до двуокиси углерода путем пропускания в течение 8 часов кислорода или кислородсодержащих газов (воздуха) через нагретую максимально до 540 С смесь из алмазсодержащего продукта и ускоряющего процесс окисления в нем графита катализатора - разлагающихся при температурах менее 450 С на С и С 2 О медных солей, например, уксуснокислой меди окисной. Указанная смесь получается следующим путем приготовление водного раствора медных солей смешивание раствора с алмазсодержащим продуктом так, чтобы содержание С в смеси составило 0,5 мас. и высушивание на воздухе при комнатной температуре, либо при 100 С. 2476 1 Однако, недостатком известного способа является сравнительно невысокая производительность процесса очистки из-за неэффективного окисления графита в алмазсодержащем продукте и использование токсичных соединений - солей меди. Известный способ очистки по патенту 2 является наиболее близким техническим решением к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа. Общим существенным признаком прототипа и заявляемого изобретения является способ очистки алмаза от графита, включающий окисление графита в алмазсодержащем продукте путем термообработки в кислородсодержащей среде смеси ускоряющего процесс окисления вещества и алмазсодержащего продукта. Задачей настоящего изобретения является повышение производительности процесса и уменьшение его токсичности за счет более эффективного выгорания графита. В заявленном способе очистки алмаза от графита, включающем окисление графита в алмазосодержащем продукте путем термообработки в кислородсодержащей среде смеси ускоряющего процесс горения вещества и алмазсодержащего продукта, в отличие от прототипа, в качестве ускоряющего процесс горения соединения используют водный раствор азотно- или хлорнокислых солей щелочных металлов при следующем соотношении компонентов, мас. алмазсодержащий продукт 90-98, водный раствор солей в пересчете на сухое вещество 210. Другое отличие состоит в том, что графит в алмазсодержащем продукте перед окислением переводят в терморасширенное состояние путем пропитки продукта 2-100 от его веса веществами, переводящими при нагреве его в терморасширенное состояние, его термообработке при 300-700 С. Сущность изобретения заключается в следующем. При использовании водных растворов азотно- или хлорнокислых солей щелочных металлов, происходит более эффективное окисление графита до окислов углерода, чем в случае использования солей меди, как в прототипе, т.к. при этом существенно сокращается время выгорания графита с 8 до 0,5-4 часов. При температурах ниже 300 С либо при содержании солей менее 2 скорость сгорания графита заметно замедляется, а при температурах выше 700 С либо содержании соли более 10 , наряду с эффективным окислением графита, происходит окисление и алмаза, что приводит к его потерям. Кроме того, азотно- или хлорнокислые соли щелочных металлов, в отличие от солей меди,являются значительно менее токсичными, сравнительно недорогими и доступными. Дополнительный перед процессом окисления перевод графита в терморасширенное состояние при тех же температурах (300-700 С), при которых идет процесс окисления графита, путем пропитки алмазсодержащего продукта 2100 от веса графита определенными веществами, образующими с ним химические соединения, например, парами брома или раствором натрия в тетрагидрофуране, приводит к увеличению площади поверхности графита и следовательно, к его большей химической активности, что дополнительно повышает скорость окисления графита и сокращает время очистки. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Исходные алмазсодержащие спеки после синтеза дробятся на куски не более 1 мм и обрабатываются горячей смесью азотной и соляной кислот до растворения металлов-катализаторов (-), содержащихся в спеках. Осадок, представляющий собой алмазсодержащий продукт, главным образом смесь алмаза и неперекристаллизованного графита (до 70 ), промывается водой и высушивается. После этого, с целью перевода графита в терморасширенный (ТРГ), высушенный осадок помещается в эксикатор, заполненный парами брома. После 20 минутной выдержки алмазсодержащего продукта в парах брома (бромирования), когда его масса возросла на 2,продукт помещается в разогретую до 400 С печь, где графит превращается в ТРГ. После завершения процесса,продукт, содержащий алмазы и ТРГ извлекается из печи после остывания смачивается 15 раствором азотнокислого калия (в пересчете на сухое вещество - 10 мас.). Затем продукт снова помещается в разогретую до 400 С печь, в которой под действием кислородсодержащей среды (продуваемого воздуха) и азотнокислого калия происходит окисление (выгорание) ТРГ в течение 60 минут. Извлеченный из печи продукт представляет собой алмазный порошок. Пример 2. Алмазсодержащий продукт, в отличие от примера 1, с целью перевода графита в ТРГ, обрабатывается раствором натрия в тетрагидрофуране, так, что происходит увеличение его массы на 100 . После отделения избыточного раствора продукт помещается в печь, разогретую до 350 С, где за 2-3 минуты происходит превращение графита в ТРГ. Затем продукт смачивается 10 раствором азотнокислого калия (в пересчете на сухое вещество 5 мас.), помещается в печь с температурой 350 С, через которую продувается поток кислорода. После выдержки в течение 40 минут, извлекаемый продукт представляет собой порошок чистого алмаза. Пример 3. Условия окисления графита такие же, как и в п.2, но алмазсодержащая смесь не подвергалась терморасширяющей обработке. В отличие от п.2 время окисления увеличено до 120 минут. 2476 1 Ниже в таблице приведены другие примеры практического осуществления способа очистки алмазных порошков от графита по известному и заявляемому способу. Как видно из приведенных данных, использование заявляемого способа (пп. 5-7, 10-12, 15-17, 20-22, 24-26) существенно увеличивает производительность процесса за счет снижения времени окисления графита с 450-480 (пп. 2,3) до 30-220 минут по сравнению с прототипом. При запредельных соотношениях соли металла (пп. 4,8) веществ, переводящих графит в ТРГ (пп. 9,13), температур перевода графита в ТРГ (пп. 14-18) и температур окисления графита (пп. 19,23), либо увеличивается время сгорания графита (пп. 4,9,14,19), либо наблюдается заметное выгорание порошка алмаза (пп.8, 13,18,23). Использование терморасширенного графита позволяет снизить температуру эффективного окисления графита с 540 (пп.2,3) до 350-500 С (пп.5-7, 10-12, 15-17, 24) и дополнительно уменьшить время окисления графита до 30 минут (пп. 10-12, 15-17, 24).Вид и содержание п/п вещества (в пересчете на сухое вещество, мас.) 10 брома 10 брома 10 брома 10 брома 10 брома без обработки 2 раствор натрия в тетрагидрофуране 501001055 брома 5 брома 5 брома 5 брома 5 брома Время, необ- Состояние алмазного ходимое для порошка удаления 97 графита, мин воздух воздух воздух воздух воздух кислород кислород кислород кислород воздух воздух воздух воздух воздух воздух воздух воздух воздух воздух кислород кислород кислород Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.