Способ очистки ультрадисперсных алмазов

(51)01 31/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ(71) Заявитель Научно-производственное закрытое акционерное общество Синта(72) Авторы Корженевский Александр Павлович Губаревич Татьяна Михайловна(73) Патентообладатель Научно-производственное закрытое акционерное общество Синта(57) 1. Способ очистки ультрадисперсных алмазов от примесей, включающий смешивание алмазов с активной средой и отделение частиц примесей, отличающийся тем, что в качестве активной среды используют водный раствор поверхностно-активного вещества, смешивание осуществляют при концентрации алмазов в смеси 0,1-10 г/л и массовом соотношении поверхностно-активного вещества и ультрадисперсных алмазов 1(10-1000), и полученную смесь подвергают интенсивному механическому перемешиванию и/или воздействию ультразвуковых колебаний с последующим отстаиванием. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют катионо-активное поверхностно-активное вещество. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют анионо-активное поверхностно-активное вещество. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют неионогенное поверхностно-активное вещество. Изобретение относится к технологии производства синтетических ультрадисперсных алмазов (УДА), конкретно к способам очистки алмазов от примесей и загрязнений, и может быть использовано для получения высокочистых порошков и суспензий УДА, а также для извлечения частиц УДА из смеси с порошкообразными веществами неуглеродной природы. В технологии промышленного производства ультрадисперсных алмазов (УДА) важное значение имеет получение чистых беспримесных алмазных порошков и суспензий, в частности отсутствие нерастворимых примесей, включений и загрязнений. Наличие таких примесей может быть обусловлено как несовершенством технологического процесса получения и очистки УДА, так и спецификой химических процессов, используемых для очистки алмазов от неалмазного углерода и других компонентов детонационной алмазсодержащей шихты. Образуясь в присутствии ультрадисперсных частиц, нерастворимые примеси являются, как правило, мелкокристаллическими и практически не отделяются от УДА путем фильтрования, отмучивания и т.п. Наличие таких примесей, грубодисперсных 7249 1 2005.09.30 по отношению к алмазным частицам, значительно ухудшает качество полировальных и микроабразивных суспензий и паст, смазочных композиций, антифрикционных материалов и покрытий с применением УДА. В технологии синтетических алмазов известны способы механического (седиментационного) и физико-химического разделения алмазов и неалмазных частиц, главным образом графита. При механическом разделении используют различие в плотности кристаллов алмаза и графита. При физико-химическом разделении используют различие в поверхностных и адсорбционных свойствах алмаза и неалмазных частиц, а именно различную смачиваемость теми или иными жидкостями. Различия могут быть усилены выбором поверхностно-активных веществ (ПАВ), например, депрессоров и собирателей при флотационном разделении алмаза и графита. В обоих случаях важно, чтобы частицы алмаза не были тем или иным способом агломерированы с частицами примесей. В противном случае эффективность обработки значительно снижается. Применительно к очистке УДА используют многостадийную процедуру, включающую механическую фильтрацию алмазсодержащей суспензии при помощи комплекта сит под действием вибрации, кислотно-окислительную обработку суспензии при нагревании сначала с концентрированной серной кислотой, затем со смесью серной кислоты и хромового ангидрида, отмывку УДА холодной и затем горячей дистиллированной водой до полного удаления из промывных вод ионов металлов (патент 2077476- прототип). Задачей настоящего изобретения является разработка простого и технологичного способа очистки ультрадисперсных алмазов от грубодисперсных примесей при сохранении свободнодисперсного состояния УДА. Задача решается тем, что алмазсодержащую суспензию смешивают с активной водной средой, содержащей активно-поверхностное вещество (ПАВ), при соотношении ПАВУДА 1(10-1000) и концентрации УДА в смеси 0,1-10 г/л полученную смесь подвергают интенсивному механическому перемешиванию и/или ультразвуковому воздействию с последующим отстаиванием. В качестве ПАВ используют катионактивные, анионактивные и неионогенные поверхностно-активные вещества. В водной среде в присутствии П (катионактивного, анионоактивного или неионогенного типа) алмазные частицы приобретают коллоидную стабильность за счет адсорбции молекул ПАВ, которые создают защитную оболочку на поверхности алмазных частиц и препятствуют их агрегации. Частицы УДА образуют устойчивую суспензию и не оседают в течение длительного времени (от нескольких суток до нескольких месяцев), как это и следует из их малого размера и выраженного гидрофильного характера образующегося адсорбционного комплекса УДА-ПАВ. Более крупные и тяжелые частицы примесей оседают на дно сосуда или на стенки ротора центрифуги, или на тарелки сепаратора при центробежной обработке суспензии, или отделяются другими известными способами. Таким образом, наличие в водной среде ПАВ обеспечивает стабилизацию алмазных частиц, при которой частицы примесей выпадают в осадок. Концентрация УДА в водной среде составляет 0,1-10 г/л. В этом интервале наблюдается высокая коллоидная стабильность алмазных суспензий при их малой вязкости и плотности, не превышающей 1,01 г/см 3. В этих условиях взвешенные частицы алмазов не создают препятствий для свободного оседания грубых частиц примесей. Низкие вязкость и плотность суспензии, мало отличающиеся от таковых для воды, способствуют технологически приемлемой скорости и полноте отделения примесей, при этом потери УДА с примесным осадком пренебрежимо малы. Повышение концентрации УДА свыше 10 г/л вызывает два негативных эффекта ухудшение условий осаждения примесей за счет повышения вязкости и плотности среды и пространственных препятствий седиментации крупных частиц, а также частичное оседание собственно алмаза, вызванное его высокой концентрацией (так называемая концентрационная коагуляция). В результате разделение УДА и примесей происходит неполно во взвешенном слое остаются частицы примесей, в 2 7249 1 2005.09.30 осадок выпадает до 20 УДА. Уменьшение концентрации УДА менее 0,1 г/л технологически нецелесообразно, т.к. сопровождается большим разбавлением, дополнительными расходами ПАВ, необходимостью переработки больших объемов жидкости. Дополнительных преимуществ в части повышения качества обработки не дает. Соотношение ПАВУДА составляет 1(101000). Это соотношение в сочетании с оптимальной концентрацией УДА обеспечивает полное смачивание поверхности алмазных частиц, формирование защитных адсорбционных слоев и длительное удержание взвешенных частиц в объеме жидкости. Избыток ПАВ (более чем 1 часть на 10 частей УДА) не дает дополнительного эффекта стабилизации, вызывая пенообразование при обработке суспензий, частичную стабилизацию некоторых примесей, что ухудшает качество обработки и усложняет ведение процесса. Низкая пропорция ПАВУДА (менее 1 части на 1000 частей УДА), как правило, не обеспечивает достаточной стабилизации частиц УДА в объеме жидкости, алмазы частично коагулируют и выпадают в осадок, смешиваясь с примесями. Эффект от обработки снижается. Выбор той или иной пропорции между поверхностно-активным веществом и ультрадисперсным алмазом зависит как от типа и свойств П, так и от состояния поверхности обрабатываемого алмаза. Известно, что ультрадисперсные порошки алмазов обладают развитой удельной поверхностью порядка 200-400 м 2/г. Химический состав поверхностных функциональных групп может быть различным в зависимости от предпринятых способов обработки и/или очистки алмазов. Соответственно этому, частицы алмаза могут иметь как положительный, так и отрицательный электрокинетический потенциал. В зависимости от состава и заряда поверхности УДА проявляют адсорбционную активность к тому или иному типу ПАВ. Знак и величина заряда и значение удельной поверхности порошка в общем случае определяют количество ПАВ, необходимое для уверенной стабилизации суспензии. Экспериментально установлено, что оптимальные пропорции ПАВУДА при различных комбинациях находятся в пределах заявляемого соотношения. Обработку УДА в растворе ПАВ проводят путем механического перемешивания и/или УЗ-диспергирования. Такая обработка обеспечивает разрушение агрегатов и равномерное распределение дисперсной фазы в объеме суспензии. Перемешивание и диспергирование по длительности и интенсивности должны соответствовать требованиям к чистоте обрабатываемого алмаза чем более интенсивно механическое или акустическое воздействие на агрегаты частиц, тем более полно они разрушаются и тем в более полной степени высвобождаются и оседают примесные частицы, включая самые мелкие из них. Степень очистки алмазов от нерастворимых частиц достигает 98,5 , потери УДА с осадком не превышают 0,2-0,5 . Целесообразно комбинировать механическое перемешивание (усреднение состава гетерофазной системы, адсорбция ПАВ, разрушение основной части агрегатов) с ультразвуковой обработкой (усиление расклинивающего действия адсорбционных слоев,разрушение агрегатов на уровне субмикронных размеров, сегрегация алмазных и неалмазных частиц в силу различий их поведения в акустическом поле). Экспериментально установлено, что комбинированное воздействие позволяет вести обработку при максимальной концентрации УДА и минимальном расходе ПАВ, т.е. в наиболее экономичном варианте. По завершении перемешивания суспензия подвергается, например, седиментационному разделению. Для этого можно применить простое отстаивание, центробежное осаждение или иные известные методы. Конкретные примеры осуществления способа приведены ниже. Пример 1. Приготавливали смесь, содержащую 150 г УДА, 7,5 г ПАВ неионогенного типа (Моноалкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля и первичных жирных спиртов, синтанол) и 30 л воды (СУДА 5 г/л ПАВУДА 120). Смесь перемешивали механической мешалкой,3 7249 1 2005.09.30 затем помещали в УЗ-ванну и обрабатывали в течение 15 минут при частоте 44 Гц. Получили однородную суспензию светло-серого цвета. При отстаивании в течение 1,5 часов на дне сосуда сформировался плотный темно-красный осадок, представляющий собой частицы -е 2 О 3 с размером до 200 мкм. Суспензию УДА сдекантировали, алмазы отделили от жидкой среды, высушили, провели анализ состава. Исходный образец УДА содержал 8,7 несгорающих примесей. Обработанный УДА содержит 1,3 несгорающих примесей. Пример 2. Приготавливали смесь, содержащую 1000 г УДА, 5 г анионоактивного ПАВ (алкилсульфонаты натрия) и 300 л воды (СУДА 3,3 г/л ПАВУДА 1200). Смесь перемешивали скоростной мешалкой (3000 об/мин) в течение 30 мин. Полученную суспензию пропускали через центробежный осадитель тарельчатого типа со скоростью 30 л/мин. При этом на тарелках осаждался тонкий осадок желтого цвета, а жидкость, представляющая собой обработанную суспензию алмазов, собиралась в приемной емкости. Суспензию УДА после сгущали, алмазы выделяли из жидкости, сушили, анализировали. Исходный УДА имел в составе 6,4 несгорающих примесей, обработанный УДА содержит 1,1 несгорающих примесей. Способ прошел проверку на опытном производстве ультрадисперсных алмазов НП ЗАО Синта и позволил в промышленных условиях повысить выход годной продукции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4