Спосіб вилучення алмазів з їх сумішей з вуглецевою складовою

1. Спосіб вилучення алмазів з їх сумішей з вуглецевою складовою, що включає введення в 3 середовища, а у зв'язку з застосуванням пероксиду водню процес окиснення стає нестабільним у часі. Перераховані недоліки призводять до низької продуктивності процесу та практично неможливості видобування (збагачення) наноалмазів. В основу винаходу покладено завдання такого вдосконалення способу видобування алмазів з їх сумішей з вуглецевою складовою, при якому завдяки вибору пропонованого каталізатора і режимів проведення термоокислення стає можливим забезпечити селективність окислення вуглецевої складової і внаслідок цього поширити його на видобування саме нанодисперсних алмазів, підвищити ефективність окислення вуглецевої складової, вилучити з процесу застосування токсичні сполуки ванадію, внаслідок чого поліпшується екологічна безпека процесу, а за рахунок вилучення з процесу пероксиду водню та застосування пропонованих режимів ультразвукової обробки та сушіння додатково підвищується стабільність процесу. Для вирішення цього завдання у способі видобування алмазів з їх сумішей з вуглецевою складовою, що включає введення в суміш в якості каталізатора хімічної сполуки з наступною термообробкою в середовищі, що містить кисень, згідно винаходу як каталізатор у суміш вводять принаймні одну сіль міді в рідинному стані, у якій кількість міді у 5 -15 разів менше кількості згаданої суміші, після чого здійснюють ультразвукову обробку отриманої суспензії впродовж щонайменше 20 хв. і сушіння, а термообробку здійснюють при температурі 330-370 °С впродовж 2-4 годин; при оптимальних варіантах реалізації пропонованого способу як сполуки міді використовують хлориди або нітрати або сульфата; ультразвукову обробку здійснюють при частоті не менше 50 Гц і при температурі 45-65 °С; сушіння проводять при температурі 150 - 200 °С. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. По-перше, з літературних джерел відомо, що швидкість окислення часток алмазу дорівнює (в деяких випадках перевищує) швидкість окислення вуглецевої складової. Тому під час термічної обробки протікає два процеси: окислення часток вуглецевої складової та окислення алмазу. Завдяки введенню каталізатора стає можливим селективне підвищення швидкості окислення вуглецевої складової. Процес термоокислення нанодисперсних алмазних порошків відбувається вже при температурі вище 370 °С . Наявність сполук міді у якості каталізатора призводить до значного зменшення температури, за якою процес окислення досягає максимуму. Так, температура процесу окислення вуглецю при застосуванні у якості каталізатора сполук ванадію - 400-600°С, сполук міді - 330-370 °С. Співвідношення каталізатора у перерахунку на кількість міді та нанопорошку алмазовуглецевої суміші повинно бути в межах 5-15. При співвідношенні, що дорівнює менше 5, покриття нанопоро 90635 4 шку сполуками міді буде часткове, а при співвідношенні більше 15 - покриття міді буде щільне та багатошарове, що не дозволить атомарному кисню дістатися до зерен вуглецю. Сполуки міді покривають частки алмазу та чинять перешкоду їхньому окисленню, завдяки чому швидкість окислення часток алмазу значно зменшується у порівнянні з швидкістю окислення вуглецю. Щоб мідь покрила усі часточки ультрадисперсної алмазовуглецевої суміші, сполуку міді вводять у суміш в рідинному стані у вигляді водного розчину, після чого здійснюють ультразвукову обробку отриманої суспензії впродовж щонайменше 20 хвилин до однорідної маси. Процес термообробки активованої суміші проходить тільки в сухому стані. Тому термообробці передує висушування суспензії. Термообробку сухої суспензії здійснюють при температурі 330-370°С впродовж 2-4 годин. Температурні та часові інтервали термообробки визначено експериментально, виходячи з основної задачі мінімізувати втрати алмазів (підвищити ступінь їх виходу з суміші). Нижню межу температури та тривалості термообробки обмежено умовою видалення (окислення) максимальної кількості вуглецевої складової з суміші. Верхню межу температури та тривалості термообробки обмежено умовою запобігання окислення (графітизації та згоряння) часток алмазу в суміші. Застосування співвідношення каталізатора та матеріалу (суміші алмазу та вуглецю) у межах 1 до (5-15) дозволяє оптимально провести осадження сполук міді на частинках матеріалу. Найкращі результати були нами отримані, коли в якості каталізатора окислення вуглецю обрали солі, які мають найбільшу ступінь дисоціації в водних розчинах, наприклад хлориди, сульфати та нітрати міді. При застосуванні ультразвукової обробки матеріалу (алмазовутлецевої суміші) у водному розчині солей міді зменшується агрегація нанопорошку, а також відбувається більш рівномірне покриття міддю поверхні нанопорошку. При використанні частоти ультразвуку, менше 50 Гц дещо уповільнюється кавітаційне перемішування і адсорбція солей міді на поверхні матеріалу відбувається повільно. При ультразвуковій обробці матеріалу при температурі нижче 45 °С незначно знижується розчинність солі та ефект деагрегації та адсорбції. При температурі вище 65 °С може посилитися кавітаційний процес, який може уповільнювати адсорбцію солей міді на частках алмазовуглецевої суміші. Нагрівання при висушуванні активованої алмазовутлецевої суміші при пропонованих оптимальних режимах забезпечує більш рівномірне її зневоднення та видалення аніонів, що були адсорбовані на поверхні порошку. При температурі 150 °С сіль починає дисоціювати на оксид міді та аніони, які випаровуються разом з водою, залишаючи на поверхні матеріалу молекули оксиду міді. При застосуванні нагріву вище 200°С адсорбція оксиду міді зменшується, що призведе до нерівномірного покриття часточок алмазовуглецевої суміші. Приклад 1 конкретної реалізації винаходу. Була виготовлена партія суміші наноалмазу та вуглецю. Алмазовуглецева суміш вміщувала 30 5 90635 мас. % вуглецю та 70 мас.% наноалмазу. Одна проба - контрольна для проведення порівняльного аналізу. Друга проба - випробувальна. На контрольній пробі проведено видобування (збагачення) наноалмазу методом рідиннофазного окислення хімічними речовинами по способу за аналогом. Ступінь видобування наноалмазу становив 100 %, а вміст вуглецю в одержаному матеріалі (алмазному нанопорошку) - 0,01 %. У випробувальну пробу матеріалу ввели як каталізатор розчин солі міді (хлорна мідь) у співвідношенні 10 : 1. Провели ультразвукову обробку суспензії протягом 30 хвилин при температурі 50 °С та частоті 60 Гц. Висушували суспензію при температурі 170 °С впродовж 3 годин. При проведенні термообробки в середовищі кисня при тем Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 пературі 360 °С впродовж 2 годин ступінь видобування наноалмазу з матеріалу становив 99,9 %, вихід алмазу — 69,9 мас. %. вміст вуглецю в матеріалі - 0,1 %. Спосіб було реалізовано також при граничних режимах і при виході за границі, а також за аналогом І за прототипом. Дані зведено у таблицю (додається). Як видно з таблиці, запропонований спосіб видобування наноалмазів з їх сумішей з вуглецем забезпечує ступінь видобування алмазу 99,9 %, вихід алмазу 69,7-69,9 мас. %, при цьому вміст вуглецю в матеріалі не перевищує 0,30 %, а також дозволяє вилучити з процесу застосування токсичних речовин 1-го та 2-го класу небезпеки. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601