close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4533

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4533
(13)
C1
(51)
(12)
7
C 01B 31/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ
ОТ ПРИМЕСЕЙ
(21) Номер заявки: 950898
(22) 1995.10.20
(46) 2002.06.30
(71) Заявитель: Научно-производственное закрытое акционерное общество "Синта" (BY)
(72) Авторы: Губаревич Т.М.; Корженевский
А.П.; Гаманович Д.Н. (BY); Долматов В.Ю.
(RU)
(73) Патентообладатель:
Научно-производственное
закрытое акционерное общество "Синта" (BY)
(56)
WO 9200243 А1, 1992.
(57)
Изобретение относится к технологии очистки ультрадисперсных алмазов (УДА). Очистку проводят 3062 %-ным раствором азотной кислоты при повышенных температуре и давлении. Обработку ведут в проточном режиме при температурах в зонах нагрева 90-160 °С, 200-260 °С, 210-300 °С последовательно, а относительное время пребывания в указанных зонах составляет (1,5-5):1:(0,3-2,5). Процесс характеризуется
повышенной безопасностью.
Изобретение относится к способам получения синтетических алмазов, конкретно - к способам химической очистки ультрадисперсных алмазов (УДА), получаемых методом детонационного синтеза из взрывчатых веществ.
Конденсированные продукты детонационного синтеза - алмазсодержащая шихта - имеют в своем составе
алмазный и неалмазный высокодисперсный углерод, а также до 10 % неуглеродных примесей. Использование кислотно-окислительных смесей и растворов позволяет в одну или несколько стадий полностью растворить примеси и получить очищенный УДА.
Известно использование азотной кислоты в виде смесей с другими кислотами (серная, фосфорная, хлорная) для очистки ультрадисперсных алмазов от примесей неалмазного углерода и неуглеродных компонентов. Так, согласно WO 92/00243, алмазсодержащую детонационную шихту обрабатывают окислительной
смесью, содержащей 5-40 % азотной кислоты, концентрированную серную кислоту и дополнительно до 20 %
серного ангидрида, обработку ведут при 250-305 °С, причем предварительно шихта обрабатывается кипящей
азотной кислотой, затем шихта с окислительной серно-азотной смесью предварительно нагревается до 110180 °С. Многостадийность обработки, применение кислотных концентрированных смесей свидетельствуют о
сложности и небезопасности процесса. Реакционная смесь кислот не подлежит регенерации после очистки
УДА.
Использование азотной кислоты в виде водных растворов для очистки УДА связано с совокупностью
экстремальных факторов: высокого давления, высокой температуры, концентрированной кислотыокислителя HNO3, активного высокодисперсного углерода. Процесс газификации неалмазного углерода по
реакции:
С + 2HNO3 → СO2 + NO2 + NO + Н2O
сопровождается выделением большого объема газов, а также значительным экзотермическим эффектом.
В практике это чревато опасностью самопроизвольного неконтролируемого роста температуры и давления,
что может привести к аварийным ситуациям на производстве.
Задачей настоящего изобретения является повышение безопасности процесса очистки УДА и увеличение
производительности процесса.
Поставленная задача решается тем, что обработку алмазсодержащей шихты ведут раствором азотной кислоты с концентрацией 30-62 % при повышенных температуре и давлении при перетоке суспензии шихты в
азотной кислоте последовательно через зоны нагрева с температурой в первой зоне 90-160 °С, во-второй -
BY 4533 C1
200-260 °С, в третьей -210-300 °С. При этом времена пребывания суспензии в указанных зонах нагрева соотносятся как (1,5-5):1:(0,3-2,5), а продолжительность обработки во второй зоне нагрева составляет до 15-30
мин.
Особенностью окислительного воздействия азотной кислоты на неалмазный углерод является наличие
нескольких стадий с различными скоростями, энергиями активации, тепловыми эффектами. Заявляемый
способ позволяет учитывать и использовать кинетические особенности процесса с тем, чтобы избежать
опасности неконтролируемого роста давления и температуры, одновременно используя тепловые эффекты
реакции для поддержания нужных условий и экономии энергоресурсов.
Пропусканием реакционной суспензии через зоны нагрева обеспечивается осуществление процесса в
наиболее благоприятных и безопасных условиях.
Первая зона нагрева имеет температуру 90-160 °С. В этом интервале температур происходит окисление
наиболее реакционноспособной части неалмазного углерода. Процесс характеризуется относительно невысокой скоростью, низкими значениями кажущейся энергии активации, образованием поверхностных и кислоторастворимых промежуточных продуктов окисления и их газификацией. При температуре ниже 90 °С
скорость образования таких продуктов окисления очень мала, что увеличивает необходимое время пребывания суспензии в зоне нагрева, а это снижает производительность процесса и эффективность использования
оборудования высокого давления. Повышение температуры первой зоны нагрева выше 160 °С приводит к
быстрому накоплению и превращению промежуточных продуктов окисления в конечные - газообразные оксиды углерода и азота. Следствием этого являются перепады давления, что снижает безопасность процесса.
Во второй зоне нагрева поддерживается температура в пределах 200-260 °С. В этих условиях окислению
подвергается менее реакционноспособная часть неалмазного углерода шихты. Скорость реакции высокая,
наблюдается значительный экзотермический эффект и интенсивное газовыделеие. Однако поскольку наиболее реакционноспособная фракция неалмазного углерода уже окислена в первой зоне нагрева, рост газовой
нагрузки в реакционном пространстве второй зоны нагрева является умеренным и хорошо регулируемым.
Третья зона нагрева реакционной суспензии имеет температуру 210-300 °С. Основное содержание химических процессов, происходящих в этой зоне, заключается в доокислении наиболее стойких примесных компонентов, составляющих 2-5 мас. % от их общего количества, формировании на поверхности УДА
стабилизирующего функционального покрова, а также в приведении к равновесному состоянию нитрозных
компонентов смеси. В третьей зоне нагрева гарантированно завершаются основные окислительновосстановительные процессы в суспензии, что повышает качество очистки УДА, безопасность и технологичность способа. Концентрация HNO3 оптимальна в пределах 30-62 % и обусловлена, во-первых, требованиями безопасности и коррозионной стойкости материала реакторов, а во-вторых - химизмом воздействия на
ряд неуглеродных примесей.
Наиболее эффективно и безопасно очистка УДА протекает при сочетании указанных температурных режимов и концентрационного диапазона с заданным относительным временем пребывания суспензии в зонах
нагрева, а именно: при соотношении времени пребывания в зонах нагрева (1,5-5,0):1:(0,3-2,5) соответственно. При этом время обработки суспензии во 2-ой зоне нагрева составляет до 15-30 мин.
В общем случае заявляемые временные параметры связаны с относительными скоростями последовательных стадий окисления неалмазного углерода. В свою очередь, эти скорости зависят от ряда факторов, например, температуры в зоне нагрева, концентрации азотной кислоты, относительного содержания неалмазного
углерода в реакционной смеси, активности этого углерода.
За время пребывания суспензии в 1 зоне происходит нагрев суспензии до реакционноспособного состояния и окисление части неалмазного углерода. Сокращение времени пребывания в I зоне ниже указанного соотношения уменьшает долю окислившегося углерода, что в свою очередь увеличивает реакционную
нагрузку на вторую зону нагрева. Во второй же зоне нагрев ведется до более высоких температур (200260 °С), поэтому окисление приобретает слишком интенсивный характер, сопровождается резким всплеском
газообразования, что снижает безопасность процесса очистки УДА.
Увеличение времени прерывания реакционной смеси в первой зоне более указанного не целесообразно с
точки зрения производительности процесса и не дает дополнительных преимуществ по качеству очистки и
безопасности способа.
Относительное время пребывания реакционной суспензии во второй зоне нагрева является параметром,
обеспечивающим качество очистки целевого продукта. Оно определяется эмпирически и может составлять
от десятков секунд до 15-30 мин, в зависимости от конкретных условий процесса. Однако более значимой
является не абсолютная, а относительная длительность пребывания суспензии во второй зоне, согласованная
с другими временными интервалами, как это указано в заявляемом способе.
Относительная длительность пребывания в III зоне нагрева обеспечивает завершение основных реакционных процессов в системе и стабилизацию состава отработанной кислоты. Тем самым создаются условия
безопасного дросселирования и разгрузки сосудов высокого давления. Уменьшение длительности пребывания суспензии в III зоне нагрева менее указанного соотношения не позволяет с достаточной надежностью
считать завершенным весь процесс очистки. Превышение длительности пребывания сверх указанного соот-
BY 4533 C1
ношения ведет к необоснованному перерасходу энергоносителей и снижению производительности оборудования высокого давления.
Процесс очистки УДА, согласно заявляемому способу, может быть осуществлен в трубчатом реакторе
или в каскаде реакторов проточного типа. В первом случае необходимый температурно-временной режим
обеспечивается путем формирования трех зон нагрева различной протяженности. Во втором - путем заполнения реакторов до расчетного объема в соответствии с заявляемыми соотношениями времени пребывания
суспензии в каждом из них.
Заявляемый способ реализован в промышленном масштабе в НП ЗАО "Синта"
Способ химической очистки ультрадисперсных алмазов от примесей, включающий обработку алмазсодержащей шихты раствором азотной кислоты при повышенной температуре, отличающийся тем, что обработку ведут водным раствором азотной кислоты концентрации 30-62 % в трех зонах нагрева: в первой при
90-160 °С, во второй при 200-260°, в третьей при 210-300 °С, при этом продолжительность обработки во
второй зоне нагрева составляет до 15-30 мин, а продолжительности обработки в трех зонах связаны соотношением (1,5-5):1:(0,3-2,5).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
108 Кб
Теги
by4533, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа