专利名称：含非金刚石碳的合成金刚石半成品的纯化方法
技术领域：
本发明涉及除去合成金刚石半成品中非金刚石碳的方法。准确来说，就是除去合成金刚石半成品中含有的石墨、非晶碳、碳黑等非金刚石碳杂质，以制备高纯度金刚石的方法。
众所周知，在大多数合成金刚石半成品中，都含有非金刚石碳，包括石墨，非晶碳，碳黑等。多年来人们都是用氧化性酸处理，利用非金刚石碳比金刚石容易被氧化的特点，将非金刚石碳氧化成气体产物除去，以得到纯化的金刚石。早期广泛使用的是用高氯酸处理。这个方法的缺点是高氯酸价格比较昂贵，而且，高氯酸是一种爆炸性物质，大量运输和使用时，有可能发生爆炸。为了避免这个缺点，人们进行了大量试验，企图利用浓硫酸-浓硝酸混合物进行处理。但是浓硫酸-浓硝酸混合物在常压下沸腾时温度不够高，氧化能力较低，不足以将全部非金刚石碳除去。
为此，人们发明了许多改进的方法。一类方法是，在浓硫酸和浓硝酸混合物中添加其他组分，以提高混合物的氧化能力。例如添加发烟硫酸(苏联专利1,770,271，1,770,272)；在浓硫酸-浓硝酸混合物中添加碱金属氧化物或硫酸盐(日本公开特许平9 328,307)；添加氧化银(日本公开特许平11 92,128)；高锰酸钾(俄文版《应用化学杂志》68(10)，1620-4(1995))；三氧化铬(俄罗斯专利2,077,476)；过氧化氢(苏联专利1,819,851)；氯氧化钒(俄罗斯专利2,122,969)。这些方法的缺点是添加物比较昂贵；或者是会造成环境污染。另一类方法是，用稀硝酸在密闭的耐酸和耐压容器中进行加热处理。由于在密闭的容器中加热，压力升高，稀硝酸的沸腾温度可提高到250℃左右。这时硝酸的氧化能力，会有明显提高，可以将半成品中的非金刚石碳全部除去。这种方法的缺点是，设备昂贵，维护困难，难于大规模推广使用。1997年有人提出用浓硫酸为底酸，加热后分批加入浓硝酸(例如，每次加入50-100毫升)的方法(俄罗斯专利2,081,821)，其缺点是，浓硝酸加入后，相当一部分立即被分解，没有发挥作用，因此浓硝酸的消耗量大，增高了成本。
本发明的目的在于提出了一种含非金刚石碳的合成金刚石半成品的纯化方法。
含非金刚石碳的合成金刚石半成品的纯化方法，其特征在于用浓硫酸将含非金刚石碳的金刚石半成品浸没，常压下加热至沸腾后，以缓慢的速度向反应物加入浓硝酸，直至含非金刚石碳的金刚石半成品中的非金刚石碳全部被氧化除去。
本发明所说的缓慢的速度向反应物加入浓硝酸是指加入浓硝酸时，容器中充满棕黄色的氧化氮气体，而这种气体又不会大量溢出容器以外。这样能够使沸腾的混合物的温度接近浓硫酸的沸点，使不断缓慢加入的浓硝酸能充分发挥其氧化作用，尽量减少浓硝酸的无谓分解，这就降低了浓硝酸的消耗量。这个方法提高了反应混合物的温度，能比较充分地发挥浓硝酸的氧化作用，因而在不添加其他组分，也不加压的情况下，就能使金刚石半成品中的非金刚石碳全部被除去，同时也减少了浓硝酸的消耗量。由于不添加金属化合物，因而不会造成对环境的污染。处理是在常压下进行，因此，所用设备简单，易于控制，便于在大规模生产中使用。同时浓硝酸的加入可以持续到反应混合物彻底褪色，因而氧化程度高，可以制出纯度较高的金刚石产品。实验证明，用这种方法制成的金刚石产品的X-射线衍射谱中，在2θ为26度左右的范围内不出现石墨的衍射峰，这表明残存的石墨的含量远低于5％。
本发明所述的方法，其特征在于金刚石半成品与浓硫酸的重量比为1∶6-10。
本发明所述的方法，其特征在于金刚石半成品与浓硝酸的重量比为1∶3-5。本发明具有的技术特点是本发明的方法，只使用浓硫酸和浓硝酸，不添加金属化合物，在常压下处理，即可将金刚石半成品中的非金刚石碳全部除去。由于浓硝酸是逐步加入的，因此减少了浓硝酸的无谓分解，浓硝酸的消耗量是已有类似方法的二分之一到三分之一。而且处理工艺简单，因此成本也显著下降。
由于浓硝酸是逐步加入，可以持续到被处理混合物中完全不含黑色物质。因此，用本处理方法，制备出的金刚石纯度高，其X-射线衍射谱表明，产品中石墨的残留量远低于5％。
由于是在常压下进行处理，不需要使用复杂昂贵的设备，而且工艺简单，便于控制，因而，成本低廉，适宜于在大规模生产中推广使用。
实施例1取炸药爆炸法制备的含金刚石黑色固体产物100克，放入烧杯中，加1∶1盐酸600毫升，煮沸1小时，以除去金属杂质。冷却后，倾去上层酸液，将沉淀物在离心机上离心处理，以尽可能除去酸液。然后，将沉淀物放回烧杯中，加浓硫酸600毫升，烧杯口上盖一块中心有小孔的玻璃片。其上方安放一个装有500毫升浓硝酸的分液漏斗。加热使烧杯中的混合物沸腾后，开始从分液漏斗中向烧杯滴加浓硝酸。在整个过程中，适宜滴酸速度的表现为烧杯内一直充满着棕黄色的氧化氮气体，而这种棕黄色气体又不会大量溢出。滴酸一直继续到反应混合物变为浅灰色，而且混合物沸腾时溅到烧杯壁上的液滴中完全看不到黑色颗粒。这时即可停止滴酸，将反应混合物再继续加热1小时。整个硫酸硝酸处理过程6小时内完成。总共消耗的浓硝酸量约为350毫升。将冷却后的酸液缓慢倾入1升冷水中，用离心法将沉淀物分离，用蒸馏水洗涤，直至洗涤水的pH值达到5-6。将沉淀物分离，烘干后，即得纯化的金刚石产物。
权利要求
1.一种含非金刚石碳的合成金刚石半成品的纯化方法，其特征在于用浓硫酸将含非金刚石碳的金刚石半成品浸没，常压加热至沸腾后，以缓慢的速度向反应物加入浓硝酸，直至含非金刚石碳的金刚石半成品中的非金刚石碳全部被氧化除去。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于金刚石半成品与浓硫酸的重量比为1∶6-10。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于金刚石半成品与浓硝酸的重量比为1∶3-5。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于缓慢的速度向反应物加入浓硝酸是指加入浓硝酸时，容器中充满棕黄色的氧化氮气体，而这种气体又不会大量溢出容器以外。
全文摘要
本发明涉及一种从含非金刚石碳的金刚石半成品中清除非金刚石碳的方法。本发明用浓硫酸将含非金刚石碳的金刚石半成品浸没，加热至沸腾后，以缓慢的速度向反应物中加入浓硝酸，直至含非金刚石碳的金刚石半成品中的非金刚石碳全部被氧化除去。该方法的浓特点是由于浓硝酸是缓慢加入，减少了无谓消耗，因此浓硝酸的消耗量可大大降低，一般只是以前所用类似方法中浓硝酸消耗量的二分之一到三分之一。同时由于反应混合物中浓硫酸的浓度没有显著降低，因而其沸腾温度接近硫酸的沸点，因此可以较充分发挥硝酸的氧化能力。处理是在常压下进行，因此所用设备简单，工艺容易控制，成本低廉，便于在大规模生产中应用。
文档编号C01B31/00GK1400162SQ0112500
公开日2003年3月5日 申请日期2001年7月31日 优先权日2001年7月31日
发明者徐康, 金增寿, 刘维民, 薛群基 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所