Устройство для выделения и очистки ультрадисперсных алмазов

 

Изобретение относится к области технологии получения синтетических алмазов. Предложено устройство для выделения и очистки ультрадисперсных алмазов от растворимых и адсорбированных примесей в водных суспензиях с применением электрического поля. Устройство состоит из вращающегося анода, неподвижного катода, мембран, ограничивающих рабочее пространство, штуцеров ввода и вывода суспензии и электролита, устройства съема осадка. Устройство позволяет получать пасты алмаза высокой степени очистки в непрерывном режиме. 3 з. п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области химической технологии, а более конкретно к устройствам для выделения ультрадисперсных алмазов (УДА) и их очистки от растворимых примесей в водных суспензиях.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности является электрокинетический элемент для отделения твердых частиц от водных суспензий, содержащий вращающийся анод в виде барабана, неподвижный перфорированный катод и мембрану, непроницаемую для твердых частиц. Мембрана расположена электродами на поверхности катода и образует анодное и катодное пространства. Водная взвесь поступает в анодную камеру, из которой вытекает поток, обедненный твердыми частицами. Таким образом, мембрана отделяет катод от рабочего пространства устройства и по существу является катодной мембраной. Однако в случае выделения твердых частиц, требующих высокой чистоты состава, частицы будут загрязняться продуктами разрушения анода и продуктами электролиза воды, образующимися на аноде. Таким образом, в выделяемых твердых частицах может увеличиваться количество примесей, что не всегда приемлемо при дальнейшем использовании.

Целью изобретения является устранение загрязнения алмазов при выделении и очистке от растворимых и адсорбированных примесей в водных суспензиях.

Поставленная цель достигается тем, что анод отделен от рабочего пространства мембраной в виде цилиндра, установленной по поверхности анода и имеющей возможность вращения вместе с анодом, а в последней выполнены отверстия для подвода и отвода электролита.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Устройство состоит из анода 1, мембраны 2 анода, катода 3, мембраны 4 катода, корпуса 5, ножа 6 для съема осадка, штуцеров ввода 7 и вывода 8 электролита анода, штуцеров ввода 9 и вывода 10 рабочей суспензии, штуцеров ввода 11 и вывода 12 электролита катода.

Устройство работает следующим образом. Через штуцер 7 в анод непрерывно подают электролит, который поступает под мембрану 2 и выводят через штуцер 8. В штуцер 11 подают электролит для заполнения корпуса 5 до уровня, определяемого штуцером 12. Затем подают рабочую суспензию УДА через штуцер 9 до уровня в рабочем пространстве установки, определяемого расположением переливного штуцера 10. Включают привод барана-анода 1 и одновременно подают постоянное электрическое напряжение на анод 1 и катод 3. В случае только выделени УДА из суспензии применяют ультрафильтрационные фторопластовые мембраны для отделения рабочего пространства от катода и анода. При этом выделяют УДА на мембрану анода за счет известных электрокинетических явлений: электрокоагуляции и электрофореза. УДА осаждают в виде пасты и непрерывно снимают ножом 6. Воду вследствие электроосмоса удаляют через мембрану катода в корпус 5 и выводят из аппарата.

Таким образом осуществляется непрерывное выделение УДА из водных суспензий, что часто является трудной задачей в случае устойчивых суспензий. При этом исключаются потери алмаза с фильтратом.

Через ультрафильтрационную мембрану анода происходит электроосмос электролита в рабочее пространство. Для исключения этого электроосмоса в качестве анодной мембраны используют анионоактивную мембрану. Для увеличения производительности фильтрата через катодную мембрану можно использвать в качестве последней микрофильтрационную мембрану.

Для проведения одновременного выделения и очистки УДА от растворимых и адсорбированных примесей рабочее пространство ограничивают ионообменными мембранами. Очистка осуществляется за счет электродиализа в суспензии и осадке УДА.

Для лучшего понимания изобретения приводится пример конкретного решения. Основными элементами устройства являются графитовый барабан-анод 1 и нержавеющая сетка-катод 3 (см.фиг.1). При этом соотношение диаметра барабана к его длине принято равным 2:3, зазор между электродами равен 10 мм. В качестве мембран в устройстве используют ультрафильтрационные мембраны типа УФФ ТУ 6-05-221-921-87, микрофильтрационные мембраны типа МФФ ТУ 6-05-221-921-87, анионактивные мембраны типа МА-40 ТУ 6-05-1203-78 и катионактивные мембраны типа МК-40 ТУ 6-05-1203-78.

Барабан-анод вращается от привода с частотой 0,29 об/мин, при этом сгущенный осадок снимается с поверхности барабана полимерным ножом. Чистоту полученного алмаза оценивают по содержанию несгораемых примесей.

Результаты испытаний устройства приведены в таблице.

Прототип позволяет проводить сгущение, но при этом алмаз загрязняется продуктами электролиза, например, в случае графитового анода при его разрушении частицами графита.

В предлагаемом устройстве частицы графита изолированы мембраной от рабочего пространства, таким образом исключается загрязнение осадка УДА.

Очистка УДА электродиализом в процессе выделения в прототипе невозможна, так как отсутствует мембрана у анода, и растворимые примеси, движущиеся к аноду, будут накапливаться в осадке. В предлагаемом устройстве растворимые примеси удаляются вместе с электролитом анода и катода.

Таким образом предложенная конструкция в зависимости от применяемых мембран позволяет или только выделять УДА из суспензий, или выделять и одновременно производить очистку осадков алмаза от растворимых и адсорбированных примесей. При этом исключается загрязнение алмаза продуктами разрушения анода и катода.

Данное устройство испытано в условиях НПО "Алтай". Получены положительные результаты, рекомендовано к промышленному внедрению.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ в водных суспензиях с применением электрического поля, состоящее из анода, выполненного в виде барабана и имеющего возможность вращения, неподвижного перфорированного катода и мембраны катода, расположенных коаксиально аноду, штуцеров для ввода и вывода суспензии и электролита, устройства для съема осадка, отличающееся тем, что, с целью устранения загрязнения алмазов при выделении и очистке от растворимых и адсорбированных примесей, устройство снабжено мембраной в виде цилиндра, установленной по поверхности анода и имеющей возможность вращения вместе с анодом, а в последнем выполнены отверстия для подвода и отвода электролита.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анод выполнен из графита, катод - из нержавеющей сетки, а в качестве мембран используют ультрафильтрационные мембраны из фторопласта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве катодной мембраны используют микрофильтрационную мембрану, а в качестве анодной - анионактивную мембрану.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве мембран используют ионообменные мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3