УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗА

Полезная модель относится к области неорганической химии, а именно к получению синтетических алмазов, и может найти применение в промышленном производстве алмазов специального назначения: производства абразивного и смазочного материала и алмазосодержащих инструментов.
Известна установка промышленного получения наноалмазов, включающая герметичную взрывную камеру, ледяную бронировку с размещенным внутри нее зарядом взрывчатого вещества цилиндрической формы и электродетонатор, заряд взрывчатого вещества имеет удлиненную вдоль оси форму и получен методом холодного прессования из мелкодисперсного тротила, при этом над зарядом взрывчатого вещества размещен дополнительный детонатор, а детонатор размещен в выемке дополнительного детонатора [Патент №121497, кл. С01В 31/06, В82В 3/00, B82Y 40/00, опубл. 27.10.2012].
Недостатками известной установки являются необходимость проведения процесса в специальных, специфических условиях взрывных работ. Установка должна быть достаточно массивной с толстыми стенками для выдерживания высокого давления в процессе взрыва. Установка требует инспекции на безопасность и восстановления (замены), связанной с усталостью металла при многократных взрывах.
2
4
Известна установка для получения синтетических алмазов из газообразных продуктов CO и СН в присутствии расплавов карбонатов натрия и калия, содержащая высокочастотную индукционную тигельную печь, керамический тигель, снабженный керамической решеткой, расположенной на высоте 20 мм от его дна, имеющей отверстия диаметром 0,3-0,5 мм, а также керамической трубкой с внутренним диаметром 15-20 мм для подачи эквимолекулярной смеси метана и диоксида углерода под керамическую решетку, смеситель метана и диоксида углерода, реактор - кристаллизатор предназначенный для растворения расплава карбонатов натрия и калия в конденсате и фильтр для разделения твердой и жидкой фаз [Патент РФ №2484016, кл. С01В 31/06, С30В 29/04, опубл. 10.06.2013].
Недостатками известной установки являются достаточная сложность ее исполнения для обеспечения взаимодействия реагентов в присутствии катализаторов, использование специальных материалов для изготовления смесителя, кристаллизатора и фильтра для разделения твердых и жидких фаз.
Известна установка для производства алмазов, содержащая катод, анод и соленоидную катушку для превращения сажи в алмазы за счет движения ионов углерода от катода к аноду и сжатия силой Лоренца под действием электрического и магнитного полей, полый кварцевый цилиндр с сажевой камерой, в которой сажа нагревается токами высокой частоты до температуры воспламенения углерода, а соленоидная катушка, создающая между катодом и анодом асимметричное магнитное поле, размещена вокруг сажевой камеры [Патент РФ №2179987, кл. С09С 1/48, С01В 31/06, опубл. 27.02.2002].
Недостатками известной установки являются ее сложность и взрывоопасность при использовании высоких температур, возникающих при воспламенении и горении сажи, а также использование сверхвысоких частот. При процессах горения сажи в кварцевом цилиандре возможно спекание сажи с кварцем, что при последующих сеансах горения приводит к его разрушению и создает неудобства при многократной эксплуатации установки.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является установка для получения алмазов с помощью резкого нагревания углеродосодержащих веществ до высокой температуры и давления и последующей конденсации образовавшихся продуктов, состоящая из камеры высокого давления со съемной крышкой, имеющей возможность кратковременно (до 0,4 с) выдерживать воздействие высоких температур (до 3500°С) и давлений (до 1000 атм.), при этом внутренняя поверхность камеры выстлана стеклопластиком толщиной 3 мм, к которому примыкают два сегментообразных электрода, изготовленных их жаропрочного, хорошо электропроводного металла (например, вольфрама), причем оба электрода связаны с электросетью питания через диэлектрические втулки и медные болты, прижимающие токопроводы, внутри камеры помещены мелкозернистый графит с диаметром зерен 1-3 мм и дистиллированная вода в целлофановом пакете; в крышке камеры установлен заправочный фланец, в теле которого смонтирован предохранительный клапан с прорывной мембраной, а в нижней части камеры имеется сливной вентиль [Заявка РФ №2000119195, кл. С01В 31/06, опубл. 20.06.2002].
Недостатками этого технического решения являются его сложность в изготовлении, использование жаропрочных материалов, выдерживающих высокие температурные напряжения, возникающие при быстром подъеме температуры. Необходимость использования предохранительного клапана, позволяющего избежать аварийного разрушения установки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является упрощение установки и сокращении времени получения алмазов микронного и субмикронного размера с использованием двухкомпонентной смеси железа и углерода (близкой к эвтектичекому составу).
Достижение указанного результата обеспечивается за счет того, что в установке для получения алмазов, включающей герметично закрытую камеру, установленную в ней емкость для размещения исходного вещества, средство его нагрева, расположенное с внешней стороны емкости и блок быстрого охлаждения образовавшегося продукта, емкость для размещения исходного вещества выполнена в виде конического тигля с установленным в нижней его части обтюратором, средство нагрева выполнено в виде индукционного нагревателя, а блок быстрого охлаждения образовавшегося продукта установлен в нижней части камеры под тиглем и выполнен в виде ванны с водой.
Целесообразно камеру связать трубопроводом со средством подачи в нее инертного газа.
На фиг. 1 представлен общий вид установки.
На фиг. 2 - вид установки в работе.
Установка состоит из герметично закрытой камеры 1, установленного в ней конического тигля 2 для размещения исходного вещества, снабженного отверстием в нижней части, обтюратора 3, расположенного с внешней стороны тигля 2, индукционного нагревателя 4, и установленной в нижней части камеры 1 непосредственно под тиглем 2 ванны 5 с водой. Обтюратор 3 и индукционный нагреватель электрически связаны с блоком управления 6. Камера 1 снабжена вентилями 7 для подачи в нее инертного газа или вакуумирования.
Установка работает следующим образом.
Конический тигель 2 заполняют шихтой, представляющей собой смесь железа и графита в соотношении близком к эвтектичекому составу. Через вентили 7 камеру 1 или наполняют инертным газом (например, аргоном) или вакуумируют или создают ограниченный доступ воздуха в зависимости от выбранного варианта синтеза. Индукционным нагревателем 4 исходная смесь в тигле 2 нагревается до температуры образования расплава во всем объеме тигля 2. При достижении температуры образования расплава управляющий блок 6 включает обтюратор 3. Полученный расплав обтюратором 3 подается каплями 8 для быстрого охлаждения (закалки) в ванну с водой 5.
В дальнейшем полученные гранулы растворяют в царской водке для выделения алмазов. Продукты закалки хрупкие и легко дробятся в щековой дробилке, что ускоряет процесс извлечения алмазов.
Из 1 кг расплава исходного вещества в таком процессе будет образовываться 20-35 грамм алмаза. При скорости выпуска капель расплава массой 0.3-0.6 грамма в воду с частотой 1 капля в секунду (1 Гц) это количество алмаза будет вырабатываться в течение одного часа. Процесс поддается автоматизации.