[发明专利]除去粒状混合物中的碳

说明书

本发明涉及的是通过催化氧化除去粒状混合物中的碳。使用本方法，除了金刚石以外，可以除去粒状混合物中的各种元素形态的碳。本方法对除去人造金刚石制造中的残留碳特别有效。

可以通过传统的物理方法，例如沉淀、过滤、使用离心机和蒸馏等，从粒状混合物中除去碳。然而，如果碳颗粒太小，就不能使用物理分离技术，因为在混合物中，碳粒子和其他粒子结合的太紧。这种情况下，必须使用化学方法，如空气氧化。

如果混合物中的其他成分具有很强的抗氧化性(如许多无机氧化物、硅酸盐和粘土等)，可以通过在氧化气氛中把混合物加热到600℃以上除去碳，而未使混合物中的其他成分明显损失或改变。固定床、流化床和旋转炉都用于此目的。如果混合物中包含有价值的成分，且这种成分在高温下不稳定并需回收，则可使用催化剂以降低使碳氧化的温度。

美国专利3,348918公开了在250～500℃范围内的温度下，在存在氧化铅催化剂下，通过与分子氧的选择氧化，除去碳/金刚石混合物中碳的方法。催化剂均匀地分布在碳/金刚石混合物中。例如，通过手工或机械方法，把氧化铅或含氧的铅化合物与粉末混合物均匀混合，这种含氧的铅化合物在反应温度或低于反应温度时原位转变成氧化铅，这种含氧的铅化合物，例如是碳酸铅、氢氧化铅、硝酸铅、碱式乙酸铅等。

东德专利DD224,575A1公开了一种把铜盐水溶液与碳-金刚石混合物混合，除去碳-金刚石混合物中碳的方法，这种铜盐水溶液在高于450℃温度时，分解为CuO或Cu₂O。悬浮液可被干燥，并且在最高温度540℃，在加入含氧气体下，可以发生反应。反应产物可用盐酸或硝酸沸腾，可以用水将酸洗出，然后干燥反应产物。X-射线分析表明残留物几乎就是不含石墨的金刚石。

在通过爆炸性震动合成金刚石的制造过程中，必须除去未反应的碳。目前工业方法是把催化量的氧化铅粉末与爆炸性震动合成产生的碳-金刚石混合物混合，然后在空气中于大约400℃温度下把这种混合物加热若干小时。因此可以氧化非金刚石碳，形成气体CO和CO₂，在这一过程中，可以排出气体CO和CO₂，只剩下金刚石和氧化铅催化剂混合物。可通过酸沥滤除去氧化铅催化剂，因而可以回收金刚石。

出于环保和人类健康的原因，工业界正在寻找在商业生产过程中替代铅化合物的方法，而且在上面所述的过程中，由于金刚石被“燃烧”，氧化铅可能降低金刚石的收率，特别是损失有价值的亚-微米颗粒。

因此，需要一种改进的方法以从有价值的颗粒物质如金刚石/碳混合物中除去碳。

现在已经发现，氧化银单独使用或作为氧化铜的掺杂剂，在300～500℃温度范围内是一种有效的氧化粒状元素碳的催化剂。碳可以是除了金刚石以外的任何元素碳。

因此，本发明提出了一种从颗粒物质中除去固体碳的方法，包括如下步骤：

(a)形成上述的颗粒物质和有效量的催化剂的致密混合物，该催化剂选自氧化银和掺杂氧化银的氧化铜。

(b)在有氧存在的条件下，在250～500℃温度范围内，把(a)步骤中的致密混合物加热12至60小时，从而氧化固态碳。

在(b)步后，通过酸沥滤，可以方便地从粒状物质中除去催化剂。在优选方案中，本方法用于处理在合成金刚石生产过程中产生的金刚石和未反应的碳的混合物，因此，除去多余的未反应碳，并能回收高纯度金刚石。

本发明可用于从许多物质中除去粒状碳。在从金刚石商业化生产过程中生成的金刚石和碳的混合物中除去粒状碳，该方法有特殊用途。因此，以这个优选方案详细描述本发明。粒状碳

如这里所用，术语“粒状碳”指的是固态碳的元素形式，如石墨、碳黑、非晶碳、木炭和焦炭，但不仅限于此。本术语不包括金刚石，因为金刚石与上面列出的物质具有不同的物理和化学特性。为了使通过本方法除去碳所需的时间最少，含有碳的颗粒物质的平均粒子直径在亚微米至1毫米范围内。催化剂

催化剂是氧化银本身，或者是做为氧化铜的掺杂剂。这里所用的术语“氧化银”和“氧化铜”包括在本方法中各自原位形成氧化银和氧化铜的前体化合物。

氧化银可由银来代替，该银可在本方法中被氧化，或用有机或无机阴离子的银盐代替，该银盐在本方法中挥发或分解成相应的氧化物，或是氧化银本身。合适的银盐的例子包括硝酸银、碳酸银、甲酸银、乙酸银、丙酸银、乳酸银、草酸银、氢氧化银及其混合物。优选为乙酸银和硝酸银，因为他们易得到并且易于在含有要除去碳的颗粒物质中均匀分布。