[发明专利]一种制备膨胀石墨的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备膨胀石墨的方法及其装置。

背景技术

膨胀石墨作为制造柔性石墨的中间产品，是由天然鳞片石墨经氧化、酸化插层、水洗、干燥、高温膨化而得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质，又名石墨蠕虫。膨胀石墨不仅具有天然石墨本身的耐热、耐蚀、导电、导热、自润滑等优良特性，而且还具有天然石墨不具备的轻质、柔软、可压缩、回弹等性能，因此，膨胀石墨材料具有比石棉、橡胶等材料更优异的性能和广泛的用途。用膨胀石墨压制成的各种带、板、片材已广泛用作石油、化工、电力、冶金、机械、宇航、核工业等行业的各种动、静密封件，例如，用膨胀石墨制成的柔性石墨制品被誉为世界“密封之王”在机械密封领域具有极其重要的地位；膨胀石墨在环保领域可作为吸油材料用于废油回收以及废水治理中的微生物载体；由膨胀石墨制备的石墨散热板成为取代铜、铝等传统金属材料的新一代散热基材。此外，膨胀石墨还可用作医疗敷料、催化剂、固定化载体及固体电解液等。

过去用于制备膨胀石墨的原料一般是大鳞片天然石墨，粒度在15~80目之间，是因为粒度的大小对膨胀石墨的质量有影响。业已证明，膨胀石墨的形成机制是残余石墨层间化合物中的插层剂在高温下气化，爆发式地从层间喷出，将石墨层撑开成为蠕虫状。石墨粒度越大，石墨片的面积就越大，残余插层剂在高温下从内部沿石墨层间向外爆发式喷出的动力越大。这就类似于火药爆炸，如果在敞开的环境下火药点火后只会燃烧，只有在密闭空间火药燃烧才会产生强有力的爆炸。随着石墨粒度减小，如果没有很高的温度和高的温度梯度使残余插层剂瞬间汽化，那么这种爆发式的喷出力将减小，致使所形成膨胀石墨的膨胀倍数减小。当原料石墨粒度在100目及以下时，采用现行膨化炉生产时由于温度梯度不够高，残余插层剂只是溢出，不能爆发式喷出，因此不再能撑开石墨层间，也既是不再形成膨胀石墨。尽管有采用化学方法提高残余插层剂爆发力的报道，但效果并不理想，膨胀倍数较低，且成本较高。而对于石墨矿产资源来说，大鳞片石墨储量少，很多矿山的大鳞片石墨资源已枯竭或近于枯竭，因而也产量低、价格高。而小鳞片石墨矿产储量丰富，产量大、成本低，因此研究用细鳞片石墨制备膨胀石墨的具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备膨胀石墨的方法及其装置，该方法能耗低，制备的膨胀石墨的膨胀倍率高，其装置简单。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种制备膨胀石墨的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）制备膨胀石墨的装置的准备；

2）隔绝空气：关闭尾气排放口，往料斗中装入可膨胀石墨，将真空泵连接到抽真空连接口处，启动真空泵将炉体内抽成真空状态（真空度为0.01～0.05MPa），抽真空完毕后，向喷气管通保护气体，使炉体内压力恢复到大气压力；

3）产生高温等离子体焰流：向等离子体喷枪的工作气进气口加载工作气体，等离子体喷枪点火，工作气体被电离击穿导通，从等离子体喷枪中喷射出高温等离子体焰流，温度高达3500～8000℃；

4）利用高温等离子体焰流制备膨胀石墨：启动螺旋输送机往炉体内输送可膨胀石墨，可膨胀石墨在喷气管喷出的保护气体的作用下吹向高温等离子体焰流，形成了蠕虫状的膨胀石墨，落入炉体的底部，待炉体冷却后打开取料口取出。

所选用的可膨胀石墨是采用粒度在100度及以下的细鳞片石墨原料经氧化、酸化插层、水洗、干燥后制得。所有能够制备可膨胀石墨的方法获得的可膨胀石墨均可使用。

所述保护气体选自氩气、氮气中的一种，优选为氮气。

所述工作气体为氩气或者氮气，优选为氮气。

一种实现上述方法的制备膨胀石墨的装置，其特征在于它包括炉体、料斗、螺旋输送机和等离子体喷枪；炉体的上部设有物料输送口以及尾气排放口，炉体的下部设有与真空泵连接的抽真空连接口，炉体的底部设有可密闭的取料口；螺旋输送机的输出端与炉体固定连接，螺旋输送机的输出口与炉体的物料输送口相连通，螺旋输送机的输入口处固定连接有料斗，在炉体与螺旋输送机的连接处设有喷气管，喷气管的输出口与炉体的物料输送口相连通；等离子体喷枪设置在炉体的顶部，等离子体喷枪的喷口位于炉体的空腔内，等离子体喷枪的上端部设置有工作气进气口。

所述炉体是由内衬和外壳组成的双层立式中空圆柱体结构，外壳采用不锈钢制作而成，内衬为一层附着在外壳内壁上的石墨砖。

所述等离子体喷枪通过电缆依次连接控制柜及电源柜。