[发明专利]一种用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法

权利要求书

1.一种用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）水热氧化制氧化石墨浆：将电解铝废阴极炭粉碎至粒径为10mm以下，再与强氧化剂一起置于带搅拌或辗混机构的氧化装置中，加水搅拌或辗混并加热进行水热氧化反应，得氧化石墨浆料混合物；或将电解铝废阴极炭粉碎至粒径为30mm以下，再与强氧化剂一起置于带湿磨机构的氧化装置中，加水湿磨并加热进行水热氧化反应，得氧化石墨浆料混合物；

（2）碳浆置换分离：将步骤（1）所得氧化石墨浆料混合物送入带搅拌器的置换装置中，控温加压，再以与置换装置相差±1MPa以内的压力，将超临界或液态二氧化碳压送入置换装置中，搅拌混合，静置，调温调压分离，得无机质为主的水性浆料和碳素质量浓度1～20%的超临界或液态二氧化碳氧化石墨浆流体，超临界或液态二氧化碳氧化石墨浆流体经洁净的雾化水，水洗脱除夹带的杂质后，送入脱水罐中脱水，得无杂的质量浓度为1～20%的超临界二氧化碳氧化石墨浆流体；

（3）制膨胀石墨/石墨烯：

方法1：将步骤（2）所得无杂的质量浓度为1～20%的超临界二氧化碳氧化石墨浆流体，以高压碳浆泵输送雾化喷入膨化分离器中，供热控制膨化分离器中的温度，雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，得膨胀石墨粉/氧化石墨烯粉；

方法2：或将步骤（2）所得无杂的质量浓度为1～20%的超临界二氧化碳氧化石墨浆流体，以碳浆泵送入还原罐中，加入还原剂进行还原反应，得超临界二氧化碳石墨烯流体，再用碳浆泵雾化喷入膨化分离器中，供热控制膨化分离器中的温度，雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，得石墨烯粉；或再将所得石墨烯粉进一步高温脱氮脱氧处理，得脱氮脱氧石墨烯粉；

方法3：或将步骤（2）所得无杂的质量浓度为1～20%的超临界二氧化碳氧化石墨浆流体，以碳浆泵送入氟化罐中，加入氟化剂，加热加压氟化反应，得超临界二氧化碳氟化石墨烯流体，再以碳浆泵雾化喷入膨化分离器中，供热控制膨化分离器中的温度，雾化膨胀剥离脱除二氧化碳，得氟化石墨烯粉。

2.根据权利要求1所述用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述强氧化剂的用量均为电解铝废阴极炭质量的5～50%；所述强氧化剂均为高铁酸盐强氧化剂、重铬酸盐强氧化剂、重铬酸酐强氧化剂、高锰酸盐强氧化剂、硝酸盐强氧化剂、次氯酸盐强氧化剂、二氧化氯强氧化剂或过碳酸盐强氧化剂中的一种或几种，所述高铁酸盐强氧化剂为高铁酸钾、高铁酸锂、高铁酸钠或高铁酸钙中的一种或几种，所述重铬酸盐为重铬酸钾、重铬酸钠或重铬酸钴中的一种或几种，所述高锰酸盐强氧化剂为高锰酸钾和/或高锰酸钠，所述硝酸盐强氧化剂为硝酸钴和/或硝酸锆，所述次氯酸盐强氧化剂为次氯酸钠和/或次氯酸钙，所述过碳酸盐强氧化剂为过碳酸钠；所述加水的量为使得氧化性料浆中的固水比均为1:1.5～15；所述水热氧化反应的温度为20～90℃，时间为0.5～8h。

3.根据权利要求1或2所述用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述控温的温度为10～40℃，所述加压的压力为5.0～12.0MPa；所述超临界或液态二氧化碳的用量为电解铝废阴极炭质量的4～15倍；所述搅拌混合的时间为5～60min；所述调温调压分离的温度为30～50℃，压力为7.5～30MPa。

4.根据权利要求1或2所述用电解铝废阴极炭制备膨胀石墨或石墨烯的方法，其特征在于：步骤（3）方法1中，所述控制膨化分离器中的温度为32～180℃；步骤（3）方法2中，所述还原剂的用量为超临界二氧化碳氧化石墨浆流体中氧化石墨质量的3～40%；步骤（3）方法2中，所述还原剂为肼、水合肼、偏二甲肼、甲基肼、氨、氢或甲烷中的一种或几种；步骤（3）方法2中，所述还原反应的温度为30～300℃，时间为0.5～60min；步骤（3）方法2中，所述控制膨化分离器中的温度为32～300℃；步骤（3）方法2中，所述高温脱氮脱氧处理的温度为300～2700℃，时间为0.3～3.0h；步骤（3）方法3中，所述氟化剂的用量为超临界二氧化碳氧化石墨浆流体中氧化石墨质量的3～30%；步骤（3）方法3中，所述氟化剂为五氟化碘和/或二乙胺基三氟化硫；步骤（3）方法3中，所述加热加压氟化反应的温度为30～80℃，压力为7.5～80MPa，时间为30～240min；步骤（3）方法3中，所述控制膨化分离器中的温度为32～180℃。