[发明专利]用于石墨纯化的液基方法和设备

说明书

本发明涉及用于纯化天然石墨的设备和方法，其通过移除脉石材料以增大石墨片中的碳的浓度。本发明的要旨是将离心加速度施加到水与石墨片的混合物。施加的加速度使得石墨片彼此碰撞；因此，触发脉石材料从石墨片中分离且被冲洗掉。所提供的方法简单，因为其不需要复杂装备，且可以在石墨矿床附近实施，这进一步降低了运输和总体生产成本。

技术领域

本发明涉及碳材料、石墨材料和天然石墨选矿的技术领域。具体来说，本发明描述用于通过使石墨片与水的混合物经受离心加速度而从石墨片移除杂质的设备和方法。

背景技术

石墨，作为天然存在结晶碳的最常见的多晶型物，在许多不同产品(例如蓄电池、耐火材料、电气产品，等等)的生产中都广泛使用。石墨是一种独特的材料，因为作为共价物质，其不应导电，然而其确实导电。石墨为纯碳物质，其中其价电子中的三个共价键结到三个其它碳原子。然而，第四价电子不受约束，且因此可以自由移动。此类价电子允许电流在特定方向上流过石墨物质。

脉石材料和存在于石墨中的其它杂质为天然绝缘体，且不像石墨那样导电性良好。因此，随着碳浓度增大和脉石材料浓度减小，石墨晶体的导电性也增大，这是由于石墨优于脉石材料的优良电导率。

纯石墨归因于低表面能而在断裂平面上具有天然的疏水性。因此，常规的是，大多数常见的工业石墨纯化方法是通过浮选。然而，尽管石墨有天然漂浮性，但从例如长石、石英、云母和碳酸盐的脉石矿物分离通常需要使用化学界面活性剂和抑制剂，这使得处理较昂贵且对生态有影响。此外，石墨通过浮选仅能提纯到不大于95％的碳的程度，且在浮选之后，一些杂质散布回到石墨鳞片中。纯化石墨的其它方法涉及酸性浸滤和碱性焙烧，其不仅昂贵，而且还可能会引起环境污染。

因此，通过高效节能且环保的技术生产高等级石墨的需求极大。近年来，在石墨选矿中对微波加热的兴趣越来越大。微波照射具有许多优势，因为其允许快速且选择性的加热，同时还是环保的。然而，此方法需要高度复杂的装备，因此成本高昂。其它分离技术包含重力分离、两液分离和膜浮选。尽管这些技术颇有前景，但其确实需要额外的大量研究和相当大的投资。随着石墨烯的发展，对石墨的需求不断增大。此事实近来已推动了对新石墨矿床的勘探。由于这些石墨矿床通常比当前生产的石墨等级低，因此强烈需要采用新方法来保持石墨产品质量，同时遏制选矿工艺成本。

发明内容

在本发明中描述的方法和设备能够生产高纯度石墨，同时保持成本低且几乎对环境无影响。本发明与相关现有技术的主要差异是不存在任何化学品或赋形剂。此外，本发明中使用的唯一成分是水，其可以反复地使用且重新使用，而无需再循环。反应器设计的简单性与其低处理温度的组合也促成了本文中所描述的本发明的有效性。

本发明是针对用于通过将离心加速度施加到石墨片与水的混合物而从天然石墨片移除杂质的设备和方法。

在此描述的方法包括：a)制备水与天然石墨片的工作溶液；b)将所述工作溶液置于流动反应器中；c)使所述工作溶液在所述流动反应器中循环流动；因此，引起所述溶液的离心流动以及所述溶液中含有的所述石墨片的后续碰撞；d)经由浸滤和冲洗掉脉石材料以纯化石墨片；以及e)从所述工作溶液分离得到高纯度石墨片。

一种用于纯化天然石墨的设备，包括：

流动反应器；以及

至少两个叶轮。

本文中所描述的方法和设备可显著增大天然石墨中的碳含量。已通过多个测试确认了本发明的有效性，所述测试观察到电导率平均增大30％到40％。

附图说明

通过以下结合附图进行的对本发明的各个方面的详细描述可以更轻易地理解本发明的这些和其它特征。

图1示出用于通过对包含石墨片和水的混合物施加离心加速度而从所述石墨片移除杂质的设备。

具体实施方式