[发明专利]外场辅助的石墨快速提纯方法

说明书

本发明提供了一种外场辅助的石墨快速提纯方法，提纯后石墨的固定碳含量不少于99.95%，属于无机非金属材料技术领域。具体步骤：1）将石墨在外场中静置5~10min，加入冰水混合物，水温达到室温后加入氢氧化钠，再在外场中静置3~8min，水温达到室温后过滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性；2）将步骤1）所得产物置于混酸中，在外场中静置3~8min，水温达到室温后过滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性；3）将步骤2）所得产物置于去离子水中，再加入氢氧化钠，在外场中静置3~8min，水温达到室温后过滤，用去离子水洗涤至滤液呈中性，烘干至恒重，按照国家标准测定产物固定碳含量。本发明提供的方法流程简捷、低耗节能、省时高效、环保无毒，适合于大规模连续化生产。

技术领域

本发明提供了一种流程简捷、低耗节能、省时高效、环保无毒的外场辅助的石墨快速提纯方法，提纯后石墨的固定碳含量不少于99.95％，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

石墨是一种不可替代的战略性非金属矿物资源。石墨具有优异的耐腐蚀、耐高低温、抗辐射、导热、导电、自润滑等性能，在国民经济、现代科技和国防军事等领域起着重要的战略支撑作用。石墨及其制品是促进国民经济发展的基础原材料，也是推动高新技术产业发展的关键材料，更是国防军事建设不可或缺的战略材料，同时，还是多功能性的环保材料。提纯是将石墨矿物原料加工成石墨材料或石墨制品的技术前提。提纯效果的优劣决定着石墨材料或石墨制品的综合性能和使用范围，石墨纯度越高，应用附加值越高。无论何种领域的应用，石墨中固定碳的含量一般都要求在99～99.99％之间，甚至更高。因此，石墨提纯是加工制造石墨材料或制品的基础，是影响石墨产业发展的共性问题和核心问题。

我国石墨资源储量丰富，石墨地质成因全面，石墨矿石种类齐备，是世界最大的石墨资源出口国，同时也是石墨产品进口大国。因此，我国虽然是石墨资源大国，却不是石墨强国。我国石墨行业现有加工提纯技术仍然很落后，且地区间发展极不平衡，有些地区根本没有石墨提纯企业，仅仅是在卖石墨资源。以便宜的价格将中碳石墨卖给无石墨资源的发达国家，再以高于出口价格几十倍的代价购进高纯石墨或石墨深加工产品，致使我国石墨产业发展局面十分被动。为了尽快扭转这种被动的格局，使我国由石墨资源大国转变为石墨强国，必须大力发展石墨深加工产业，将石墨原料加工制造成石墨材料或石墨制品，而要达到这个目的，必须首先加强和深化石墨提纯技术的研究与发展。

现有的石墨提纯技术主要有浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法等，这些技术方法的工作原理各不相同，也各有优缺点。浮选法是利用石墨良好的天然可浮性，几乎所有石墨都可以通过浮选法进行提纯，为了保护晶质石墨的大尺寸鳞片，浮选工艺一般采用多段流程。浮选法能够将石墨的固定碳含量提高到80～90％，甚至95％左右。浮选法最大优点是能源和试剂消耗最少、成本最低。但是，以微细尺寸夹杂于石墨鳞片中的杂质，难以用磨矿的方式从石墨鳞片中解离出来，同时不利于保护石墨的大尺寸鳞片。因此，浮选法只是石墨提纯的初级手段。碱酸法包括两个反应过程：碱熔过程和酸浸过程。碱熔过程是在高温熔融状态下，碱和石墨中含硅的酸性杂质发生化学反应，形成可溶性盐，经洗涤除去杂质。酸浸过程是利用酸和金属氧化物杂质反应，同样形成可溶性盐，经洗涤与石墨分离。碱酸法具有一次性投资少、产品含碳量较高、设备简单、通用性强等优点，是我国石墨提纯企业应用最广泛的方法。碱酸法的主要缺点是高温煅烧消耗能量大、工艺流程长、设备腐蚀严重、石墨流失量大、废水污染严重。氢氟酸法利用氢氟酸和杂质反应形成可溶性物质或挥发物，经洗涤除去杂质。工艺流程简单、产品含碳量高、成本相对较低、对石墨产品性能影响较小。但是，氢氟酸有剧毒，使用过程中必须采取安全防护措施，同时，含氟废水也会造成严重的环境污染。氯化焙烧法是将石墨和还原剂混在一起，在特定设备和氯气气氛中高温焙烧，杂质元素与氯气反应，形成气相或凝聚相的氯化物，从而与石墨分离。氯化焙烧法提纯效率高、石墨回收率高。但是，工艺稳定性不好，而且氯气有毒，具有严重的腐蚀性，会产生严重的环境污染问题。高温法利用石墨与杂质熔沸点差异，在一定气氛下，加热至2700℃以上，杂质成分气化逸出。高温法提纯石墨，可使含碳量达到99.995％以上，这是高温法最大的优点。但是，耗能极大、设备要求极高，需专门设计，投资巨大。