[发明专利]石墨提纯法

说明书

本发明属于由中低碳品位的石墨原料一步提纯为高碳石墨的方法。

通常，提纯高碳石墨分物理法和化学法二大类。物理法主要有多级药剂浮选和高温（2500℃）提纯法。化学法又分干法和湿法二类。干法化学提纯是利用活泼的化学物质（如卤素及其化合物）通过石墨层，在一定的条件下与其中的杂质发生反应，转化为易挥发的物质从石墨中逸出，从而提高纯度，其需要高温反应设备，且只能除去主要杂质。湿法化学提纯是用氢氟酸处理后，再经浮选，洗至中性，脱水干燥，可得98%以上的高碳石墨，但对黑云母花岗岩和角闪岗岩等杂质，难以除去。目前，使用较广范的提纯高碳石墨的方法是用酸、碱分别处理，先用烧碱（或者纯碱）与石墨按一定比例混合，然后逐渐升温至500℃-700℃（纯碱为900℃），使其复分解，经水浸泡、洗涤，除去碱溶性杂质后，再用盐酸（或硫酸）处理，以溶解金属杂质，经水洗至中性，干燥而得产品。采用此法来提纯高碳石墨的主要缺点是须二步处理、耗酸、碱量大，高温下操作粉尘多，劳动强度大，设备腐蚀严重，废气、废液、废渣量大，漂洗时石墨流失多，回收率低，提高碳位一般未超过17个，通常使用含碳为85%以上的原料。日本JP57-170812专利公开了一种用HF和无机酸组成的混合酸剂湿法提纯石墨的方法，其存在有提纯幅度小、混合酸用量较大（尤其是HF）的问题，特别是对原料矿体组成的限制性大，适用范围小，所以很难应用于生产。

本发明的目的在于提出一种一步石墨提纯法，使之具有对原料的碳品位限制不严，提高碳位（数）幅度大，工艺简单，生产成本低，碳的回收利用率高等优点。

本发明的特征在于，采用由盐酸（HCL）、硝酸（HNO₃）（或硫酸（H₂SO₄））和氢氟酸（HF）组成的混合酸剂，在常温（0℃-65℃）下，湿法处理中低碳品位的石墨原料2-4天，每日搅拌数次，即可除去杂质，获得高碳石墨;在石墨原料中某些三价和四价的金属离子（如铁、锆、钛、铋、钪、锡……等等）存在较多时，则还需加入EDTA（乙二胺四乙酸）的盐类，以除去这些离子。混合酸剂的成份及用量是依据石墨原料的矿体组成和灰分成份及其含量的不同而配制的，按每百克石墨原料计，混合酸剂的成份及EDTA盐类的使用量的变化范围为：

浓盐酸：15～60ml

浓硝酸（或浓硫酸）：0～30ml

氢氟酸（40%）：15～60ml

另：EDTA盐类（0.3M）    2-15ml

上述的各种试剂允许按比例换算，使用浓度更稀或更高的，这些试剂可以分别加入，也可以混合加入，EDTA盐类的加入最好在HF之前，其提纯效果更好些。而水（或废酸母液）则可以做为上述试剂的补充，使得溶液淹没石墨原料，稍为过量为宜。在加入各种试剂之前，先用少许水（或废酸母液）将石墨原料润湿，其提纯效果会更好。

上述各种试剂使用量的调整是依照石墨原料的矿体组成和灰分成分及其含量而适当变化的。若硅的含量多，则氢氟酸的用量增大;含钙、钡、镁量大，不宜用硫酸;铝、钙、镁含量多时，宜先加硝酸，后加氢氟酸，且不宜过量，以防它们的氟化物沉淀。当锆、铁、铋、钛、钍、锡等三价和四价元素较多时，可加EDTA盐类，使其保留于母液中。对铁、铝、钴、锰、铜、钛、钠、钾等杂质用盐酸和硫酸均可，依含量多少而适当增减比例。总之，用本发明提出的混合酸剂处理石墨原料中的杂质，无论酸不溶性的或碱不溶性的，一般均可成为可溶性的化合物进入母液之中。经2-4天的处理，从母液看为黄色，粘度变小，搅拌时阻力减小，必要时可取出少量样品，洗净后检测其灰分，判定合格后，即可将处理料转入过滤设备进行洗涤，洗至中性，烘干后即得产品。过滤、洗涤和干燥等过程及其设备为一般化工技术人员和从事石墨加工提纯人员所公知的，在此不作介绍。但是，本发明采用的混合酸剂中有氢氟酸的存在，要求原料的浸泡处理设备最好用全塑或塑料衬里的容器，反应废气经管道被水箱吸收处理后，含氧化硅的沉淀可从下部排放;水液中含氟化氢可继续作吸收液;当浓度较大时，可作配料时的溶剂而被利用。对循环多次的废酸母液，可以用离子交换树脂分离后利用;也可用石灰中和至中性后，排放上层水液;沉淀为废渣，可填沟深埋处理。