[发明专利]可膨胀石墨的制法

说明书

本发明涉及碳的制备领域，特别涉及可膨胀石墨的制备方法。

碳素工业是现代国民经济的组成部门之一，因为碳和石墨具有一系列优良的物理化学性能，所以广泛应用于冶金、化工、机械、电子、核工业和航天工业等各个领域。可膨胀石墨作为一个分支是七十年代发展起来的具有许多优良特性的新颖填料、密封材料，它除了保持石墨耐高温、耐腐蚀、耐辐射、自润滑等特性外，它还具有回弹性、密封性、低密度性等，可用来作填料、内衬、垫圈及管道密封件等。常用作为密封材料的制品原料如石棉可用可膨胀石墨取代，从而能防止石棉的致癌的缺点。在西方发达国家如美国、日本以石墨制品替换石棉制品的更换率在45%到50%之间，而我国仅有20%左右，因此可膨胀石墨的研制具有重大意义，特别是我国石墨矿资源丰富、品位高、价格低廉;同时石墨密封材料在国内外市场上均极为广阔。

石墨是由碳六角网平面堆叠起来的层状结构，每层平面的结合力非常强，形成致密的网状平面，但是，和每层平面成直角方向上的层与层之间的结合力由Vander    Weal's力担当，其结合力弱、在层间相对地留有广阔的空间，为此，在适当条件下，约有100种化学物质如酸、碱金属、卤素、氯化物等易于侵入该石墨层间中，并与碳原子结合，形成石墨层间化合物。将此石墨层间化合物进行加热处理，则被分解，仍然回复到具有原来结晶构造的石墨状态。当在适当温度下进行加热处理时，如加热快速，则该层间化合物的分解生成物瞬间形成蒸汽而逸去，这时，在石墨结晶的C-轴方向膨胀100～400倍，使石墨变成可膨胀蠕虫状石墨，其膨松度非常小。这种膨胀化石墨的绝热性优良，除在非氧化气氛下用作超高温绝热材料外，还可以其作为原料，单独或与粘合剂一起加以压缩，制成种种形状的成型品，用作衬垫密封材料。

一般制备可膨胀石墨的方法是：将各向异性大的石墨粉末在浓硫酸中浸渍，再在其中加入少量的过氯酸，则生成以O_nHSO₄·2H₁O₄表示的石墨酸性硫酸盐层间化合物，将该石墨充分水洗后，快速加热到约900℃，使产生蠕虫状膨胀化石墨。在这种用药品浸渍的方法中使用硫酸作为层间入侵物，该硫酸用16摩尔/升以上的高浓度硫酸，同时还要并用过氯酸等强氧化剂。由于其强氧化性，因而难于处理，有害气体的发生以及对作业环境的污染形成公害，在实际生产中出现许多问题。此外，随着反应的进行，由于所用反应物质的浓度变化，所生成层间化合物的成分部分地不均匀，因之，在随后的加热处理时，其膨胀也不均匀。

后来为了克服上述化学药品浸渍法的缺点，以电解代替氧化剂，也即将反应物质作为电解液，在电解槽内以石墨作为阳极进行氧化处理。然而，用这种处理过的石墨在加热时大量反应物质被蒸汽化，不但恶化作业环境，而且其膨胀化程度比上述浸渍法还稍小些。

特开昭56-18532公开了一种改善的电解氧化法，提供了下列方法：在含有生成石墨层间化合物物质的电解液中，使该物质与石墨反应，从而使石墨被阳极氧化处理，在生成石墨层间化合物后，再进行阴极还原，反复多次，使该经合物电化分解，随后再进行加热处理，制备可膨胀石墨;所用反应物质中有硝酸、硫酸、磷酸，反应物质浓度为0.5摩尔/升～20摩尔/升之间。

特开昭56-18532专利申请虽然在制备方法上前进了一步，但是该申请有许多不足之处：

1.所用阳极氧化法要采用阳极室，电解槽设备结构复杂，且易于损坏;

2.电消耗大;

3.产品有不均匀现象（有死角），易过氧化;

4.该专利申请的制品是用强酸作为反应物质，尽管最后要进行快速加热处理，但是在膨胀石墨中（在用硫酸为反应物的场合）仍然残留有50～200ppm的硫酸根及500～1000ppm的含硫酸热解生成物。因此，在使用这种膨胀石墨作密封材料时，残留于石墨中的硫酸根及硫酸热解生成物等就会对密封面的金属进行腐蚀，其它酸性反应物也是如此。

本发明的目的在于：提供一种采用以硫酸作为反应物，反复进行阳极氧化和阴极还原的改进方法，该方法具有设备简单、节电、节约成本、产品能对密封面金属表面无腐蚀性等优点。

本发明目的是这样达到的：采用简单电解槽结构，定时自动换相，经电解处理，水洗和脱水后的石墨进行磷酸盐浸渍处理和膨胀热处理，本发明目的就完全达到了。

以下结合实施例附图对本发明进行详细说明：

附图1是本发明工艺流程图。

在附图中：1是电解槽，2是水洗槽，3是离心机，4是浸渍罐，5是离心机，6是烘干机。