[實(shí)用新型]一種脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱石墨提純爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320264902.7
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN203269576U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田金星;羅亞田
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種通過脈沖電渦流使天然石墨與雜質(zhì)在高溫下分離的設(shè)備，所得產(chǎn)品具有非常高的純度，具體的是涉及一種脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱石墨提純爐。

背景技術(shù)

天然石墨由于其獨(dú)特功能及稀缺性，已成為工業(yè)化國家必爭的戰(zhàn)略性原材料。歐盟于2010年將石墨列為“生死攸關(guān)的原料”之一。鑒于國際上對石墨資源的高度重視，天然石墨的國際市場價值凸顯，為此我國科技部專門編制了《石墨產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展（2012-2020年）專項規(guī)劃》，我國也已將石墨新材料列為戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。

雖然我國石墨資源儲量和天然石墨產(chǎn)量均居世界第一，但并未將石墨的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為材料優(yōu)勢，其中重要的原因便是石墨的提純工藝方法及設(shè)備落后，目前無一不是采用氫氟酸、鹽酸加硫酸的濕式酸溶法，不僅消耗大量的水資源，而且對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染的同時還使得所提純石墨的物理化學(xué)性能有所降低。而國外采用的艾奇遜間歇高溫法雖能節(jié)約水資源，但由于提純工藝、加熱源技術(shù)落后且需加氯氣、氟氣，故具有能耗高（提純1t石墨需1.5萬度電）、污染環(huán)境、爐內(nèi)溫度分布不均勻從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

據(jù)天然石墨的生成條件及理化性質(zhì)可知，石墨晶體內(nèi)部往往不含雜質(zhì)，但由于石墨晶體硬度較小，其莫氏硬度只有1-2，故結(jié)晶后的石墨其邊緣往往會附著有或刺有其它雜質(zhì)化合物（主要是金屬的硅酸鹽、鋁硅酸鹽、氧化物等）；另據(jù)石墨具有氣化溫度（絕氧為4500℃）高之特點(diǎn)，使我們有可能利用石墨與其它雜質(zhì)氣化溫度之不同，在一定溫度范圍內(nèi)使石墨與雜質(zhì)分離，從而使石墨純化。

目前我國有關(guān)石墨高溫提純方法及設(shè)備的專利如CN101462716A、CN1040638C，其前者需加入含氯化合物-HCl和含氟化合物-HF，后者則需加入氯氣，用上述方法提純石墨，工人勞動條件艱苦，有害氣體對環(huán)境污染嚴(yán)重，能源消耗大（7000-7500kwh/t），產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本高；而中國專利CN201362594雖然生產(chǎn)成本較低，但仍存在加入氯氣從而污染環(huán)境的缺點(diǎn)；中國專利CN2690373Y其生產(chǎn)條件為高溫、真空環(huán)境，故具有生產(chǎn)成本高且生產(chǎn)過程不易控制、難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出一種脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱石墨提純爐，其對環(huán)境友好、高效、結(jié)構(gòu)新穎、設(shè)計合理、符合國情、具有實(shí)用推廣價值。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱石墨提純爐，包括有原料倉和爐體，其特征是原料倉下端通過第一閥門與中間料倉相接，中間料倉再通過第一密閉卸料器與爐體上端內(nèi)的全封閉式且由碳材料構(gòu)成的圓錐體料倉相連，圓錐體料倉內(nèi)的爐內(nèi)給料器將石墨均勻給入爐體，爐體內(nèi)依次設(shè)置有高溫加熱區(qū)、強(qiáng)制水冷區(qū)；在高溫加熱區(qū)設(shè)有第一氣體出口、第二氣體出口、第一紅外測溫裝置和第二紅外測溫裝置，第一氣體出口、第二氣體出口分別與強(qiáng)制水冷區(qū)的第一冷凝收集裝置、第二冷凝收集裝置相連，爐體的底部設(shè)有惰性氣體入口；爐體由纏繞中、高頻加熱線圈的剛玉管體、高溫絕熱填料夾層和石墨碳管內(nèi)層所組成，所述的中、高頻加熱線圈通過導(dǎo)線與電源相連組成脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱源；爐體底部設(shè)置有第十一閥門和第四密閉卸料器，以控制卸料。

按上述方案，中間料倉與圓錐體料倉具有相同容積。

按上述方案，所述的爐體下端還設(shè)置有冷卻水循環(huán)及處理系統(tǒng)。

本實(shí)用新型利用脈沖中、高頻電感應(yīng)加熱源，使處于其中的導(dǎo)體石墨在有惰性氣體且絕氧的微正壓（氣流向上流動）環(huán)境中，內(nèi)生脈沖電渦流并閃速升溫至2900-3300℃且仍為固態(tài)，與石墨共存的固體雜質(zhì)便快速揮發(fā)為氣體，于是通過石墨與氣流的反方向運(yùn)動，便可實(shí)現(xiàn)固、氣分離，在爐體底部對石墨收集后便得高純石墨產(chǎn)品，而雜質(zhì)氣體則在爐體頂部經(jīng)冷卻凝固成為納米級固體物質(zhì)，可作為副產(chǎn)品回收利用。

本實(shí)用新型的石墨進(jìn)入圓錐體料倉是斷續(xù)的、周期性的，該過程首先將第一閥門打開使石墨落入中間料倉，同時打開第二閥門與惰性氣體控制第三閥門以讓惰性氣體取代其中之空氣，而后關(guān)閉第二閥門，啟動密閉卸料器將石墨與惰性氣體一起送入爐內(nèi)的圓錐體料倉內(nèi)，而后進(jìn)入下一個循環(huán)；中間料倉與圓錐體料倉具有相同容積，且圓錐體料倉內(nèi)石墨的排空時間與中間料倉內(nèi)石墨的一個循環(huán)（石墨給入、充入惰性氣體和排完石墨）時間嚴(yán)格相同，從而可使其生產(chǎn)過程表現(xiàn)為爐膛內(nèi)石墨的進(jìn)料、提純和排料是連續(xù)的，而中間料倉內(nèi)石墨的進(jìn)料與排料則是斷續(xù)的、周期性的。