[發明專利]用于石墨純化的液基方法和設備

在審

• 申請號: 201711071753.1
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN108654828A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 謝爾蓋·阿列克謝耶夫;鮑里斯·戈德斯坦
• 申請（專利權）人: 納米石墨烯股份有限公司
• 主分類號: B03B7/00
• 分類號: B03B7/00;B04B5/10
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明涉及用于純化天然石墨的設備和方法，其通過移除脈石材料以增大石墨片中的碳的濃度。本發明的要旨是將離心加速度施加到水與石墨片的混合物。施加的加速度使得石墨片彼此碰撞；因此，觸發脈石材料從石墨片中分離且被沖洗掉。所提供的方法簡單，因為其不需要復雜裝備，且可以在石墨礦床附近實施，這進一步降低了運輸和總體生產成本。

技術領域

本發明涉及碳材料、石墨材料和天然石墨選礦的技術領域。具體來說，本發明描述用于通過使石墨片與水的混合物經受離心加速度而從石墨片移除雜質的設備和方法。

背景技術

石墨，作為天然存在結晶碳的最常見的多晶型物，在許多不同產品(例如蓄電池、耐火材料、電氣產品，等等)的生產中都廣泛使用。石墨是一種獨特的材料，因為作為共價物質，其不應導電，然而其確實導電。石墨為純碳物質，其中其價電子中的三個共價鍵結到三個其它碳原子。然而，第四價電子不受約束，且因此可以自由移動。此類價電子允許電流在特定方向上流過石墨物質。

脈石材料和存在于石墨中的其它雜質為天然絕緣體，且不像石墨那樣導電性良好。因此，隨著碳濃度增大和脈石材料濃度減小，石墨晶體的導電性也增大，這是由于石墨優于脈石材料的優良電導率。

純石墨歸因于低表面能而在斷裂平面上具有天然的疏水性。因此，常規的是，大多數常見的工業石墨純化方法是通過浮選。然而，盡管石墨有天然漂浮性，但從例如長石、石英、云母和碳酸鹽的脈石礦物分離通常需要使用化學界面活性劑和抑制劑，這使得處理較昂貴且對生態有影響。此外，石墨通過浮選僅能提純到不大于95％的碳的程度，且在浮選之后，一些雜質散布回到石墨鱗片中。純化石墨的其它方法涉及酸性浸濾和堿性焙燒，其不僅昂貴，而且還可能會引起環境污染。

因此，通過高效節能且環保的技術生產高等級石墨的需求極大。近年來，在石墨選礦中對微波加熱的興趣越來越大。微波照射具有許多優勢，因為其允許快速且選擇性的加熱，同時還是環保的。然而，此方法需要高度復雜的裝備，因此成本高昂。其它分離技術包含重力分離、兩液分離和膜浮選。盡管這些技術頗有前景，但其確實需要額外的大量研究和相當大的投資。隨著石墨烯的發展，對石墨的需求不斷增大。此事實近來已推動了對新石墨礦床的勘探。由于這些石墨礦床通常比當前生產的石墨等級低，因此強烈需要采用新方法來保持石墨產品質量，同時遏制選礦工藝成本。

發明內容

在本發明中描述的方法和設備能夠生產高純度石墨，同時保持成本低且幾乎對環境無影響。本發明與相關現有技術的主要差異是不存在任何化學品或賦形劑。此外，本發明中使用的唯一成分是水，其可以反復地使用且重新使用，而無需再循環。反應器設計的簡單性與其低處理溫度的組合也促成了本文中所描述的本發明的有效性。

本發明是針對用于通過將離心加速度施加到石墨片與水的混合物而從天然石墨片移除雜質的設備和方法。

在此描述的方法包括：a)制備水與天然石墨片的工作溶液；b)將所述工作溶液置于流動反應器中；c)使所述工作溶液在所述流動反應器中循環流動；因此，引起所述溶液的離心流動以及所述溶液中含有的所述石墨片的后續碰撞；d)經由浸濾和沖洗掉脈石材料以純化石墨片；以及e)從所述工作溶液分離得到高純度石墨片。

一種用于純化天然石墨的設備，包括：

流動反應器；以及

至少兩個葉輪。

本文中所描述的方法和設備可顯著增大天然石墨中的碳含量。已通過多個測試確認了本發明的有效性，所述測試觀察到電導率平均增大30％到40％。

附圖說明

通過以下結合附圖進行的對本發明的各個方面的詳細描述可以更輕易地理解本發明的這些和其它特征。

圖1示出用于通過對包含石墨片和水的混合物施加離心加速度而從所述石墨片移除雜質的設備。

具體實施方式