[發明專利]一種用于制備高純石墨的天然晶質石墨精粉活化方法

有效

• 申請號: 202010022722.2
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111017922B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 羅大偉;汪銳;黃艦
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: C01B32/215
• 分類號: C01B32/215
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李英

本發明公開了一種用于制備高純石墨的天然晶質石墨精粉活化方法，包括以下步驟：(1)在惰性氣體保護下，將石墨精粉加熱至1300℃?1400℃；(2)在惰性氣體保護下，將石墨精粉迅速降溫至450℃以下；(3)對石墨精粉進行細磨處理，然后再進行篩分處理。為后續的石墨提純工藝提供石墨精粉中間體，從而提高雜質的除雜效果，縮短除雜時間，提高除雜效率，降低除雜的成本。

技術領域

本發明涉及石墨提純領域，具體涉及一種用于制備高純石墨的天然晶質石墨精粉活化方法。

背景技術

天然石墨一般以石墨片巖、石墨片麻巖、含石墨的片巖及變質頁巖等礦石出現。石墨的化學成分為碳(C)。天然產出的石墨很少是純凈的，常含有雜質，包括SiO₂，Al₂O₃，MgO，CaO，P₂O₅，CuO，V2O5，H2O，S，FeO以及H，N，CO₂，CH₄，NH₃等。石墨的工藝性能及用途主要決定于其結晶程度，天然石墨依其結晶形態可分成晶質石墨(鱗片石墨)和隱晶質石墨(土狀石墨)兩種工業類型。

晶質(鱗片)石墨礦石中，石墨晶體直徑大于1μm，呈鱗片狀；礦石品位較低，但可選性好；與石墨伴生的礦物常有云母、長石、石英、透閃石、透輝石、石榴子石和少量黃鐵礦、方解石等，有的還伴生有金紅石及釩等有用組分；礦石呈鱗片狀、花崗鱗片或粒狀變晶結構，片狀、片麻狀或塊狀構造。石墨選礦生產線的選礦方法有浮選，電選，重選等，應用最廣泛的是浮選法。鱗片石墨具有較好的可浮性，因此，大都采用浮選法進行分選，在使用浮選藥劑中，國內通常用煤油或柴油作捕收劑，二號油或新型浮選油作起泡劑，經過多年的生產實踐，四號油被認為是理想的石墨選礦起泡劑。石墨礦石中常有云母等硅酸鹽礦物伴生，浮選時，為抑制這類礦物，可以使用水波動，淀粉，糊精，有機膠和纖維素等藥劑，如礦石中黃鐵礦含量較高，可以加石灰和氧化物。

經過浮選后的石墨，再采用各種提純技術進行除雜，可以得到高純石墨。固定碳在99％以上的石墨叫作高純石墨。隨材料行業的發展，其純度也變得越來越嚴苛，如科技部規定鱗片石墨純度C≥99.9％，微晶石墨純度C≥99％的石墨，同時具有一定粒徑、粒度分布及粒子形狀的石墨才是高純石墨。依靠其優良的導電導熱性，耐高溫熱震，抗腐蝕輻射特性，以及強度大、韌性好、自潤滑和易于精密加工等特點，高純石墨在化工、航天、冶金、電子和機械以及核能等領域得到了廣泛應用，作為一種新型材料，在新技術和高科技等領域已具備廣闊的應用空間和光明的應用前景。

石墨在國民經濟和基礎公共服務型產業中的重要地位與日俱增，各行業對石墨的純度要求亦越來越高，故開展石墨提純研究顯得格外重要。目前，國內外制備高純石墨的方法主要有兩大類：化學提純法，包括浮選法、堿酸法、氫氟酸法與氯化焙燒法；物理提純法，主要為高溫提純法。上述各種提純方法均是將天然石墨經過浮選后的石墨精粉直接進行提純。但是都存在一定的局限性。(1)堿酸法在工業生產上已得到廣泛應用。該提純方法一次性設備投資少、產品純度高、工藝流程簡單，生產設備常規，是現今石墨提純方法應用最廣泛的一種方法；但該提純法需要長時間高溫煅燒和酸浸，故能量消耗大，設備腐蝕嚴重，而且會產生污染性酸性廢水。(2)氫氟酸法提純效果較好，20世紀末在歐美已實現工業化生產。該法除雜效率高，產品純度高，不影響石墨產品本身性能，提純能耗低；但氟氫酸對環境影響嚴重，有毒且強腐蝕較性，生產設備需具有耐腐蝕性，生產人員須時刻采用安全防護措施，故生產成本高，回收率低。氫氟酸法提純過程中會產生毒性和腐蝕性較強的酸性廢水，需要妥善處理方可排放。(3)氯化焙燒法焙燒溫度低、氯氣消耗量小，因此氯化焙燒法生產成本較低，同時生產耗能少、產品純度和回收率高。但氯氣對環境影響極其惡劣，有毒且腐蝕性強，為減少污染降低設備腐蝕率，生產過程中需要嚴格密封處理；且提純效果有限，工藝穩定性較差，故較難在實際工業生產中得到應用。(4)高溫法提純效果極好，雜質含量低于0.005％，但高溫焙燒爐需單獨設計建造，故一次性設備投資多，生產成本高，生產規模受限制。由于國防、航天和超硬材料等行業急切需要大量的超高純石墨，一定程度上促進了高溫法制備超高純石墨產品工業化的發展。