[發(fā)明專利]一種石墨氯化焙燒提純的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010028266.2
• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111137884A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉明;曹子博;劉文;楊衛(wèi)民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/215
• 分類號(hào): C01B32/215
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 陳有業(yè);任永利

本發(fā)明公開(kāi)了一種石墨氯化焙燒提純的方法，其包括以下步驟：將石墨原料在400℃～1200℃溫度下，還原性氣體和氯化氣體氛圍下反應(yīng)2～16h，所述石墨中的雜質(zhì)形成了氣態(tài)的金屬絡(luò)合物；然后氣固分離，得到純度大于99.5％的提純后的石墨；其中所述氯化氣體為含鹵族元素氣體。本發(fā)明首次發(fā)現(xiàn)，將酸洗后的產(chǎn)品在400℃～1200℃的中低溫度下與還原性氣體和氯化氣體反應(yīng)，其中的氧化物雜質(zhì)會(huì)生成沸點(diǎn)低于1000℃的金屬絡(luò)合物，例如生成CaFeCl₄、NaAlCl₄、KMgCl₃，這些金屬絡(luò)合物以氣態(tài)形式隨還原性氣體和氯化氣體排出，可有效解決低溫化學(xué)提純最終產(chǎn)品純度不高，高溫焙燒提純投料要求高、成本高、設(shè)備復(fù)雜的問(wèn)題，提純后的產(chǎn)品純度大于99.5％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于非金屬產(chǎn)品純化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石墨氯化焙燒提純的方法。

背景技術(shù)

石墨材料，因其結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)，從而具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、耐高溫、化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，使其在高性能材料中具有較高應(yīng)用價(jià)值，廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、環(huán)保、化工、耐火、電子、醫(yī)藥、軍工和航空航天等領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，普通的高碳石墨產(chǎn)品已不能滿足各行各業(yè)的要求，因此需要進(jìn)一步提高石墨的純度。但是國(guó)內(nèi)石墨加工技術(shù)水平較低，產(chǎn)品多以原料和初級(jí)產(chǎn)品為主，產(chǎn)品的雜質(zhì)含量較高，使其應(yīng)用范圍受到限制。

天然石墨中的雜質(zhì)主要為：Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、MgO、CaO等，如表1所示是氧化物雜質(zhì)的熔沸點(diǎn)。天然石墨提純有多種方法，其中常用的有低溫化學(xué)提純和高溫焙燒提純。低溫化學(xué)提純是采用相應(yīng)的酸和堿溶液在一定溫度下對(duì)石墨進(jìn)行浸泡，獲得較高純度的石墨，純度一般在95％～99％之間。由于使用酸堿溶液，該方法會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，同時(shí)最主要的是該方法無(wú)法除去插層內(nèi)的雜質(zhì)，純度無(wú)法繼續(xù)提高。高溫焙燒提純是利用石墨的沸點(diǎn)極高，遠(yuǎn)高于雜質(zhì)硅酸鹽的沸點(diǎn)，因而采用極高的溫度，將硅酸鹽雜質(zhì)揮發(fā)，提純石墨。高溫焙燒提純法也會(huì)采用低沸氯化物液體或氣體氯化物、金屬氯化物等在高溫下對(duì)石墨進(jìn)行處理，利用金屬氯化物沸點(diǎn)低，高溫下氣化達(dá)到去除雜質(zhì)目的，如表2所示是對(duì)應(yīng)氯化物的熔沸點(diǎn)。

表1部分氧化物雜質(zhì)的熔沸點(diǎn)

表2部分氯化物的熔沸點(diǎn)

注：AlCl₃沸點(diǎn)低于熔點(diǎn)，優(yōu)先升華。

高溫法能夠生產(chǎn)99.99％以上的超高純石墨，但要求原料的碳含量要在99％以上，而且設(shè)備昂貴，投資巨大，生產(chǎn)規(guī)模又受到限制，電爐加熱技術(shù)要求嚴(yán)格。高溫焙燒提純法苛刻的生產(chǎn)條件使這種方法的應(yīng)用范圍極為有限，只有國(guó)防、航天等對(duì)石墨產(chǎn)品純度有特殊要求的場(chǎng)合才考慮采用該方法進(jìn)行石墨的小批量生產(chǎn)。而有不少專利和實(shí)驗(yàn)提出結(jié)合使用氟化氫、氯化氫、氟氣、氯氣等劇毒和腐蝕性氣體在3000℃以上的高溫條件下與石墨中雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)生成易揮發(fā)氯化物，進(jìn)而達(dá)到石墨提純的目的，但是這種方法會(huì)有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)并對(duì)設(shè)備有很大的腐蝕，故而極大削減了反應(yīng)器設(shè)備的使用壽命同時(shí)也會(huì)增加反應(yīng)器設(shè)計(jì)和維護(hù)成本。

為了解決上述問(wèn)題，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種石墨氯化焙燒提純的方法，其包括以下步驟：將石墨原料在400℃～1200℃溫度下，還原性氣體和氯化氣體氛圍下反應(yīng)2～16h，所述石墨中的雜質(zhì)形成了氣態(tài)的金屬絡(luò)合物；然后氣固分離，得到純度大于99.5％的提純后的石墨；其中所述氯化氣體即為含鹵族元素氣體。

優(yōu)選地，所述還原性氣體選自甲烷、乙烷、一氧化碳、氫氣中的一種或幾種。