一種天然隱晶質石墨提純的方法
2023-05-31 06:32:46 4
專利名稱：一種天然隱晶質石墨提純的方法
技術領域：
本發明涉及天然石墨提純方法，尤其是對天然隱晶質石墨為原料進行提純且對環境汙染小和能耗小的方法。
背景技術：
我國天然石墨(包括鱗片石墨和隱晶質石墨)資源豐富，石墨儲量、產量及出口量均居世界之首，但由於技術開發投入不夠，產品深加工水平較低，目前仍以原料生產及初加工產品為主。天然隱晶質石墨是我國的優勢礦產資源之一，主要用於鑄造、石墨電極、電池碳棒和增碳劑等方面，消耗量相對較小，因此我國的隱晶質石墨一直存在供大於求的局面，天然隱晶質石墨資源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成資源的浪費。鑑於天然隱晶質石墨 產品的技術含量和附加值極低，而我國市場需要的高純超細石墨則多數依賴進口，開展天然隱晶質石墨的提純新方法尤為緊迫。IU期對石墨提純主要集中在天然鱗片石墨，對隱晶質石墨的提純研究相對較少，同時隱晶質石墨的提純技術難度較大，也是制約其應用範圍的主要原因之一，目前隱晶質石墨的提純很多還是借鑑天然鱗片石墨的技術，常見的提純方法包括(I)浮選法；(2)鹼酸兩步法；(3)氫氟酸法；(4)氫氟酸-鹽(硫)酸法等。其中，浮選法成本最低，能耗和試劑消耗最少，但要獲得含碳量95%以上的石墨很難；氫氟酸法和氫氟酸-鹽(硫)酸法的除雜效率高，能耗也比較低，但由於氫氟酸的毒性大和強腐蝕性對環境造成汙染而使該法的應用範圍受到限制。鹼酸法提純後的石墨含量可達99%以上，但在鹼煅燒過程中需要高溫燒結、能量消耗大、設備腐蝕嚴重、提純工藝步驟長，因此有必要優化工藝條件，降低能量損耗，儘可能降低成本，提高效益。
發明內容
本發明的目的是針對現有鹼酸法提純石墨技術存在的缺陷，提供一種能量消耗小、環境汙染小，而且提純效率高的天然隱晶質石墨的提純方法。本發明的目的是通過以下方式實現的。—種天然隱晶質石墨提純的方法，包括以下步驟I)以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然後將溶液和石墨分離，洗滌後沉澱，最後經過濾、烘乾，製得鹼洗石墨；2)再將鹼洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸潰反應，然後將溶液和石墨分離，製得含酸石墨，洗滌後進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得含碳量在99%以上的隱晶質石墨。上述作為原料的天然隱晶質石墨的固定碳含量為80% 85% ;其在反應前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米。上述作為原料的天然隱晶質石墨、氫氧化鈉的質量百分數分別是30% 70%、30% 70%ο所述的助劑包括硼酸、偏硼酸鈉中的一種或兩種。上述助劑添加量為氫氧化鈉質量的1% 10%。上述步驟I)中加熱至60 150°C，同時充分攪拌溶液反應4 8h，然後將溶液和
石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7 8時，進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得鹼洗石
O上述步驟I)所使用的水和步驟2)使用的鹽酸、硫酸和氫氟酸以浸過固體原料即可。上述步驟2)使用的鹽酸的質量濃度為30% 37%，硫酸的質量濃度為85% 98% ；氫氟酸的質量濃度為30% 40% ;優先使用鹽酸或硫酸。上述步驟2)加熱到60 90°C時，同時進行攪拌、浸潰反應2 8小時，然後將溶液和石墨分離，製得含酸石墨用水洗滌至洗滌液PH值在5 7時，進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得含碳量在99%以上的隱晶質石墨。上述步驟I)反應時加入的水和洗滌石墨的水以及步驟2)洗滌石墨的水包括自來水。·本發明鹼洗過程中，為了降低能耗、儘可能除去隱晶質石墨中的二氧化矽和三氧化二鋁，達到高溫煅燒鹼熔融的效果，需要添加合適的助劑和水。也就是說本發明的關鍵技術是採用了助劑和水，達到鹼熔融狀態的效果，無需加熱到很高溫度，這樣可以降低能量損耗。而且尤其在酸洗鹼性石墨時使用鹽酸或硫酸，更加可以減少對環境的汙染。本發明提純方法能夠將固定碳含量在80 85%的隱晶質石墨提純到固定碳含量不小於99%，灰分含量不大於1%的高純度石墨，大大提升了隱晶質石墨的深加工水平，為後續的開發應用奠定了基礎。
圖I是本發明的一種實施流程圖。
具體實施例方式以下結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。實施例I參照圖I,將50g含碳量80%的隱晶質石墨加入反應容器中，其在反應前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米；加入30g氫氧化鈉和I. 8g硼酸，加入自來水配置成150ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置於油浴爐中，將電爐升溫至100°C攪拌4小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時沉澱；過濾，隨後放於恆溫鼓風乾燥箱烘乾2小時。將鹼溶樣品烘乾後稱取20g，加入37%鹽酸18. 5ml,自來水41. 5ml，在溫度為90 V反應2小時，反應後溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為6 7時沉澱；過濾，又重新放於乾燥箱中烘乾2小時，獲得含碳量99. 1%的石墨粉。實施例2參照圖I,將IOOg的含碳量85%的隱晶質石墨加入反應容器中，其在反應前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米；加入70g氫氧化鈉和3. 5g偏硼酸鈉，加入自來水配置成300ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置於油浴爐中，將電爐升溫至70°C攪拌4小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時沉澱；過濾，隨後放於恆溫鼓風乾燥箱烘乾2小時。將濃度為37%、密度為I. 17g/cm3的鹽酸412ml與鹼洗石墨80g加入反應容器，將反應容器加熱到60°C，同時進行攪拌、浸潰反應8小時，排除氣體。用抽濾瓶將溶液和石墨分離，分離出的溶液返回反應容器繼續使用，含酸的石墨經過濾洗滌至洗滌液PH值為7時，進行沉澱，取樣，再用37%的鹽酸浸泡3小時，過濾，水洗，過濾，設置烘箱溫度為110°C，烘乾10小時後製得含碳量99. 0%的石墨粉。實施例3參照圖1，將IOOg的含碳量83. 08%的隱晶質石墨加入反應容器中，加入50g氫氧化鈉和3. 5g硼酸,加入自來水配置成300ml溶液,用玻璃棒充分攪拌混合均勻置於油浴 爐中，將電爐升溫至100°C攪拌4小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時沉澱；過濾，隨後放於恆溫鼓風乾燥箱烘乾2小時。並將濃度為98%、密度為I. 84g/cm3的硫酸195ml與鹼洗石墨55g加入反應容器，將反應容器加熱到80°C，同時進行攪拌、浸潰反應5小時，排除氣體。用抽濾瓶將溶液和石墨分離，分離出的溶液返回反應容器繼續使用，含酸的石墨經過濾洗滌至洗滌液PH值為6時，進行沉澱，過濾，最後在烘箱內110°C下烘乾12小時後製得含碳量99%的石墨粉。本提純工藝技術採用氫氧化鈉、偏硼酸鈉或硼酸、鹽酸或硫酸或氫氟酸為主的兩步法提純隱晶質石墨，關鍵技術措施是加入助劑和水，從而可以使純化過程不需加熱到高溫而同樣可以獲得純度達99%以上的石墨。採用這種工藝，以能夠將含碳為80 85%的天然隱晶質石墨提純為含碳量不小於99%、灰分不大於1%的石墨，降低能量損耗及環境汙染程度，使隱晶質石墨原礦增值數十倍，能創造顯著經濟效益和社會效益。
權利要求
1.一種天然隱晶質石墨提純的方法，其特徵在於，包括以下步驟 .1)以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然後將溶液和石墨分離，洗滌後沉澱，最後經過濾、烘乾，製得鹼洗石墨； .2)再將鹼洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸潰反應，然後將溶液和石墨分離，製得含酸石墨，洗滌後進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得含碳量在99%以上的隱晶質石墨。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，作為原料的天然隱晶質石墨的固定碳含量為80% 85% ;其在反應前粉碎至50 200目，粒徑為0. 074 0. 28毫米。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，作為原料的天然隱晶質石墨、氫氧化鈉的質量百分數分別是30% 70%、30% 70%。
4.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述的助劑包括硼酸、偏硼酸鈉中的一種或兩種。
5.根據權利要求I或4所述的方法，其特徵在於，助劑添加量為氫氧化鈉質量的1% .10%。
6.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟I)中加熱至60 150°C，同時充分攪拌溶液反應4 8h，然後將溶液和石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7 8時，進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得鹼洗石墨。
7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於， 步驟I)所使用的水和步驟2)使用的鹽酸、硫酸和氫氟酸以浸過固體原料即可。
8.根據權利要求I或7所述的方法，其特徵在於，步驟2)使用鹽酸的質量濃度為30% .37%，硫酸的質量濃度為85% 98%，氫氟酸的質量濃度為30% 40%。
9.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，步驟2)加熱到60 90°C時，同時進行攪拌、浸潰反應2 8小時，然後將溶液和石墨分離，製得含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在.5 7時，進行沉澱，最後經過濾、供幹，製得含碳量在99%以上的隱晶質石墨。
10.根據權利要求I或6或7或9所述的方法，其特徵在於，步驟I)反應時加入的水和洗滌石墨的水以及步驟2 )洗滌石墨的水包括自來水。
全文摘要
本發明公開一種天然隱晶質石墨的提純方法。以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然後將溶液和石墨分離，洗滌後沉澱，最後經過濾、烘乾，製得鹼洗石墨；再將鹼洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸漬反應，然後將溶液和石墨分離，製得含酸石墨，洗滌後進行沉澱，最後經過濾、烘乾，製得含碳量在99%以上的隱晶質石墨。本發明提純方法能夠將固定碳含量在80%～85%的天然隱晶質石墨提純到固定碳含量不小於99%，灰分含量不大於1%的石墨，降低了能量損耗，避免了環境汙染，大大提升了隱晶質石墨的深加工水平，為後續的開發應用奠定了基礎。
文檔編號C01B31/04GK102701198SQ201210223039
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者匡加才, 唐維, 彭順文, 徐華, 曾麗舟, 謝煒, 鄧應軍 申請人:長沙理工大學