1石墨的提纯方法-浮选法
天然鳞片状石墨的品位一般只有1.5%~10%,由于其可浮性好,因此该种石墨的富集主要是浮选。浮选石墨精矿品位可达95%,通常为79%~90%。由于硅酸盐矿物浸染在石墨鳞片中,用选矿方法进一步富集比较困难,因此必须采用化学法或热力方法进一步除去石墨中的杂质。
隐晶石墨的品位一般较高,可达50~60%,个别矿山可产出品位在90%以上的高品位隐晶石墨,但由于该种石墨矿可选性差,一般选矿工艺只能有限提高其品位,因此隐晶石墨通常采用化学提纯法除掉石墨中的杂质,得到纯度较高的石墨。用物理选矿方法处理隐晶石墨效果不好,精矿品位不够高,石墨的回收率也很低,因此现代工业中需要的高碳隐晶石墨产品一般为化学法提纯隐晶石墨原矿来制取,必要时还可以采用热力学法以取得更高纯度的石墨产品。
另外,一些结晶程度低、粒度较细的鳞片状石墨可能发生鳞片弯曲、扭折以至于片状结构被破坏的现象,大大降低了石墨的可选性,尽管这样的石墨原矿符合鳞片状石墨的结构特性,仍普遍采用化学提纯法提高品位。
1.2 石墨的化学法除杂
石墨提纯的化学法是利用强酸、强碱或其他化合物作用于石墨中的杂质,使其转变为可溶于水的物质,经水洗烘干即得最终产品。
常用的方法有碱酸法、氯化焙烧法、氢氟酸法等。
1.2.1 碱酸法
碱酸法(高温熔融法)是化学提纯的主要方法,也是目前比较成熟的工艺。微晶石墨中矿物杂质多,化学处理的目的应是除去这些杂质的氧化物,如SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO、CaO 等。在600℃左右的高温锻烧时,微晶石墨中的杂质矿物可以分解变成氧化物,控制一定的烧碱用量和工艺参数,能使大部分硅除去,对于其他氧化物,可用盐酸与其反应形成可溶性盐而将其除去。
从矿物学角度看,石墨中的石英和高岭石较容易脱除,石英溶于碱,高岭石转化为水化铝硅酸钠,这类物质都具有不溶于水而溶于盐酸的特性,有利于石墨的脱灰。石英与碱反应生成的 硅酸钠Na2O · mSiO2,只要控制一定的温度,就可形成低模数可溶于水的硅酸钠,而其它盐则可溶于盐酸,反应物用水洗涤,就可达提纯之目的。
碱熔反应如下:
2NaOH+mSiO2→Na2O·mSiO2+H2O(气)
2NaOH+mSiO2+nAL2O3→Na2O·mSiO2·n AL2O3+ H2O(气)
2NaOH+mSiO2+n Fe2O3→Na2O·mSiO2·n Fe2O3+H2O(气)
2NaOH+mSiO2+nFe2O3+nAL2O3→Na2O·mSiO2·nFe2O3·nAL2O3+H2O(气)
该过程中生成的铁硅酸钠(Na2O·mSiO2·n Fe2O3)、铝硅酸钠(Na2O · mSiO2 · n AL2 O3)及铁铝硅酸钠(Na2O ·mSiO2·n Fe2O3·n AL2O3)的固溶体在水中的溶解度较小,但却能较容易地溶于酸中形成可溶的盐而被除去。
在酸浸过程中,应严格控制不让硅酸钠形成硅酸,因为Na2SiO3在酸液中,生成的H2SiO3 (偏硅酸)在放置或改变条件(如 加酸或加入电解质)时,就逐渐缩合形成多硅酸的胶体溶液(即硅酸溶胶)或生成含水量较大,而且透明有弹性的硅酸凝胶,难于根除。
酸浸反应如下:
Na2O·mSiO2+2(m+1)HCL→mH2SiO3+2NaCL
Na2O·mSiO2·kFe2O3·nAL2O3+[6(k+n)+2m]HCL→12mH2SiO3+2nALCL3+2kFeCL3+2NaCL+3(k+n)H2O
酸浸后反应物用水洗涤,就可达到提纯的目的,影响提纯效果的主要因素有配料、焙烧温度与时间、水洗强度等。
总的说来,在石墨中的杂质是一系列含铝、硅、铁、钙、镁、硫 的复杂化合物,这些杂质中只有少量具有水溶性,绝大多数需要通过焙烧、酸浸等过程,与各种试剂发生作用生成可溶性物质,从而与石墨之间相互粘结、锲合、穿插的固相难分离物转化为可溶于水的物相,然后通过洗涤,完成与石墨的分离,最终达到生 产高纯石墨的目的。