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提纯石墨粉(石墨粉提纯)

发布时间:2022/09/21 作者: Meiqi
1.2.2 氯化焙烧法
氯化焙烧法是将细石墨粉掺加一定量还原剂,在高温和特定气氛下焙烧,再通入氯气进 行化学反应,生成气相或凝聚相的氯化物及络合物逸出,从而达到提纯石墨的目的。
SiO2+2CL2→SiCL4+CO2
2Fe2O3+6CL2→4FeCL3+3CO2
2AL2O3+6CL2+3C→4ALCL3+3CO2
石墨中的杂质在高温时可以分解成氧化物,如SiO2, Fe2O3, AL2O3,Mg O,这些氧化物的熔沸点较高。
在一定高温和气氛下通入氯气后发生氯化反应,使氧化物转变成熔沸点较低的氯化物。MgCL2、CaCL2熔沸点较高,但是在高温下可与其它三价金属氯化物生成沸点低于1000℃的金属络合物,例如生成CaFCL、KMgCL3.这些金属络合物开始以气态排出,但很快因温度降低而变成凝聚相,可以利用此特性进行废气处理。这样,在不太高的温度下,这些氯化物就会气化逸出,杂质就被排除在石墨体系之外时石墨就被提纯。

氯化焙烧法具有节能、提纯效率高(≥98%)、回收率高等优点,但尾气 难处理,污染严重、对设备腐蚀严重、氯气成本也较高等缺点限制了该方法的推广应用。

提纯石墨粉(石墨粉提纯)

1.2.3 氢氟酸法
任何硅酸盐都可以被氢氟酸溶解,这一性质使氢氟酸成为处理石墨中难溶矿物的特效试剂;自1979年以来,国内外相继开发了气态氟化氢和液态氢氟酸体系的酸法和氟化铵盐体系的净化新工艺。这一系列方法被统称为氢氟酸法。
液态氢氟酸法是利用石墨中的杂质和HF反应生成溶于水的化合物及挥发物,然后用水冲洗即可除去杂质。
提纯时把试样与一定比例的氢氟酸在预热后一起加入到带搅拌器的反应器中,待充分润湿后计时搅拌,反应器温度由恒温器控制,到达指定时间后及时脱除多余的酸液,滤液循环使用,滤饼经热水冲洗至中性后脱水烘干即得产品。所用浸取剂有氢氟酸,混合酸及废酸三部分。氢氟酸几乎同石墨中所有的杂质矿物质反应,对灰分的脱除率超过70%。随反应条件的强化,脱灰效果提高,脱灰率达到78%,反应达到一定程度后,再提高反应强度,并不能明显提高脱灰率,主要原因是HF在反应过程中生成部分沉淀如CaF2,MgF2等,沉积物的覆盖阻止了反应的进一步进行。
为解决上述问题,在氢氟酸中加入少量的可以溶解上述氟化物沉淀的酸类构成混合酸,如稀盐酸,硝酸或硫酸等。可以近一步除去Ca,Mg,Fe等杂质元素的化合物。用化学方程式表示上述过程:
Na2O+2HF→2NaF+H2O

K2O+2HF→2KF+H2O

提纯石墨粉(石墨粉提纯)

SiO2+4HF→H2SiF6
CaO+2HF→CaF2↓+ H2O
AL2O3+6HF→2ALF3+3H2O
MgO+2HF→MgF2↓+ H2O
Fe2O3+6HF→2FeF3↓+3H2O
当有混合酸存在时,同时进行如下反应:
CaF2+H2SiF6→CaSi6+2HF
MgF2+ H2SiF6→MgSiF6 +2HF
2FeF3 + 3H2SiF6→Fe(SiF 6)3 +6HF
当有盐酸或稀硝酸存在时,难溶的氟化物溶解度大大增加。氢氟酸和混合酸在常温常压下几乎可以溶解全部的矿物 质,是一种较理想的去除矿物质的化学脱灰剂。

1.3 高温法提纯石墨

提纯石墨粉(石墨粉提纯)

石墨的一个重要性质就是具有高的熔点和沸点,石墨是自然界中熔点最高的物质之一(升华点:3850±50℃),而硅酸盐矿物的沸点都在2750℃(石英沸点)以下,因此理论上认为,只要将石墨加热到2700℃以上就可以利用杂质沸点低的性质,使它们率先气化而脱除,保温一定时间后,就可以将所有杂质除掉,这就是高温法提纯石墨的理论基础。

将高碳石墨粉直接装炉石墨化提纯或把石墨装入坩锅内石墨化提纯,利用高温下天然石墨中灰分大都能汽化逸出以及石墨耐高温的性质、石墨坩锅具有良好导电导热、耐高温特性(因石墨坩锅的灰分经过2700℃以上高温气化逸出)而采取的一种纯化方法,故高温石墨化提纯成为今后碳素生产厂家采取的一种有效提纯方法。

1.4 石墨提纯方法的优缺点比较
1.4.1 浮选法
尽管浮选法是一种较常用的方法,它是矿物常规提纯方案中能耗和试剂消耗最少、成本最低的一种,这是选矿法提纯石墨的最大优点。但使用选矿法提纯隐晶墨时只能使石墨的品位得到有限的提高,对于鳞片状石墨,浮选后的精矿品常为80~90%,高者可达95%左右,而进一步提商品位却是非常困难的。
原硅酸盐矿物和K、Na、ca、Mg、AL等元素的化合物呈极细状态浸染在石墨鳞片中,再用多段磨矿非但不能将其单体解离,而且不利于保护石墨大鳞片。因此,采用浮选的方法进一步提高石墨品位是 很有限度的。若要获得含碳量99%左右的高碳石墨,须用化学方法提纯石墨。
化学提纯法的优点为:化学法提纯可使隐晶石墨含碳量达99%以上,具有一次性投资少,产品品位较高以及适应性强等特点。

提纯石墨粉(石墨粉提纯)
酸碱法是现今在我国应用最广泛的方法,它除了具有以上提到的化学提纯法的固有特点外,还具有设备易实现、通用性强(除石墨外,许多非金属矿的提纯都可以采用碱酸法)的优点, 其缺点则是生产成本高、石墨流失量大以及废水污染严重。
高温法的最大优点:产品含碳量极高,可达99.995%以上,缺点是须专门设计建造高温炉,设备昂贵,投资巨大。另外,高额的电费也使这种方法的应用范围极为有限,只有国防、航天等对石墨产 品纯度有特殊要求的场合才考虑采用该方法进行石墨的小批量生产。
氯化焙烧法的优势在于低的焙烧温度和氯气消耗量使石墨的生产成本有较大的降低,同时石墨产品的含碳量与氢氟酸法的相当,相比之下氯化焙烧法的回收率较高,其次是氯化焙烧法的三 废处理较为容易。
氢氟酸法最主要的优点是除杂效率高,所得产品的品位高、对石墨产品的性能影响小、能耗低。缺点是氢氟酸 有剧毒和强腐蚀性,生产过程中必须有严格的安全防护措施,对于设备的要求也导致成本的升高,另外氢氟酸法产生的废水毒性 和腐蚀性都很强,需要严格处理后才能排放,环保环节的投入使氢氟酸法成本低的优点大打折扣。
综合考虑各种提纯方法的优缺点,化学提纯方法中的碱酸法更易于在实验室中操作。


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石墨粉可以分类为人造石墨,天然石墨,可膨胀石墨,鳞片状石墨,土状石墨粉,球形石墨,从粒度可分为超细石墨粉,石墨微粉,纳米超细低温膨胀石墨,高纯球形石墨导电导热效果好,堆积密度高,回收率高,阴极球形石墨导电性能好等特点。
合作单位: 微粉石墨球形石墨