[发明专利]一种脉冲中、高频电感应加热石墨提纯炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过脉冲电涡流使天然石墨与杂质在高温下分离的设备，所得产品具有非常高的纯度，具体的是涉及一种脉冲中、高频电感应加热石墨提纯炉。

背景技术

天然石墨由于其独特功能及稀缺性，已成为工业化国家必争的战略性原材料。欧盟于2010年将石墨列为“生死攸关的原料”之一。鉴于国际上对石墨资源的高度重视，天然石墨的国际市场价值凸显，为此我国科技部专门编制了《石墨产业科技发展（2012-2020年）专项规划》，我国也已将石墨新材料列为战略性新型产业的重要组成部分。

虽然我国石墨资源储量和天然石墨产量均居世界第一，但并未将石墨的资源优势转化为材料优势，其中重要的原因便是石墨的提纯工艺方法及设备落后，目前无一不是采用氢氟酸、盐酸加硫酸的湿式酸溶法，不仅消耗大量的水资源，而且对环境产生严重污染的同时还使得所提纯石墨的物理化学性能有所降低。而国外采用的艾奇逊间歇高温法虽能节约水资源，但由于提纯工艺、加热源技术落后且需加氯气、氟气，故具有能耗高（提纯1t石墨需1.5万度电）、污染环境、炉内温度分布不均匀从而导致产品质量不稳定等缺点。

据天然石墨的生成条件及理化性质可知，石墨晶体内部往往不含杂质，但由于石墨晶体硬度较小，其莫氏硬度只有1-2，故结晶后的石墨其边缘往往会附着有或刺有其它杂质化合物（主要是金属的硅酸盐、铝硅酸盐、氧化物等）；另据石墨具有气化温度（绝氧为4500℃）高之特点，使我们有可能利用石墨与其它杂质气化温度之不同，在一定温度范围内使石墨与杂质分离，从而使石墨纯化。

目前我国有关石墨高温提纯方法及设备的专利如CN101462716A、CN1040638C，其前者需加入含氯化合物-HCl和含氟化合物-HF，后者则需加入氯气，用上述方法提纯石墨，工人劳动条件艰苦，有害气体对环境污染严重，能源消耗大（7000-7500kwh/t），产量低，生产成本高；而中国专利CN201362594虽然生产成本较低，但仍存在加入氯气从而污染环境的缺点；中国专利CN2690373Y其生产条件为高温、真空环境，故具有生产成本高且生产过程不易控制、难以实现工业化规模生产等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种脉冲中、高频电感应加热石墨提纯炉，其对环境友好、高效、结构新颖、设计合理、符合国情、具有实用推广价值。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种脉冲中、高频电感应加热石墨提纯炉，包括有原料仓和炉体，其特征是原料仓下端通过第一阀门与中间料仓相接，中间料仓再通过第一密闭卸料器与炉体上端内的全封闭式且由碳材料构成的圆锥体料仓相连，圆锥体料仓内的炉内给料器将石墨均匀给入炉体，炉体内依次设置有高温加热区、强制水冷区；在高温加热区设有第一气体出口、第二气体出口、第一红外测温装置和第二红外测温装置，第一气体出口、第二气体出口分别与强制水冷区的第一冷凝收集装置、第二冷凝收集装置相连，炉体的底部设有惰性气体入口；炉体由缠绕中、高频加热线圈的刚玉管体、高温绝热填料夹层和石墨碳管内层所组成，所述的中、高频加热线圈通过导线与电源相连组成脉冲中、高频电感应加热源；炉体底部设置有第十一阀门和第四密闭卸料器，以控制卸料。

按上述方案，中间料仓与圆锥体料仓具有相同容积。

按上述方案，所述的炉体下端还设置有冷却水循环及处理系统。

本发明利用脉冲中、高频电感应加热源，使处于其中的导体石墨在有惰性气体且绝氧的微正压（气流向上流动）环境中，内生脉冲电涡流并闪速升温至2900-3300℃且仍为固态，与石墨共存的固体杂质便快速挥发为气体，于是通过石墨与气流的反方向运动，便可实现固、气分离，在炉体底部对石墨收集后便得高纯石墨产品，而杂质气体则在炉体顶部经冷却凝固成为纳米级固体物质，可作为副产品回收利用。

本发明的石墨进入圆锥体料仓是断续的、周期性的，该过程首先将第一阀门打开使石墨落入中间料仓，同时打开第二阀门与惰性气体控制第三阀门以让惰性气体取代其中之空气，而后关闭第二阀门，启动密闭卸料器将石墨与惰性气体一起送入炉内的圆锥体料仓内，而后进入下一个循环；中间料仓与圆锥体料仓具有相同容积，且圆锥体料仓内石墨的排空时间与中间料仓内石墨的一个循环（石墨给入、充入惰性气体和排完石墨）时间严格相同，从而可使其生产过程表现为炉膛内石墨的进料、提纯和排料是连续的，而中间料仓内石墨的进料与排料则是断续的、周期性的。