[发明专利]一种用于制备高纯石墨的天然晶质石墨精粉活化方法

说明书

本发明公开了一种用于制备高纯石墨的天然晶质石墨精粉活化方法，包括以下步骤：(1)在惰性气体保护下，将石墨精粉加热至1300℃‑1400℃；(2)在惰性气体保护下，将石墨精粉迅速降温至450℃以下；(3)对石墨精粉进行细磨处理，然后再进行筛分处理。为后续的石墨提纯工艺提供石墨精粉中间体，从而提高杂质的除杂效果，缩短除杂时间，提高除杂效率，降低除杂的成本。

技术领域

本发明涉及石墨提纯领域，具体涉及一种用于制备高纯石墨的天然晶质石墨精粉活化方法。

背景技术

天然石墨一般以石墨片岩、石墨片麻岩、含石墨的片岩及变质页岩等矿石出现。石墨的化学成分为碳(C)。天然产出的石墨很少是纯净的，常含有杂质，包括SiO₂，Al₂O₃，MgO，CaO，P₂O₅，CuO，V2O5，H2O，S，FeO以及H，N，CO₂，CH₄，NH₃等。石墨的工艺性能及用途主要决定于其结晶程度，天然石墨依其结晶形态可分成晶质石墨(鳞片石墨)和隐晶质石墨(土状石墨)两种工业类型。

晶质(鳞片)石墨矿石中，石墨晶体直径大于1μm，呈鳞片状；矿石品位较低，但可选性好；与石墨伴生的矿物常有云母、长石、石英、透闪石、透辉石、石榴子石和少量黄铁矿、方解石等，有的还伴生有金红石及钒等有用组分；矿石呈鳞片状、花岗鳞片或粒状变晶结构，片状、片麻状或块状构造。石墨选矿生产线的选矿方法有浮选，电选，重选等，应用最广泛的是浮选法。鳞片石墨具有较好的可浮性，因此，大都采用浮选法进行分选，在使用浮选药剂中，国内通常用煤油或柴油作捕收剂，二号油或新型浮选油作起泡剂，经过多年的生产实践，四号油被认为是理想的石墨选矿起泡剂。石墨矿石中常有云母等硅酸盐矿物伴生，浮选时，为抑制这类矿物，可以使用水波动，淀粉，糊精，有机胶和纤维素等药剂，如矿石中黄铁矿含量较高，可以加石灰和氧化物。

经过浮选后的石墨，再采用各种提纯技术进行除杂，可以得到高纯石墨。固定碳在99％以上的石墨叫作高纯石墨。随材料行业的发展，其纯度也变得越来越严苛，如科技部规定鳞片石墨纯度C≥99.9％，微晶石墨纯度C≥99％的石墨，同时具有一定粒径、粒度分布及粒子形状的石墨才是高纯石墨。依靠其优良的导电导热性，耐高温热震，抗腐蚀辐射特性，以及强度大、韧性好、自润滑和易于精密加工等特点，高纯石墨在化工、航天、冶金、电子和机械以及核能等领域得到了广泛应用，作为一种新型材料，在新技术和高科技等领域已具备广阔的应用空间和光明的应用前景。

石墨在国民经济和基础公共服务型产业中的重要地位与日俱增，各行业对石墨的纯度要求亦越来越高，故开展石墨提纯研究显得格外重要。目前，国内外制备高纯石墨的方法主要有两大类：化学提纯法，包括浮选法、碱酸法、氢氟酸法与氯化焙烧法；物理提纯法，主要为高温提纯法。上述各种提纯方法均是将天然石墨经过浮选后的石墨精粉直接进行提纯。但是都存在一定的局限性。(1)碱酸法在工业生产上已得到广泛应用。该提纯方法一次性设备投资少、产品纯度高、工艺流程简单，生产设备常规，是现今石墨提纯方法应用最广泛的一种方法；但该提纯法需要长时间高温煅烧和酸浸，故能量消耗大，设备腐蚀严重，而且会产生污染性酸性废水。(2)氢氟酸法提纯效果较好，20世纪末在欧美已实现工业化生产。该法除杂效率高，产品纯度高，不影响石墨产品本身性能，提纯能耗低；但氟氢酸对环境影响严重，有毒且强腐蚀较性，生产设备需具有耐腐蚀性，生产人员须时刻采用安全防护措施，故生产成本高，回收率低。氢氟酸法提纯过程中会产生毒性和腐蚀性较强的酸性废水，需要妥善处理方可排放。(3)氯化焙烧法焙烧温度低、氯气消耗量小，因此氯化焙烧法生产成本较低，同时生产耗能少、产品纯度和回收率高。但氯气对环境影响极其恶劣，有毒且腐蚀性强，为减少污染降低设备腐蚀率，生产过程中需要严格密封处理；且提纯效果有限，工艺稳定性较差，故较难在实际工业生产中得到应用。(4)高温法提纯效果极好，杂质含量低于0.005％，但高温焙烧炉需单独设计建造，故一次性设备投资多，生产成本高，生产规模受限制。由于国防、航天和超硬材料等行业急切需要大量的超高纯石墨，一定程度上促进了高温法制备超高纯石墨产品工业化的发展。