CN101439856A

CN101439856A - 高纯度石墨粉制备方法及其制备装置

Info

Publication number: CN101439856A
Application number: CNA2008102437690A
Authority: CN
Inventors: 叶厚理; 柳依玲; 徐大为
Original assignee: Huaian Bisheng Battery Material Co Ltd
Current assignee: Huaian Bisheng Battery Material Co Ltd
Priority date: 2008-11-25
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: CN101439856B

Abstract

本发明公开了高纯度石墨粉制备方法及其制备装置，制备方法包括下列步骤：石墨原料粉→拌碱、熔融→化学提纯→酸化反应→精细化学提纯→烘干→粉碎→包装入库，本发明各生产步骤中的物料都是通过动力机械、或设备之间的位差输送，操作者仅需打开或关闭阀或按钮即可完成物料运转，不仅生产效率高，而且操作者劳动强度低，更为重要的是由于全过程均为机械化作业，避免了人为操作造成的产品质量波动，加之本发明的熔融炉高温室采用耐腐蚀的不锈钢材料制作，杜绝了高温室内壁面腐蚀剥落物对物料的污染，从而使本发明产品的纯度稳定在99.90％以上，杂质含量很低。

Description

高纯度石墨粉制备方法及其制备装置

技术领域：

本发明涉及石墨加工技术领域，具体涉及高纯度石墨粉的制备方法及其装置。

背景技术：

无汞高能碱锰电池所使用的高纯度石墨粉，要求纯度高(含碳量大于99.9％)、杂质低。目前，国际上最好的产品是通过高温裂解工艺生产的人造石墨，此工艺投资大、成本高，而天然鳞片石墨使用传统的工艺纯度只能达到99.0％左右，且杂质含量较高，虽然国内有的厂家对工艺进行了改进，但手工作业多，机械化、自动化程度低，很难保证产品质量的稳定，且生产效率低、产率低。例如拌碱、熔融步骤，普遍采用在铁制锅或陶瓷缸中人工翻炒的方法，由于人工翻炒完全由操作工凭经验完成，产品的均匀性和稳定性差，同时铁制锅的表面极易被物料中的碱腐蚀，腐蚀物造成熔融物料被污染，有的虽采用熔融炉熔融，但熔融炉仍为一般碳钢材质，在生产过程中仍如上述对物料造成污染，加之熔融后的物料，采用自然冷却方式，因此，操作场所环境恶劣，操作者的劳动强度大。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种高纯度石墨粉制备方法及其制备装置，提高生产效率和获得高纯度的产品，改善操作环境，降低劳动强度。

本发明通过以下技术方案实现：

高纯度石墨粉制备方法，包括下列步骤：

(1)将石墨粉原料过筛后输送到混合机中，与重量浓度为40～60％氢氧化钠水溶液充分搅拌均匀，石墨粉与氢氧化钠水溶液重量比为5：3.5～5；

(2)将步骤(1)得到的混合物料加入熔融炉中，在600～900℃中、边加热、边推进状态下反应30分钟后，物料被推进至熔融炉冷却区，进而被推进至冷却区的出料口，出料口物料的温度为100℃左右；

(3)将步骤(2)得到的物料团粒粉碎后输送到碱提取桶中，在2～3倍重量的水中搅拌30～40分钟后，筛分后再将物料放入洗涤脱水设备，用水洗涤至PH为8～10后脱干水；

(4)将步骤(3)脱水后的物料，放入酸化反应桶中，与重量浓度为5～10％的盐酸或硝酸水溶液的重量比为3：6～9，在搅拌状态下反应40～50分钟后，将物料放入洗涤脱水设备，用重量浓度为0.5～1％的盐酸或硝酸水溶液洗涤40～60分钟后脱干水；

(5)将步骤(4)脱水后的物料放入精细化学反应桶中，与重量浓度为2～4％盐酸与氢氟酸、或硝酸与氢氟酸水溶液的重量比为3：6～7，在搅拌状态下反应4～5小时后，将物料放入洗涤脱水设备，用0.5～1％的盐酸或硝酸水溶液洗涤10～20分钟，再用清水或纯水洗涤至PH为6～7后脱干水；

(6)将步骤(5)脱水后的物料放入烘干设备中烘干，烘干温度100～250℃，直至物料的含水量<0.5％，然后将干燥后的物料经过筛分进入粉碎机粉碎，将粉碎后的物料混合均匀，获得不同粒度石墨成品粉；对所获得的高纯度石黑粉用真空包装即可。

步骤(5)精细化学反应桶中的酸溶液，以重量浓度相同的盐酸与氢氟酸、或硝酸与氢氟酸重量之比为1：1～2。

高纯度石墨粉制备装置，包括熔融炉及其加热装置，提纯反应桶、洗涤脱水设备、烘干设备、粉碎设备，其特征在于：所述提纯反应桶是碱提取桶、酸化反应桶、精细化学反应桶；还包括物料输送设备；所述第一物料输送设备的输入口连通原料筛的输出口，输出口连通原料混合机入口，原料混合机的输出口位于熔融炉物料输入口上方；熔融炉的输出口位于第一粉碎设备的输入口上方，第二物料输送设备的输入口、输出口分别连通粉碎设备输出口、储料仓I输入口，所述储料仓I输出口位于碱提取桶输入口上方，第十一物料输送设备的输入口、输出口分别连通碱提取桶输出口、振动筛的输入口，振动筛输出口位于储料罐输入口上方，第三物料输送设备的输入口、输出口分别连通储料罐输出口、洗涤脱水设备的输入口；脱水后物料由第四物料输送设备输送至酸化反应桶，第五物料输送设备的输入口、输出口分别连通酸化反应桶的输出口、洗涤脱水设备的输入口，脱水后的物料由第六物料输送设备输送至精细化学处理桶，第七物料输送设备的输入口、输出口分别连通精细化学处理桶的输出口、洗涤脱水设备输入口，脱水后的物料由第八物料输送设备输送至烘干设备中干燥；第九物料输送设备的输入口、输出口分别连通烘干设备输出口、储料仓II输入口，第二粉碎设备输入口、输出口分别连通储料仓II输出口、第十物料输送设备的输入口，第十物料输送设备的输出口与成品混合机的输入口连通，成品混合机的输出口与真空包装机连通。

所述物料输送设备根据物料性状、以及工艺的需要选用真空上料机吸送、或吊车(机械手)吊运、或泵吸送。第一、第十物料输送设备为负压输送装置，第二、第九物料输送设备为真空上料机，第三、第五、第七、第十一物料输送设备为泵，第四、第六、第八物料输送设备为行吊车。

所述洗涤脱水设备为压滤机、或为真空抽滤装置。

所述烘干设备为燃油旋转闪蒸干燥机；所述第一粉碎设备为机械粉碎机，第二粉碎设备为气流粉碎机。

所述筛分设备根据物料性状、以及工艺的需要选用振动筛、或气流筛。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本发明各生产步骤中的物料都是通过动力机械、或设备之间的位差输送，操作者仅需打开或关闭阀或按钮即可完成物料运转，不仅生产效率高，而且操作者劳动强度低，更为重要的是由于全过程均为机械化作业，避免了人为操作造成的产品质量波动，加之本发明的熔融炉高温室采用耐腐蚀的不锈钢材料制作，杜绝了高温室内壁面腐蚀剥落物对物料的污染，从而使本发明产品的纯度稳定在99.90％以上，杂质铁含量在20PPM以下，铜、镍、铬、镉等含量各在5PPM以下，钴、钼、锑含量各在1PPM以下，满足了高性能碱性电池的制作需要。

二、由于熔融炉高温室采用耐腐蚀的不锈钢材料制作，杜绝了高温室内壁面腐蚀剥落物对物料的污染，减轻了后道药剂提纯的难度和药剂用量。同时，该熔融炉一端为高温区，一端为冷却区，使出口物料的温度降低到100℃左右，大大改善了操作现场的环境。本发明中的熔融炉，其热源采用可自动控制的燃油炉，炉中物料反应温度基本处于恒定状态，提高了石墨提纯的稳定性。

附图说明：

图1为本发明流程图。

图2为本发明中的熔融炉局部剖视示意图。

具体实施方式：

高纯度石墨粉制备装置包括如下设备：熔融炉及其加热装置，碱提取桶、酸化反应桶、精细化学反应桶、洗涤脱水设备、烘干设备、粉碎设备、物料输送设备及筛分设备。

所述熔融炉选用耐高温的不锈钢材质制作，高温室1的出料端连通有冷却室2，其内壁设置有螺旋翅片3，其加热装置选用设置有温控、进退装置的燃油炉，燃油炉的火焰喷出管道伸入熔融炉加热腔中，本加热装置可保证熔融炉再设定的温度区间内工作，同时，当意外停电时，加热装置可从熔融炉加热腔中退出。所有设备除熔融炉、以及加热装置的温控、进退装置外，都由市场购得。熔融炉另案申请。

所述第一物料输送设备的输入口连通原料仓，输出口连通原料混合机入口，原料混合机的输出口位于熔融炉物料输入口上方；熔融炉的输出口位于第一粉碎设备的输入口上方，第二物料输送设备的输入口、输出口分别连通粉碎设备输出口、储料仓I输入口，所述储料仓I输出口依次位于碱提取桶输入口上方，第十一物料输送设备的输入口、输出口分别连通碱提取桶输出口、振动筛的输入口，振动筛输出口位于储料罐输入口上方，第三物料输送设备的输入口、输出口分别连通储料罐输出口、洗涤脱水设备的输入口；脱水后物料由第四物料输送设备输送至酸化反应桶，第五物料输送设备的输入口、输出口分别连通酸化反应桶的输出口、洗涤脱水设备的输入口，脱水后的物料由第六物料输送设备输送至精细化学处理桶，第七物料输送设备的输入口、输出口分别连通精细化学处理桶的输出口、洗涤脱水设备输入口，脱水后的物料由第八物料输送设备输送至烘干设备中干燥；第九物料输送设备的输入口、输出口分别连通烘干设备输出口、储料仓II输入口，第二粉碎设备输入口、输出口分别连通储料仓II输出口、第十物料输送设备的输入口，第十物料输送设备的输出口与成品混合机的输入口连通，成品混合机的输出口与真空包装机连通。

高纯度石墨粉的制备，包括下列步骤：

(1)取200目左右、纯度为90％的300公斤石墨粉原料过筛后，用负压输送装置输送到混合机中，与重量浓度为50％氢氧化钠水溶液充分搅拌均匀，使物料呈沙粒状，石墨粉与氢氧化钠水溶液重量比为5：4.5；

(2)打开混合机下料阀，混合物料进入熔融炉入料口，由进料搅龙均匀输入熔融炉内，在700℃中、边加热、边推进状态下反应30分钟后，物料被推进至熔融炉冷却区，进而被推进至冷却区的出料口(出料口物料的温度为100℃左右)，落入下方的机械粉碎设备的入料口，物料团粒经粉碎后，由真空上料机输送到储料仓I内；

(3)打开步骤(2)储料仓I的下料阀，物料进入碱提取桶内，在2.0倍重量的水中搅拌35分钟后，用泵将物料输送至振动筛筛分后进入储料罐，再用泵将储料罐中的物料吸送至压滤机，用水洗涤至PH为9后脱干水；

(4)用行吊车将步骤(3)脱水后的物料放入酸化反应桶中，与重量浓度为7％的盐酸水溶液的重量比为3：7，在搅拌状态下反应40～50分钟后，用泵将物料吸送至压滤机，用重量浓度为0.7％的盐酸水溶液洗涤40～60分钟后脱干水；

(5)用行吊车将步骤(4)脱水后的物料放入精细化学反应桶中，与重量浓度为3％硝酸与氢氟酸水溶液的重量比为3：6，在搅拌状态下反应4.5小时后，用泵将物料吸送至压滤机，用0.7％的盐酸水溶液洗涤10～20分钟，再用纯水洗涤至PH为7后脱干水；(重量浓度为40％的硝酸与重量浓度为50％氢氟酸的重量比为1：1)；

(6)用行吊车将步骤(5)脱水后的物料放入干燥机的的进料斗中，进料搅龙均匀将料加入干燥机内烘干，烘干温度180℃，直至物料的含水量<0.5％，然后用真空上料机将物料输送到储料仓II，打开储料仓II的出料口，将物料放入气流粉碎机粉碎，粉碎后的物料通过负压送料装置输送到混合机，搅拌15分钟后，获得不同粒度指标的石墨成品粉250公斤左右，其纯度达99.90％以上；混合均匀的物料进入真空包装机包装。

Claims

1、高纯度石墨粉制备方法，其特征在于包括下列步骤：

2、如权利要求1所述的高纯度石墨粉制备方法，其特征在于：步骤(5)精细化学反应桶中的酸溶液，以重量浓度相同的盐酸与氢氟酸、或硝酸与氢氟酸重量之比为1：1～2。

3、高纯度石墨粉制备装置，包括熔融炉及其加热装置，提纯反应桶、洗涤脱水设备、烘干设备、粉碎设备，其特征在于：所述提纯反应桶是碱提取桶、酸化反应桶、精细化学反应桶；还包括物料输送设备；所述第一物料输送设备的输入口连通原料筛的输出口，输出口连通原料混合机输入口，原料混合机的输出口位于熔融炉物料输入口上方；熔融炉的输出口位于第一粉碎设备的输入口上方，第二物料输送设备的输入口、输出口分别连通粉碎设备输出口、储料仓I输入口，所述储料仓I输出口位于碱提取桶输入口上方，第十一物料输送设备的输入口、输出口分别连通碱提取桶输出口、振动筛的输入口，振动筛输出口位于储料罐输入口上方，第三物料输送设备的输入口、输出口分别连通储料罐输出口、洗涤脱水设备的输入口；脱水后物料由第四物料输送设备输送至酸化反应桶，第五物料输送设备的输入口、输出口分别连通酸化反应桶的输出口、洗涤脱水设备的输入口，脱水后的物料由第六物料输送设备输送至精细化学处理桶，第七物料输送设备的输入口、输出口分别连通精细化学处理桶的输出口、洗涤脱水设备输入口，脱水后的物料由第八物料输送设备输送至烘干设备中干燥；第九物料输送设备的输入口、输出口分别连通烘干设备输出口、储料仓II输入口，第二粉碎设备输入口、输出口分别连通储料仓II输出口、第十物料输送设备的输入口，第十物料输送设备的输出口与成品混合机的输入口连通，成品混合机的输出口与真空包装机连通。

4、如权利要求3所述的高纯度石墨粉制备装置，其特征在于：所述熔融炉采用耐高温、耐腐蚀的金属材料制作，高温室(1)的出料端连通有冷却室(2)，其内壁设置有螺旋翅片(3)。

5、如权利要求3所述的高纯度石墨粉制备装置，其特征在于：所述熔融炉加热设备为燃油炉，燃油炉设置有温控装置、进退装置；燃油炉的火焰喷出管道伸入熔融炉加热腔中。

6、如权利要求3所述的高纯度石墨粉制备装置，其特征在于：所述第一、第十物料输送设备为负压输送装置，第二、第九物料输送设备为真空上料机，第三、第五、第七、第十一物料输送设备为泵，第四、第六、第八物料输送设备为行吊车。

7、如权利要求3所述的高纯度石墨粉制备装置，其特征在于：所述洗涤脱水设备为压滤机、或为真空抽滤装置。

8、如权利要求3所述的高纯度石墨粉制备装置，其特征在于：所述烘干设备为燃油旋转闪蒸干燥机；所述第一粉碎设备为机械粉碎机，第二粉碎设备为气流粉碎机。