CN102557019A - 一种生产高纯天然石墨的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于无机非金属材料提纯技术领域的一种生产高纯天然石墨的方法及其装置，用惰性气体运载90%-98%的天然石墨粉进入等离子发生器中，通过等离子发生器产生的3500-4000℃的高温区时，使得所有的灰分气化挥发，从而使90%-98%的天然石墨粉提纯为99.9%以上的高纯石墨粉。本发明与常规相比，具有环保、工艺简单、低能低耗、可连续化生产，并保障石墨原始晶态结构不改变等特点。
Description
技术领域
本发明属于无机非金属材料提纯技术领域。特别涉及一种生产高纯天然石墨的方法及其装置。
背景技术
高纯石墨指石墨质量比含量在99.9%以上的石墨，其具有耐腐蚀、耐高温、导电性好、抗热震性、自润滑、易于精密机加工等优点，是理想的无机非金属材料。作为替代性材料，在高科技、新技术领域有着宽广的应用空间。以高纯石墨为原料生产高纯石墨坩埚、石墨电极、浇铸烧结模具、细结构模压石墨和热解石墨等。这些高纯石墨产品被广泛的应用于原子能工业、国防和航空等高精端特殊要求的场合。天然石墨提纯方法主要有：碱酸提纯法、氢氟酸提纯法、氯化焙烧提纯法和高温提纯法。这些常规石墨提纯方法虽然使石墨纯度达到一定要求，但是也存在反应时间长、废水和尾气难处理、污染环境等问题。近年来，随着低碳环保口号的提出，人们更加注意在生产高纯石墨的同时减少对环境的污染。因此，既要生产出高纯石墨，又要克服前期投入高、提纯时反应时间长、废水和尾气难处理等问题，就成为石墨提纯制造业急需研究解决的重要课题。采用等离子发生器提纯天然石墨，既保障了石墨原始晶态结构性质不发生变化，又具有环保、操作简单、设备成本低、生产效率高，并可连续化生产等特点，因此利用等离子发生器提纯天然石墨具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明目的在于提供一种生产高纯天然石墨的方法及其装置，其特征在于，生产高纯天然石墨的步骤为：
首先用惰性气体运载天然石墨粉进入等离子发生器，惰性气体压力：0.8MPa，送粉量80-150g/min，冷却水流速：1.0-1.5M/s，采用80KW等离子发生器，调节其工作电流为10-80A，工作电压为30-85V；使等离子发生器阴阳极之间所产生的温度为3500-4000℃的高温区，天然石墨粉在通过3500-4000℃的高温区时，天然石墨粉中所有的灰分气化挥发，从而使石墨质量比纯度达到99.9%以上；在提纯过程中，天然石墨粉始终处于惰性气体的保护状态。
所述的惰性气体为氩气、氮气、氦气或氖气。
所述的气体通道设计在绝缘体部位。
所述的阴极材料为钨或石墨；阳极材料为紫铜板。
所述的天然石墨粉质量纯度为90-98%。
所述所有的灰分主要含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和MgO。
所述生产高纯天然石墨的装置是在阳极和阴极水冷套之间固定绝缘体，阴极水冷套中心固定阴极，阳极上部为梯形张口，阴极段为梯形，两个梯形的圆锥角相同，阴极的梯形段伸入阳极上部梯形张口内；阳极、阴极、阴极水冷套和绝缘体同轴。在绝缘体上开一个径向气体和石墨粉通道；或者径向气体通道开在绝缘体上，石墨粉通道开在阳极上部的梯形张口段。
所述阳极的圆柱壁中设置阳极冷却水通道；阴极水冷套中设置阴极冷却水通道。
本发明的优点是克服了原有石墨提纯方法反应时间长、废水和尾气难处理、污染环境等问题，所提纯的天然石墨技术指标的质量纯度为99.9%以上，既保障了石墨原始晶态结构性质不发生变化，又具有环保、操作简单、设备成本低、生产效率高，并可连续化生产的特点。
附图说明：
图1为生产高纯天然石墨专用装置之一结构示意图（气体与粉末通道设计在绝缘体部位）。
图2为生产高纯天然石墨专用装置之二结构示意图（气体通道设计在绝缘体部位，粉末通道设计在阳极部位）。
具体实施方式
本发明目提供一种生产高纯天然石墨的方法及其装置。下面结合附图和实施例对本发明予以说明。
如图1所示的生产高纯天然石墨专用装置之一结构示意图，图中气体与粉末通道设计在绝缘体部位。所述生产高纯天然石墨的装置的结构是在阳极1和阴极水冷套6之间固定绝缘体7，阴极水冷套6中心固定阴极4，阳极1上部为梯形张口，阴极下段为梯形，两个梯形的圆锥角相同，阴极的梯形段伸入阳极上部梯形张口内；阳极1、阴极4、阴极水冷套6和绝缘体7同轴。在绝缘体上开一个径向气体和石墨粉通道2；或者如图2所示，径向气体通道2.2开在绝缘体7上，石墨粉通道2.3开在阳极1上部的梯形张口段。在阳极的圆柱壁中设置阳极冷却水通道8；在阴极水冷套6中设置阴极冷却水通道5。
本发明是先用惰性气体运载天然石墨粉从径向气体和石墨粉通道进入等离子发生器，开启在阴阳极之间的直流电源3；在通过等离子发生器阴阳极所产生的3500-4000℃的高温区时，使得石墨中所有的灰分（主要含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO）气化挥发，从而使石墨纯度达到99.9%以上，并保障了石墨原始性质不发生变化，在提纯过程中，天然石墨粉始终处于惰性气体的保护状态。
实施例1
称取纯度90%-98%的天然石墨粉，启动生产高纯天然石墨专用装置（见图1），氩气压力：0.8MPa，送粉量100g/min，冷却水流速：1.2M/s，采用80KW等离子发生器，调节其工作电流20-60A，工作电压：30-50V，使等离子发生器阴阳极之间产生3000-3600℃的高温区。气体与粉末通道设计在绝缘体部位，气体与粉末通道内径：10mm，用惰性气体氩气运载天然石墨粉进入等离子发生器，天然石墨粉在通过等离子发生器阴阳极所产生的300-3600℃的高温区时，使得石墨中所有的灰分（主要含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO）气化挥发；在提纯过程中，天然石墨粉始终处于惰性气体的保护状态，检测结果表明：石墨质量纯度为99.9%以上，并且石墨的原始晶态结构性能未发生改变。
实施例2
启动生产高纯天然石墨专用装置（见图2），氮气气压力：0.8MPa，送粉量145g/min，冷却水流速：1.45M/s，采用80KW等离子发生器，调节其工作电流60-75A，工作电压：50-80V，使等离子发生器阴阳极之间产生3600-4000℃的高温区。气体通道2.2仍在绝缘体7部位，粉末通道2.3开在阳极1上部的梯形张口段；气体与粉末通道内径均为10mm，用惰性气体氩气运载天然石墨粉进入等离子发生器，天然石墨粉在通过等离子发生器阴阳极所产生的3600-4000℃的高温区时，使得石墨中所有的灰分（主要含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO）气化挥发；在提纯过程中，天然石墨粉始终处于惰性气体的保护状态，检测结果表明：石墨质量纯度为99.9%以上，并且石墨的原始晶态结构性能未发生改变。
Claims (8)
1.一种生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，生产高纯天然石墨的步骤为：
首先用惰性气体运载天然石墨粉进入等离子发生器，惰性气体压力：0.8MPa，送粉量80-150g/min，冷却水流速：1.0-1.5M/s，采用80KW等离子发生器，调节其工作电流为10-80A，工作电压为30-85V；使等离子发生器阴阳极之间所产生的温度为3500-4000℃的高温区，天然石墨粉在通过3500-4000℃的高温区时，天然石墨粉中所有的灰分气化挥发，从而使石墨质量比纯度达到99.9%以上；在提纯过程中，天然石墨粉始终处于惰性气体的保护状态。
2.根据权利要求1所述生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，所述的惰性气体为氩气、氮气、氦气或氖气。
3.根据权利要求1所述生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，所述的气体通道设计在绝缘体部位。
4.根据权利要求1所述生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，所述的阴极材料为钨或石墨；阳极材料为紫铜板。
5.根据权利要求1所述生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，所述的天然石墨粉质量纯度为90-98%。
6.根据权利要求1所述生产高纯天然石墨的方法，其特征在于，所述所有的灰分主要含有SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO和MgO。
7.一种生产高纯天然石墨的装置，其特征在于，所述生产高纯天然石墨的装置是在阳极和阴极水冷套之间固定绝缘体，在阳极、阴极之间连接直流电源；阴极水冷套中心固定阴极，阳极上部为梯形张口，阴极段为梯形，两个梯形的圆锥角相同，阴极的梯形段伸入阳极上部梯形张口内；阳极、阴极、阴极水冷套和绝缘体同轴；在绝缘体上开一个径向气体和石墨粉通道；或者径向气体通道开在绝缘体上，石墨粉通道开在阳极上部的梯形张口段。
8.根据权利要求5所述生产高纯天然石墨的装置，其特征在于，所述阳极的圆柱壁中设置阳极冷却水通道；阴极水冷套中设置阴极冷却水通道。
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