CN102701198A

CN102701198A - 一种天然隐晶质石墨提纯的方法

Info

Publication number: CN102701198A
Application number: CN2012102230390A
Authority: CN
Inventors: 匡加才; 谢炜; 唐维; 徐华; 曾丽舟; 邓应军; 彭顺文
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明公开一种天然隐晶质石墨的提纯方法。以天然隐晶质石墨为原料，加入氢氧化钠固体和助剂，再加入水，加热，同时充分搅拌溶液反应，然后将溶液和石墨分离，洗涤后沉淀，最后经过滤、烘干，制得碱洗石墨；再将碱洗石墨和盐酸或硫酸或氢氟酸一起加入反应容器中，加热，同时进行搅拌、浸渍反应，然后将溶液和石墨分离，制得含酸石墨，洗涤后进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得含碳量在99%以上的隐晶质石墨。本发明提纯方法能够将固定碳含量在80%～85%的天然隐晶质石墨提纯到固定碳含量不小于99%，灰分含量不大于1%的石墨，降低了能量损耗，避免了环境污染，大大提升了隐晶质石墨的深加工水平，为后续的开发应用奠定了基础。

Description

一种天然隐晶质石墨提纯的方法

技术领域

本发明涉及天然石墨提纯方法，尤其是对天然隐晶质石墨为原料进行提纯且对环境污染小和能耗小的方法。

背景技术

我国天然石墨（包括鳞片石墨和隐晶质石墨）资源丰富，石墨储量、产量及出口量均居世界之首，但由于技术开发投入不够，产品深加工水平较低，目前仍以原料生产及初加工产品为主。

天然隐晶质石墨是我国的优势矿产资源之一，主要用于铸造、石墨电极、电池碳棒和增碳剂等方面，消耗量相对较小，因此我国的隐晶质石墨一直存在供大于求的局面，天然隐晶质石墨资源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成资源的浪费。鉴于天然隐晶质石墨产品的技术含量和附加值极低，而我国市场需要的高纯超细石墨则多数依赖进口，开展天然隐晶质石墨的提纯新方法尤为紧迫。

前期对石墨提纯主要集中在天然鳞片石墨，对隐晶质石墨的提纯研究相对较少，同时隐晶质石墨的提纯技术难度较大，也是制约其应用范围的主要原因之一，目前隐晶质石墨的提纯很多还是借鉴天然鳞片石墨的技术，常见的提纯方法包括（1）浮选法；（2）碱酸两步法；（3）氢氟酸法；（4）氢氟酸-盐（硫）酸法等。其中，浮选法成本最低，能耗和试剂消耗最少，但要获得含碳量95%以上的石墨很难；氢氟酸法和氢氟酸-盐（硫）酸法的除杂效率高，能耗也比较低，但由于氢氟酸的毒性大和强腐蚀性对环境造成污染而使该法的应用范围受到限制。碱酸法提纯后的石墨含量可达99%以上，但在碱煅烧过程中需要高温烧结、能量消耗大、设备腐蚀严重、提纯工艺步骤长，因此有必要优化工艺条件，降低能量损耗，尽可能降低成本，提高效益。

发明内容

本发明的目的是针对现有碱酸法提纯石墨技术存在的缺陷，提供一种能量消耗小、环境污染小，而且提纯效率高的天然隐晶质石墨的提纯方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的。

一种天然隐晶质石墨提纯的方法，包括以下步骤：

1）以天然隐晶质石墨为原料，加入氢氧化钠固体和助剂，再加入水，加热，同时充分搅拌溶液反应，然后将溶液和石墨分离，洗涤后沉淀，最后经过滤、烘干，制得碱洗石墨；

2）再将碱洗石墨和盐酸或硫酸或氢氟酸一起加入反应容器中，加热，同时进行搅拌、浸渍反应，然后将溶液和石墨分离，制得含酸石墨，洗涤后进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得含碳量在99%以上的隐晶质石墨。

上述作为原料的天然隐晶质石墨的固定碳含量为80%～85%；其在反应前粉碎至50～200目，粒径为0.074～0.28毫米。

上述作为原料的天然隐晶质石墨、氢氧化钠的质量百分数分别是30%～70%、30%～70%。

所述的助剂包括硼酸、偏硼酸钠中的一种或两种。

上述助剂添加量为氢氧化钠质量的1%～10%。

上述步骤1）中加热至60～150℃，同时充分搅拌溶液反应4～8h，然后将溶液和石墨分离，用水洗涤至洗涤液pH值在7～8时，进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得碱洗石墨。

上述步骤1）所使用的水和步骤2）使用的盐酸、硫酸和氢氟酸以浸过固体原料即可。

上述步骤2）使用的盐酸的质量浓度为30%～37%，硫酸的质量浓度为85%～98%；氢氟酸的质量浓度为30%～40%；优先使用盐酸或硫酸。

上述步骤2）加热到60～90℃时，同时进行搅拌、浸渍反应2～8小时，然后将溶液和石墨分离，制得含酸石墨用水洗涤至洗涤液pH值在5～7时，进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得含碳量在99%以上的隐晶质石墨。

上述步骤1）反应时加入的水和洗涤石墨的水以及步骤2）洗涤石墨的水包括自来水。

本发明碱洗过程中，为了降低能耗、尽可能除去隐晶质石墨中的二氧化硅和三氧化二铝，达到高温煅烧碱熔融的效果，需要添加合适的助剂和水。也就是说本发明的关键技术是采用了助剂和水，达到碱熔融状态的效果，无需加热到很高温度，这样可以降低能量损耗。而且尤其在酸洗碱性石墨时使用盐酸或硫酸，更加可以减少对环境的污染。

本发明提纯方法能够将固定碳含量在80～85%的隐晶质石墨提纯到固定碳含量不小于99%，灰分含量不大于1%的高纯度石墨，大大提升了隐晶质石墨的深加工水平，为后续的开发应用奠定了基础。

附图说明

图1是本发明的一种实施流程图。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

参照图1，将50g含碳量80%的隐晶质石墨加入反应容器中，其在反应前粉碎至50～200目，粒径为0.074～0.28毫米；加入30g氢氧化钠和1.8g硼酸，加入自来水配置成150ml溶液，用玻璃棒充分搅拌混合均匀置于油浴炉中，将电炉升温至100℃搅拌4小时，取出，自然冷却至室温，溶液和石墨分离，水洗样品至洗涤溶液pH值为7～8时沉淀；过滤，随后放于恒温鼓风干燥箱烘干2小时。将碱溶样品烘干后称取20g，加入37%盐酸18.5ml，自来水41.5ml，在温度为90℃反应2小时，反应后溶液和石墨分离，水洗石墨至洗涤溶液pH值为6～7时沉淀；过滤，又重新放于干燥箱中烘干2小时，获得含碳量99.1%的石墨粉。

实施例2

参照图1，将100g的含碳量85%的隐晶质石墨加入反应容器中，其在反应前粉碎至50～200目，粒径为0.074～0.28毫米；加入70g氢氧化钠和3.5g偏硼酸钠，加入自来水配置成300ml溶液，用玻璃棒充分搅拌混合均匀置于油浴炉中，将电炉升温至70℃搅拌4小时，取出，自然冷却至室温，溶液和石墨分离，水洗样品至洗涤溶液pH值为7～8时沉淀；过滤，随后放于恒温鼓风干燥箱烘干2小时。将浓度为37%、密度为1.17g/cm³的盐酸412ml与碱洗石墨80g加入反应容器，将反应容器加热到60℃，同时进行搅拌、浸渍反应8小时，排除气体。用抽滤瓶将溶液和石墨分离，分离出的溶液返回反应容器继续使用，含酸的石墨经过滤洗涤至洗涤液pH值为7时，进行沉淀，取样，再用37%的盐酸浸泡3小时，过滤，水洗，过滤，设置烘箱温度为110℃，烘干10小时后制得含碳量99.0%的石墨粉。

实施例3

参照图1，将100g的含碳量83.08%的隐晶质石墨加入反应容器中，加入50g氢氧化钠和3.5g硼酸，加入自来水配置成300ml溶液，用玻璃棒充分搅拌混合均匀置于油浴炉中，将电炉升温至100℃搅拌4小时，取出，自然冷却至室温，溶液和石墨分离，水洗样品至洗涤溶液pH值为7～8时沉淀；过滤，随后放于恒温鼓风干燥箱烘干2小时。并将浓度为98%、密度为1.84g/cm³的硫酸195ml与碱洗石墨55g加入反应容器，将反应容器加热到80℃，同时进行搅拌、浸渍反应5小时，排除气体。用抽滤瓶将溶液和石墨分离，分离出的溶液返回反应容器继续使用，含酸的石墨经过滤洗涤至洗涤液pH值为6时，进行沉淀，过滤，最后在烘箱内110℃下烘干12小时后制得含碳量99%的石墨粉。

本提纯工艺技术采用氢氧化钠、偏硼酸钠或硼酸、盐酸或硫酸或氢氟酸为主的两步法提纯隐晶质石墨，关键技术措施是加入助剂和水，从而可以使纯化过程不需加热到高温而同样可以获得纯度达99%以上的石墨。采用这种工艺，以能够将含碳为80～85%的天然隐晶质石墨提纯为含碳量不小于99%、灰分不大于1%的石墨，降低能量损耗及环境污染程度，使隐晶质石墨原矿增值数十倍，能创造显著经济效益和社会效益。

Claims

1.一种天然隐晶质石墨提纯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为原料的天然隐晶质石墨的固定碳含量为80%～85%；其在反应前粉碎至50～200目，粒径为0.074～0.28毫米。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为原料的天然隐晶质石墨、氢氧化钠的质量百分数分别是30%～70%、30%～70%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的助剂包括硼酸、偏硼酸钠中的一种或两种。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，助剂添加量为氢氧化钠质量的1%～10%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中加热至60～150℃，同时充分搅拌溶液反应4～8h，然后将溶液和石墨分离，用水洗涤至洗涤液pH值在7～8时，进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得碱洗石墨。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤1）所使用的水和步骤2）使用的盐酸、硫酸和氢氟酸以浸过固体原料即可。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，步骤2）使用盐酸的质量浓度为30%～37%，硫酸的质量浓度为85%～98%，氢氟酸的质量浓度为30%～40%。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）加热到60～90℃时，同时进行搅拌、浸渍反应2～8小时，然后将溶液和石墨分离，制得含酸石墨用水洗涤至洗涤液pH值在5～7时，进行沉淀，最后经过滤、烘干，制得含碳量在99%以上的隐晶质石墨。

10.根据权利要求1或6或7或9所述的方法，其特征在于，步骤1）反应时加入的水和洗涤石墨的水以及步骤2）洗涤石墨的水包括自来水。