CN107161995B - 一种低密度高强度高纯石墨的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，采用酚醛树脂与焦粉和石墨粉混合压片，减少了制备过程中的杂质，降低了后续步骤中的焙烧废品；采用超声波处理的方式对微粉进行处理，微粉经过处理后，可以分层，最上层和最下层为颗粒均匀度较差、外观差异度较大的颗粒，剔除后，可以得到颗粒均匀度高、外观差异度小的颗粒，有利于后续步骤制备高强度、高纯石墨；用超声波处理方式替代传统的等静压处理，可以得到低密度石墨；本发明在已经公开的等静压高纯石墨材料的制备方法基础上，做出了重大改进，不但精减了制备步骤，而且在保证高强度、高纯度的同时，调整了石墨密度，最终得到了低密度、高强度、高纯度的石墨材料。
Description
技术领域
本发明涉及石墨制备技术领域，特别是涉及一种低密度高强度高纯石墨的制备方法。
背景技术
石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。
石墨及碳素制品具备优良的性能，应用日益广泛，产能及效益呈快速增长趋势。2011年，中国石墨及碳素制品行业发展迅速，行业内企业对成本费用的管理控制能力较高，盈利能力较强。国家统计局数据显示，2011年，我国石墨及碳素制品行业实现工业总产值1675.64亿元;实现销售收入1677.65亿元，同比增长40.58%;实现利润总额109.59亿元，同比增长50.87%。随着应用的不断推广，看中国石墨及碳素制品行业的竞争也日趋激烈。
中国规模以上石墨及碳素制品企业较多，集中度低。截至2011年末，中国规模以上石墨及碳素制品企业达871家，销售收入排名前十的企业销售收入总额仅占全行业的13.46%。从世界石墨及碳素制品市场的发展趋势和竞争格局来看，未来我国石墨及碳素制品行业将逐步向大集团集中，石墨及碳素制品行业的集中度将会进一步提高。
随着中国冶金、化工、机械、医疗器械、核能、汽车、航空航天等行业的快速发展，这些行业对石墨及碳素制品的需求将会不断增长，我国石墨及碳素制品行业将保持快速增长。
中国发明专利CN 104386670 A公开了一种等静压高纯石墨材料的制备方法，该方法制备的石墨材料强度高、纯度高，但是制备方法需要多次焙烧、浸渍，过于繁琐，且制备的石墨材料密度较大。
为了进一步降低高纯石墨的生产成本，拓展石墨的应用范围，有必要对石墨的制备方法做进一步的研究，本发明提供了一种低密度高强度高纯石墨的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种低密度高强度高纯石墨的制备方法。
一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，包括以下步骤：
A、压片：按照重量比将焦粉和石墨粉混合后，加热至180-200℃，加入酚醛树脂，混合均匀；反复压片1-3次，冷却；
B、制粉：将压片料在磨粉机中粉碎，过筛，去筛下物，得到微粉；其余物体继续粉碎，直到达到粒径要求；
C、超声波处理：将微粉放入容器中压紧，放入超声波处理器中进行振荡20-30min，将振荡后的微粉，剔除最上层与最下层，取中间层进行下一步骤；
D、焙烧、浸渍：选择保温效果好、温差小的环式炉，将超声波处理处理后的微粉装入铁制匣钵并垫填充料；出炉后预热制品温度在200-300℃，抽真空50-70min，选择零喹啉高结焦改性浸渍沥青，温度150-160℃，在2-4MPa压力下浸渍4-5h；再重复焙烧一次即可；
E、提纯、石墨化：将焙烧品装入石墨化炉，周围填入石油焦粒或沥青焦粒，装炉完毕后升温，在2050-2100℃时通入氯气，采用氯化焙烧法制得灰分含量小于50ppm的高纯石墨，所述的步骤A中，焦粉、石墨粉和酚醛树脂的重量比为（25-40）：1：（8-15），所述的步骤C中，超声波的频率为20-40kHz，所述的步骤C中，剔除最上层8-15%的微粉和最下层3-8%的微粉。
优选的，所述的步骤A中，控制压片厚度在3-7mm。
优选的，所述的步骤B中，过1250-2000目筛。
优选的，所述的步骤C中，剔除的微粉可以在步骤A中，与焦粉和石墨粉混合，重复使用。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
一是采用酚醛树脂与焦粉和石墨粉混合压片，减少了制备过程中的杂质，降低了后续步骤中的焙烧废品。
二是采用超声波处理的方式对微粉进行处理，微粉经过处理后，可以分层，最上层和最下层为颗粒均匀度较差、外观差异度较大的颗粒，剔除后，可以得到颗粒均匀度高、外观差异度小的颗粒，有利于后续步骤制备高强度、高纯石墨。采用超声波处理方式替代传统的等静压处理，可以得到低密度石墨；
三、本发明在已经公开的等静压高纯石墨材料的制备方法基础上，做出了重大改进，不但精减了制备步骤，而且在保证高强度、高纯度的同时，调整了石墨密度，最终得到了低密度、高强度、高纯度的石墨材料。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，包括以下步骤：
A、压片：按照重量比将焦粉和石墨粉混合后，加热至195℃，加入酚醛树脂，混合均匀；反复压片2次，冷却；
B、制粉：将压片料在磨粉机中粉碎，过筛，去筛下物，得到微粉；其余物体继续粉碎，直到达到粒径要求；
C、超声波处理：将微粉放入容器中压紧，放入超声波处理器中进行振荡25min，将振荡后的微粉，剔除最上层12%的微粉和最下层5%的微粉，取中间层进行下一步骤；
D、焙烧、浸渍：选择保温效果好、温差小的环式炉，将超声波处理处理后的微粉装入铁制匣钵并垫填充料；出炉后预热制品温度在280℃，抽真空65min，选择零喹啉高结焦改性浸渍沥青，温度158℃，在2.5MPa压力下浸渍4.5h；再重复焙烧一次即可；
E、提纯、石墨化：将焙烧品装入石墨化炉，周围填入石油焦粒或沥青焦粒，装炉完毕后升温，在2120℃时通入氯气，采用氯化焙烧法制得灰分含量小于50ppm的高纯石墨。
所述的步骤A中，焦粉、石墨粉和酚醛树脂的重量比为35：1：10。
所述的步骤A中，控制压片厚度在5mm。
所述的步骤B中，过1500目筛。
所述的步骤C中，超声波的频率为35kHz。
实施例2
一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，包括以下步骤：
A、压片：按照重量比将焦粉和石墨粉混合后，加热至200℃，加入酚醛树脂，混合均匀；压片1次，冷却；
B、制粉：将压片料在磨粉机中粉碎，过筛，去筛下物，得到微粉；其余物体继续粉碎，直到达到粒径要求；
C、超声波处理：将微粉放入容器中压紧，放入超声波处理器中进行振荡30min，将振荡后的微粉，剔除最上层8%的微粉和最下层8%的微粉，取中间层进行下一步骤；
D、焙烧、浸渍：选择保温效果好、温差小的环式炉，将超声波处理处理后的微粉装入铁制匣钵并垫填充料；出炉后预热制品温度在200℃，抽真空70min，选择零喹啉高结焦改性浸渍沥青，温度1500℃，在4MPa压力下浸渍4h；再重复焙烧一次即可；
E、提纯、石墨化：将焙烧品装入石墨化炉，周围填入石油焦粒或沥青焦粒，装炉完毕后升温，在2100℃时通入氯气，采用氯化焙烧法制得灰分含量小于50ppm的高纯石墨。
所述的步骤A中，焦粉、石墨粉和酚醛树脂的重量比为25：1：15。
所述的步骤A中，控制压片厚度在3mm。
所述的步骤B中，过2000目筛。
所述的步骤C中，超声波的频率为20kHz。
实施例3
一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，包括以下步骤：
A、压片：按照重量比将焦粉和石墨粉混合后，加热至1800℃，加入酚醛树脂，混合均匀；反复压片3次，冷却；
B、制粉：将压片料在磨粉机中粉碎，过筛，去筛下物，得到微粉；其余物体继续粉碎，直到达到粒径要求；
C、超声波处理：将微粉放入容器中压紧，放入超声波处理器中进行振荡20min，将振荡后的微粉，剔除最上层15%的微粉和最下层3%的微粉，取中间层进行下一步骤；
D、焙烧、浸渍：选择保温效果好、温差小的环式炉，将超声波处理处理后的微粉装入铁制匣钵并垫填充料；出炉后预热制品温度在300℃，抽真空50min，选择零喹啉高结焦改性浸渍沥青，温度160℃，在2MPa压力下浸渍5h；再重复焙烧一次即可；
E、提纯、石墨化：将焙烧品装入石墨化炉，周围填入石油焦粒或沥青焦粒，装炉完毕后升温，在2050℃时通入氯气，采用氯化焙烧法制得灰分含量小于50ppm的高纯石墨。
所述的步骤A中，焦粉、石墨粉和酚醛树脂的重量比为40：1：8。
所述的步骤A中，控制压片厚度在7mm。
所述的步骤B中，过1250目筛。
所述的步骤C中，超声波的频率为40kHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种低密度高强度高纯石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、压片：按照重量比将焦粉和石墨粉混合后，加热至180-200℃，加入酚醛树脂，混合均匀；反复压片1-3次，冷却；
B、制粉：将压片料在磨粉机中粉碎，过筛，去筛下物，得到微粉；其余物体继续粉碎，直到达到粒径要求；
C、超声波处理：将微粉放入容器中压紧，放入超声波处理器中进行振荡20-30min，将振荡后的微粉，剔除最上层与最下层，取中间层进行下一步骤；
D、焙烧、浸渍：选择保温效果好、温差小的环式炉，将超声波处理处理后的微粉装入铁制匣钵并垫填充料；出炉后预热制品温度在200-300℃，抽真空50-70min，选择零喹啉高结焦改性浸渍沥青，温度150-160℃，在2-4MPa压力下浸渍4-5h；再重复焙烧一次即可；
E、提纯、石墨化：将焙烧品装入石墨化炉，周围填入石油焦粒或沥青焦粒，装炉完毕后升温，在2050-2100℃时通入氯气，采用氯化焙烧法制得灰分含量小于50ppm的高纯石墨，所述的步骤A中，焦粉、石墨粉和酚醛树脂的重量比为（25-40）：1：（8-15），所述的步骤C中，超声波的频率为20-40kHz，所述的步骤C中，剔除最上层8-15%的微粉和最下层3-8%的微粉。
2.如权利要求1所述的低密度高强度高纯石墨的制备方法，其特征在于，所述的步骤A中，控制压片厚度在3-7mm。
3.如权利要求1所述的低密度高强度高纯石墨的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，过1250-2000目筛。
4.如权利要求1所述的低密度高强度高纯石墨的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中，剔除的微粉可以在步骤A中，与焦粉和石墨粉混合，重复使用。
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Denomination of invention: A Preparation Method of Low Density, High Strength, and High Purity Graphite Granted publication date: 20190816 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Pingdingshan Weidong Branch Pledgor: PINGDINGSHAN TIANBAO SPECIAL MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2024980018433 |