CN107473214A - 一种石墨精提纯工艺 - Google Patents

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赵恒�
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

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  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种石墨精提纯工艺。其方案是先将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比80~90：5~10：5~10混合均匀，然后按照升温速率为10~15℃/min升温，在焙烧温度为680~800℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经清水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业，将焙烧熟样进行水洗作业，水洗结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为1~5mol/L，液固比为5~10mL：1 g，浸出温度为50~90℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌240~300min，搅拌结束后经固液分离得到高纯石墨。本发明具有操作过程简单，能耗低，药剂消耗小，焙烧温度低，过程产生的废水和废气能够循环利用和石墨产品纯度高的特点。

Description

一种石墨精提纯工艺
技术领域
本发明属石墨综合利用技术领域，具体涉及一种石墨精提纯工艺。
背景技术
石墨是一种资源性矿物，其产品常被加工成导电、密封、耐火、耐高温、散热、防辐射和隔热等性能材料，广泛应用于冶金、化工和机械设备等领域。近年来，随着新能源、新材料产业的崛起，石墨深加工领域得到长足发展。然而石墨深加工对石墨纯度的要求苛刻，石墨的纯度越高，其利用价值和商业价值也越大，因此石墨的精提纯是非常有意义的。
目前，石墨精提纯工艺主要包括以下七种方法，石墨焙烧-碱浸-酸浸法，浮选法，加碱焙烧-水洗-酸浸法，氢氟酸浸出法，氯化焙烧法和高温焙烧法(唐维, 匡加才, 谢炜,等.隐晶质石墨纯化研究进展 [J]. 化学工程师, 2012, (4): 30-33；吕一波, 季长顺,李青侠, 等. 浮选柱精选细鳞片中碳石墨实验[J]. 黑龙江科技学院学报, 2013, (1):26-29；刘进卫, 卢都友, 严生, 等. 热活化对氢氟酸法制备高纯石墨的影响 [J]. 炭素技术, 2013, (4): 35-39; 梁刚, 赵国刚, 王振廷. 感应加热制取高纯石墨研究 [J].炭素技术, 2013, (4): 32-34; 王星, 胡立嵩, 夏林, 等. 石墨资源概况与提纯方法研究 [J]. 化工时刊, 2015, 29(2): 19-22)。石墨经过焙烧后可以将其中氮、氢等元素燃烧排出，但很难破坏石墨中含铝、硅等元素的结构，因此采用碱浸和酸浸工艺时，需要高浓度药剂才能够获得高纯石墨产品；浮选作业对于处理品位原生矿石效果较好，当石墨品位大于90%时，再采用浮选作业，很难将品位进一步提高，需要六级浮选才能提高品位至95%；加碱焙烧-酸浸工艺可以值得高纯石墨产品，但焙烧过程易发生粘粘现象，导致焙烧过程操作较困难，不利生产；氢氟酸浸出过程难以控制，而且氢氟酸易挥发并有剧毒；氯化焙烧法需要通入氯气，过程较难控制，且剩余氯气无法回收；高温焙烧法需要温度超过2000oC，能耗高和操作困难。
因此，目前的石墨精提纯工艺存在操作过程困难，能耗大，酸碱药剂消耗大，焙烧温度高，过程产生的废水和废气无法综合利用，石墨产品纯度低等缺陷。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种石墨精提纯工艺，该工艺满足操作过程简单，能耗低，药剂消耗小，焙烧温度低，过程产生的废水和废气能够循环利用和石墨产品纯度高的特点。
本发明的目的可通过下属技术措施来实现：
本发明包括下述步骤：
a、将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比80~90：5~10：5~10混合均匀，然后置于焙烧炉中，按照升温速率为10~15℃/min的条件下升至焙烧温度，在焙烧温度为680~800℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经清水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业；
b、将焙烧熟样进行水洗作业，在液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为40~70℃和搅拌强度为100~300r/min条件下搅拌60~90min，搅拌结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；
c、将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为1~5mol/L，液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为50~90℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌240~300min，搅拌结束后经固液分离得到高纯石墨。
本发明所述石墨矿中碳含量为10%~95%。
本发明所述废气的主要成分为氯气、氯化氢和二氧化碳。
本发明所得高纯石墨的纯度大于99.99%。
本发明的有益效果如下：
本发明采用石墨矿添加氯化钠和碳酸钠焙烧技术，改变石墨矿中的杂质的存在形式和赋存状态，再采用水洗和酸浸作业，可以提高石墨精矿的纯度。由于石墨矿中杂质元素主要是铝、硅、铁、钾、钠、钙、镁以及含碳、氢和氮的有机物等，因此，单纯采用酸浸作业提纯石墨时，钾、钠、钙、镁等元素容易溶解，而其他元素溶解率较低，这是由这些元素的存在状态所决定的，众所周知，这类固体有机物是很难溶于无机酸溶液的，而硅、铝、铁等元素一般以云母、石英、高岭土和赤铁矿等形式存在，这些物质也较难溶于无机酸溶液中。而通过添加氯化钠和碳酸钠高温焙烧，焙烧过程能够产生氯气和氯化氢，其能够显著破坏云母、石英、高岭土和赤铁矿的晶体结构，生成相应的氯化物或者钠盐，这些物质都是极易溶于水或稀酸溶液的。另外，这种焙烧方法明显优于氯气焙烧、氢氧化钠焙烧和超高温焙烧工艺，这是因为氯气焙烧过程，是气固两相反应，内扩散过程很难实现，而本方法中是采用氯化钠焙烧，其在分解之前是固相，与石墨矿固固两相接触紧密，有利于化学反应的进行。同时本方法也避免了氢氧化钠焙烧易发生熔融粘连和超高温操作困难的问题。此外，焙烧过程产生的废气，用清水喷淋，效果好，容易生产盐酸溶液，这些盐酸溶液可以用于石墨酸浸除杂过程，实现了废气、废水综合循环利用，最终石墨的纯度可大于99.99%。
因此，本发明具有操作过程简单，能耗低，药剂消耗小，焙烧温度低，过程产生的废水和废气能够循环利用和石墨产品纯度高的特点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
为避免重复叙述，现将本发明具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下：所述石墨矿中碳含量为10%~95%，废气的主要成分为氯气，氯化氢和二氧化碳。具体实施例中不再赘述。
实施例1
将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比86~90：5~7：5~7混合均匀，然后将混合样置于焙烧炉中，按照升温速率为10~15℃/min的条件下升至焙烧温度，在焙烧温度为750~800℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业。将焙烧熟样进行水洗作业，在液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为40~50℃和搅拌强度为100~150r/min条件下搅拌60~90min，搅拌结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为1~3mol/L，液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为50~60℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌240~260min，搅拌结束后经固液分离得到纯度大于99.99%的高纯石墨。
实施例2
将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比84~88：6~8：6~8混合均匀，然后将混合样置于焙烧炉中，按照升温速率为10~15℃/min的条件下升至焙烧温度，在焙烧温度为720~750℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业。将焙烧熟样进行水洗作业，在液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为50~60℃和搅拌强度为150~200r/min条件下搅拌60~90min，搅拌结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为2~4mol/L，液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为60~80℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌260~280min，搅拌结束后经固液分离得到纯度大于99.995%的高纯石墨。
实施例3
将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比80~84：8~10：8~10混合均匀，然后将混合样置于焙烧炉中，按照升温速率为10~15℃/min的条件下升至焙烧温度，在焙烧温度为680~720℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业。将焙烧熟样进行水洗作业，在液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为60~70℃和搅拌强度为200~300r/min条件下搅拌60~90min，搅拌结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为3~5mol/L，液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为80~90℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌280~300min，搅拌结束后经固液分离得到纯度大于99.999%的高纯石墨。
因此，本具体实施方式具有操作过程简单，能耗低，药剂消耗小，焙烧温度低，过程产生的废水和废气能够循环利用和石墨产品纯度高的特点。

Claims (4)

1.一种石墨精提纯工艺，其特征在于：所述方法包括下述步骤：
a、将石墨矿与氯化钠、碳酸钠按照质量比80~90：5~10：5~10混合均匀，然后置于焙烧炉中，按照升温速率为10~15℃/min的条件下升至焙烧温度，在焙烧温度为680~800℃条件下焙烧60~120min，焙烧结束得到焙烧熟样和废气，废气通过喷淋管道经清水喷淋得到喷淋液用于后续酸浸作业；
b、将焙烧熟样进行水洗作业，在液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为40~70℃和搅拌强度为100~300r/min条件下搅拌60~90min，搅拌结束后经固液分离得到水洗液和水洗料，水浸液经补加盐酸后与喷淋液混合用于后续酸浸作业；
c、将水洗料进行酸浸作业，在盐酸浓度为1~5mol/L，液固比为5~10 mL：1 g，浸出温度为50~90℃和搅拌强度为150~300r/min条件下搅拌240~300min，搅拌结束后经固液分离得到高纯石墨。
2.根据权利要求1所述的石墨精提纯工艺，其特征在于：所述石墨矿中碳含量为10%~95%。
3.根据权利要求1所述的石墨精提纯工艺，其特征在于：所述废气的主要成分为氯气、氯化氢和二氧化碳。
4.根据权利要求1所述的石墨精提纯工艺，其特征在于：所得高纯石墨的纯度大于99.99%。
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