CN108190880B - 一种石墨粉体的制备方法及其制备的石墨粉体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种石墨粉体的制备方法及其制备的石墨粉体，涉及石墨粉体制备技术领域。一种石墨粉体的制备方法，将石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体；石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理初步去除杂质，脱去其它小分子，再经石墨化处理转化为三维六方晶格的石墨结构，后处理获得石墨粉体。本发明缓解了传统以天然鳞片石墨为材料的制备石墨粉体成本高的缺陷，也缓解了传统将石墨材料废料或石墨复合材料废料掩埋处理对环境造成的不利影响，该方法制备得到的的石墨粉体纯度高，且粉体粒径小，同时能够有效节约资源、保护环境、降低成本。

Description

一种石墨粉体的制备方法及其制备的石墨粉体

技术领域

本发明涉及石墨粉体制备技术领域，具体而言，涉及一种石墨粉体的制备方法及其制备的石墨粉体。

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。石墨具有良好的耐高温、导电性能，可用做耐火材料，导电材料，耐磨润滑材料等，用途十分广泛。

传统的石墨粉体制备方法大致分为两类：一类是直接或间接从天然鳞片石墨中获得，如机械研磨法、爆炸法、超声波法以及电化学插层法；另一类是由富碳材料制备合成，这类方法在制备过程中发生了重新组合，如脉冲激光沉淀法、化学气相沉淀法以及化学合成法等。两类方法都存在原料成本高，产量产率低，耗时耗能高等缺陷。与此同时，石墨相关产品，制备过程中产生的石墨材料废料或石墨复合材料废料没有被很好地利用，这类材料的碳元素含量极高，杂质较少，主要杂质成分为Si、Al，还有少量Fe、Ca、Mg，其中Si的含量最高。石墨相关产品生产制备中产生的尾料、剩料、碎渣料以及因断裂后无法使用的不良品、石墨膜在通过模切成型的生产中所产生的石墨膜边角料或废料，均通过掩埋的方式进行处理，边角废料得不到充分的利用，对环境也造成不利的影响，企业还需要支付一部分废弃物处理的费用，不利于节能、环保、造成浪费。

如何通过石墨废弃物制备石墨产品，节约资源、保护环境、降低成本，具有十分重要的现实意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种石墨粉体的制备方法，该方法将石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体；缓解了传统以天然鳞片石墨为原料制取石墨粉体成本高缺陷，以及传统将石墨材料废料或石墨复合材料废料掩埋处理对环境造成的不利影响。

本发明的目的之二在于提供上述石墨粉体的制备方法制备得到的石墨粉体，该方法制备的石墨粉体纯度高，粒度小，性能好。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

根据本发明的第一个方面，一种石墨粉体的制备方法，包括以下步骤：

石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体；

优选地，石墨材料为石墨膜；优选地，石墨复合材料为包含石墨膜的复合膜；

优选地，废料包括边角料和/或下脚料。

优选地，在本发明技术方案的基础上，碳化处理包括以下步骤：将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中进行碳化升温烧制；

优选地，碳化处理包括以下步骤：

(a)将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中；

(b)在真空状态下采用阶段升温方式进行升温，升温至900～1400℃，阶段升温总时长为10～16h。

优选地，在本发明技术方案的基础上，碳化升温烧制包括六个阶段，第一阶段温度由室温升至(300±10)℃，升温时间为35～45min；第二阶段温度由(300±10)℃升至(480±10)℃，升温时间为40～50min，且温度升至(480±10)℃后保温25～35min；第三阶段温度由(480±10)℃升至(600±10)℃，升温时间为415～425min；第四阶段温度由(600±10)℃升至(700±10)℃，升温时间为235～245min；第五阶段温度由(700±10)℃升至(900±10)℃，升温时间为195～205min；第六阶段温度由(900±10)℃升至(1300±10)℃，升温时间为195～205min；

优选地，第一阶段升温速率为7～8℃/min；

优选地，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；

优选地，第三阶段升温速率为0.1～0.5℃/min；

优选地，第四阶段升温速率为0.4～0.8℃/min；

优选地，第五阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；

优选地，第六阶段升温速率为3～3.6℃/min。

优选地，在本发明技术方案的基础上，石墨化处理包括以下步骤：将碳化处理后的材料放入石墨化设备中进行石墨化升温烧制；

优选地，石墨化处理包括以下步骤；

(a)将碳化处理后的材料放入石墨化设备中；

(b)抽真空后充入惰性气体，保持设备中气压为0.01～0.02MPa；

(c)采用阶段升温方式进行升温，升温至1900～2000℃，抽真空，继续升温，直至温度升至2500～2900℃，阶段升温总时长为8～16h。

优选地，在本发明技术方案的基础上，石墨化升温烧制包括九个阶段，第一阶段温度由室温升至(1000±10)℃，升温时间为75～85min；第二阶段温度由(1000±10)℃升至(1500±10)℃，升温时间为120～130min；第三阶段温度由(1500±10)升至(1580±10)℃，升温时间为25～35min；第四阶段温度由(1580±10)℃升至(1800±10)℃，升温时间为215～225min；第五阶段温度由(1800±10)℃升至(2000±10)℃，升温时间为95～105min；且温度升至(2000±10)℃时抽真空；第六阶段温度由(2000±10)℃升至(2200±10)℃，升温时间为65～75min；第七阶段温度由(2200±10)℃升至(2500±10)℃，升温时间为95～105min；第八阶段温度由(2500±10)℃升至(2700±10)℃，升温时间为85～95min；第九阶段温度保持(2700±10)℃，保温时间为25～35min；

优选地，第一阶段升温速率为12～13℃/min；

优选地，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；

优选地，第三阶段升温速率为2.4～3℃/min；

优选地，第四阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；

优选地，第五阶段升温速率为1.5～2.5℃/min；

优选地，第六阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；

优选地，第七阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；

优选地，第八阶段升温速率为2～2.4℃/min。

优选地，在本发明技术方案的基础上，惰性气体为氩气；

优选地，惰性气体流量为3～10L/min。

优选地，在本发明技术方案的基础上，后处理包括冲切处理和研磨处理。

优选地，在本发明技术方案的基础上，冲切处理包括以下步骤：将石墨化后的材料放入冲切模具中冲切成5mm以下的颗粒。

优选地，在本发明技术方案的基础上，研磨处理包括以下步骤：将冲切处理后的材料用微纳米研磨分散设备进行研磨；优选地，用棒销式砂磨机进行研磨。

根据本发明的第二个方面，石墨粉体的制备方法制备得到的石墨粉体。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的石墨粉体的制备方法包括将石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理；碳化处理初步去除石墨材料废料或石墨复合材料废料中的杂质，脱去其他小分子；石墨化处理将碳从无序的二维无定性结构转化为三位六方晶格结构，进一步提高了碳纯度，提高热扩散性能，该方法制得的石墨粉体纯度高，粒度小，性能好，石墨粉体的纯度≥99.5％，颗粒度为0.015mm～0.2mm，比石墨膜的纯度提高了20％，大大的提高的产品的性能。

(2)本发明提供的石墨粉体的制备方法，缓解了传统天然鳞片石墨为原料制取石墨粉体成本高的缺陷，提高了石墨材料废料或石墨复合材料废料的回收再生利用，利用石墨膜废料制成石墨粉体，成本大幅度降低，约可降低30％的成本，节约资源，减少“三废”排放，同时缓解了传统将石墨材料废料或石墨复合材料废料掩埋处理对环境造成的不利影响，可使环境得到有效保护，且工艺简单。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的石墨膜废料示意图；

图2为本发明一种实施方式的棒销式砂磨机的示意图；

图3为本发明实施例1制备得到的石墨粉体。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的第一个方面，提供了一种石墨粉体的制备方法，包括以下步骤：石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体。

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。石墨材料是指以石墨为主要成分制成的成型品。

典型但非限制性的石墨材料例如为石墨膜。

石墨膜是一种很薄的石墨，是石墨材料制成的膜产品。石墨复合材料是指石墨与其他材料通过复合工艺复合合而成的材料。

典型但非限制性的石墨复合材料例如为含石墨膜的复合膜。

石墨膜可根据用途与PET等其他薄膜类材料复合或涂胶，制成石墨膜复合膜。

废料典型但非限制性的例如为边角料和/或下脚料。

边角料，指生产制造产品的过程中，在原定计划、设计的生产原料内、加工过程中没有完全消耗掉的，且无法再用于加工该产品项下制成品的数量合理的剩余废、碎料及下脚料。

下脚料指在加工过程中作为残余分离的下脚或废料。

典型但非限制性的石墨材料废料例如为：石墨膜在生产制备过程中产生的尾料、剩料、碎渣料以及因断裂后无法使用的不良品、石墨膜在通过模切成型的生产过程中所产生的石墨膜边角料、等边角或废料，石墨膜回收的废料、边角料，如图1。

典型但非限制性的石墨复合材料废料例如为：石墨膜的复合膜边角料，含石墨膜的复合PET膜的边角料。

碳化(carbonization)处理是指固体或有机物在隔绝空气条件下加热分解的反应过程或加热固体物质来制取液体或气体(通常会变为固体)产物的一种方式。这里碳化主要是去除石墨材料废料或石墨复合材料废料中的杂质、焦油等不良因素，通过高温高热处理，脱去其他小分子物质，最终全部转化为碳的过程。

石墨化处理一般指使碳化物分解成游离的石墨，石墨化是将碳从无序的二维无定性结构，通过高温并隔绝空气的情况下转化为三位六方晶体的石墨结构，使材料提纯、并提高热扩散等性能。

后处理是使石墨变为粉体的处理。

将石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体；碳化处理初步去除石墨材料废料或石墨复合材料废料中的杂质，脱去其他小分子；再经过后处理将得到的石墨变为更细致、粒度更小的粉体状，该方法制得的石墨粉体纯度高，粒度小，性能好；此外，以石墨材料废料或石墨复合材料废料为原料进行再生利用，大幅度降低成本，节约资源，减少了废物排放，更环保。

在一种优选的实施方式中，碳化处理包括以下步骤：将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中进行碳化升温烧制；

优选地，碳化处理包括以下步骤：

(a)将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中；

(b)在真空状态下采用阶段升温方式进行升温，升温至900～1400℃，阶段升温总时长为10～16h。

典型但非限制性的升至温度例如为：900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃。

典型但非限制性的升温总时长例如为：10h、11h、12h、13h、14h、15h或16h。

碳化过程，真空条件下进行升温，能将石墨类材料中的被分解出的杂质能有效被去除，例如，高温条件下一些化学键断裂，一些元素逸出，抽真空使之升华并脱离材料，剩下的碳原子，因此真空并进行高温烧制能够有效地对材料进行提纯。

在一种优选的实施方式中，碳化升温烧制包括六个阶段，第一阶段温度由室温升至(300±10)℃，升温时间为35～45min；

典型但非限制性的第一阶段温度升温范围例如为：室温～290℃、室温～300℃或室温～310℃。

典型但非限制性的升温时间例如为：35min、40min或45min；

第二阶段温度由(300±10)℃升至(480±10)℃，升温时间为40～50min，且温度升至(480±10)℃后保温25～35min；

典型但非限制性的第二阶段温度升温范围例如为：290～470℃、290～480℃、290～490℃、300～470℃、300～480℃、300～490℃、310～470℃、310～480℃或310～490℃。

典型但非限制性的升温时间例如为：20min、30min或35min；

第三阶段温度由(480±10)℃升至(600±10)℃，升温时间为415～425min；

典型但非限制性的第三阶段温度升温范围例如为：470～590℃、470～600℃、470～610℃、480～590℃、480～600℃、480～610℃、490～590℃、490～600℃或490～610℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：415min、420min或425min；

第四阶段温度由(600±10)℃升至(700±10)℃，升温时间为235～245min；

典型但非限制性的第四阶段温度升温范围例如为：590～690℃、590～700℃、590～710℃、600～690℃、600～700℃、600～710℃、610～690℃、610～700℃或610～710℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：235min、240min或245min；

第五阶段温度由(700±10)℃升至(900±10)℃，升温时间为195～205min；典型但非限制性的第五阶段温度升温范围例如为：690～890℃、690～900℃、690～910℃、700～890℃、700～900℃、700～910℃、710～890℃、710～900℃或710～910℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：195min、200min或205min；

第六阶段温度由(900±10)℃升至(1300±10)℃，升温时间为195～205min；

典型但非限制性的第六阶段温度升温范围例如为：890～1290℃、890～1300℃、890～1310℃、900～1290℃、900～1300℃、900～1310℃、910～1290℃、910～1300℃或910～1310℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：195min、200min或205min；

优选地，第一阶段升温速率为7～8℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为7℃/min、7.5℃/min或8℃/min。

优选地，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为3.5℃/min、4℃/min或4.5℃/min。

优选地，第三阶段升温速率为0.1～0.5℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为0.1℃/min、0.2℃/min、0.3℃/min、0.4℃/min或8℃/min；

优选地，第四阶段升温速率为0.4～0.8℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为0.4℃/min、0.5℃/min、0.6℃/min、0.7℃/min或0.8℃/min；

优选地，第五阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为0.5℃/min、1℃/min或0.5℃；

优选地，第六阶段升温速率为3～3.6℃/min；典型但非限制性的升温速率例如为0.1℃/min、0.2℃/min、0.3℃/min、0.4℃/min或8℃。

控制每个阶段的升温速度与升温时间，能够有效保证材料中的杂质的去除，因为材料中杂质不止一种，分解温度条件不同，所需要的反应时间也不同，因此对升温的速度和各个温度持续的时间进行相对精确的控制，能够达到更好的纯化效果。

在一种优选的实施方式中，石墨化处理包括以下步骤：将碳化处理后的材料放入石墨化设备中进行石墨化升温烧制；

优选地，石墨化处理包括以下步骤；

(a)将碳化处理后的材料放入石墨化设备中；

(b)抽真空后充入惰性气体，保持设备中气压为0.01～0.02MPa；

(c)采用阶段升温方式进行升温，升温至1900～2000℃，抽真空，继续升温，直至温度升至2500～2900℃，阶段升温总时长为8～16h。

典型但非限制性的设备中的气压例如为：0.01MPa、0.015MPa或0.02MPa。

典型但非限制性的升温温至例如为：2500℃、2600℃、2700℃、2800℃或2900℃。

典型但非限制性的升温总时长例如为：8h、9h、10h、11h、12h、13h、14hh、15或16h。

石墨化的主要目的将碳从无序的二维无定性结构，通过高温并隔绝空气的情况下转化为三维六方晶格的石墨结构，使材料得到提纯、提高热扩散等性能，真空条件下进行升温，能将石墨材料中的蒸发出的杂质有效去除。

在一种优选的实施方式中，石墨化升温烧制包括九个阶段，第一阶段温度由室温升至(1000±10)℃，升温时间为75～85min；

典型但非限制性的第一阶段温度升温范围例如为：室温～990℃、室温～1000℃或室温～1010℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：75min、80min或85min；

第二阶段温度由(1000±10)℃升至(1500±10)℃，升温时间为120～130min；

典型但非限制性的第二阶段温度升温范围例如为：990～1490℃、990～5000℃、990～5010℃、1000～1490℃、1000～1500℃、1000～1510℃、1010～1490℃、1010～1500℃或1010～1510℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：120min、125min或130min；

第三阶段温度由(1500±10)升至(1580±10)℃，升温时间为25～35min；

典型但非限制性的第三阶段温度升温范围例如为：1490～1570℃、1490～1580℃、1490～1590℃、1500～1570℃、1500～1580℃、1500～1590℃、1510～1570℃、1510～1580℃或1510～1590℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：25min、30min或35min；

第四阶段温度由(1580±10)℃升至(1800±10)℃，升温时间为215～225min；

典型但非限制性的第四阶段温度升温范围例如为：1570～1790℃、1570～1800℃、1570～1810℃、1580～1790℃、1580～1800℃、1580～1810℃、1590～1790℃、1590～1800℃或1590～1810℃。

典型但非限制性的升温时间例如为：215min、220min或225min；

第五阶段温度由(1800±10)℃升至(2000±10)℃，升温时间为95～105min；温度升至(2000±10)℃时抽真空；

典型但非限制性的第五阶段温度升温范围例如为：1790～1990℃、1790～2000℃、1790～2010℃、1800～1990℃、1800～2000℃、1800～2010℃、1810～1990℃、1810～2000℃或1810～2010℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：95min、100min或105min；

第六阶段温度由(2000±10)℃升至(2200±10)℃，升温时间为65～75min；

典型但非限制性的第六阶段温度升温范围例如为：1990～2190℃、1990～2200℃、1990～2210℃、2000～2190℃、2000～2200℃、2000～2210℃、2010～2190℃、2010～2200℃或2010～2210℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：65min、70min或75min；

第七阶段温度由(2200±10)℃升至(2500±10)℃，升温时间为95～105min；

典型但非限制性的第七阶段温度升温范围例如为：2190～2490℃、2190～2500℃、2190～2510℃、2200～2490℃、2200～2500℃、2200～2510℃、2210～2490℃、2210～2500℃或2210～2510℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：95min、100min或105min；

第八阶段温度由(2500±10)℃升至(2700±10)℃，升温时间为85～95min；

典型但非限制性的第八阶段温度升温范围例如为：2490～2690℃、2490～2700℃、2490～2710℃、2500～2690℃、2500～2700℃、2500～2710℃、2510～2690℃、2510～2700℃或2510～2710℃；

典型但非限制性的升温时间例如为：85min、90min或95min。

第九阶段温度保持(2700±10)℃，保温时间为25～35min；

典型但非限制性的第九阶段保温温度例如为：2690℃、2700℃或2710℃；

典型但非限制性的保温时间例如为：25min、30min或35min。

优选地，第一阶段升温速率为12～13℃/min；典型但非限制性的升温速率为12℃/min、12.5℃/min或13℃/min；

优选地，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；典型但非限制性的升温速率为3.5℃/min、4℃/min或4.5℃/min；

优选地，第三阶段升温速率为2.4～3℃/min；典型但非限制性的升温速率为2.4℃/min、2.5℃/min、2.6℃/min、2.7℃/min、2.8℃/min、2.9℃/min或8℃/min；

优选地，第四阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；典型但非限制性的升温速率为0.5℃/min、1℃/min或1.5℃/min；

优选地，第五阶段升温速率为1.5～2.5℃/min；典型但非限制性的升温速率为1.5℃/min、2℃/min或2.5℃/min；

优选地，第六阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；典型但非限制性的升温速率为2.5℃/min、3℃/min或3.5℃/min；

优选地，第七阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；典型但非限制性的升温速率为2.5℃/min、3℃/min或3.5℃/min；

优选地，第八阶段升温速率为2～2.4℃/min,典型但非限制性的升温速率为2℃/min、2.1℃/min、2.2℃/min、2.3℃/min或2.4℃/min。

第1～2阶段是正常升温，升温到1500℃以后，缓冲一段时间，对体系进行保温，以使反应进行更充分，第3个阶段是主要的去除杂质的时间，对反应条件进行优化，能够更好地控制发泡厚度，即更好地控制反应的充分程度，更好地促使化学键断裂，第4～5阶段升温速度缓慢，主要是为了进行相似温度的上下调节，同样起到反应充分的效果。第6～8阶段正常的升温，使材料石墨化。

在一种优选的实施方式中，惰性气体为氩气；

优选地，惰性气体流量为3～10L/min；典型但非限制性的惰性气体流量例如为：3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min或10L/min。

充入惰性气体，能够起到保护作用，避免逸出的多种元素之间发生反应，形成高能键，生成新的化学物质，难以去除。

在一种优选的实施方式中，后处理包括冲切处理和研磨处理。

冲切处理能够对石墨化后的材料起到初步粉碎的作用，再经过研磨，材料得到进一步粉碎，得到颗粒度较小的石墨。

在一种优选的实施方式中，冲切处理包括以下步骤：将石墨化后的材料放入冲切模具中冲切成5mm以下的颗粒。典型但非限制性的颗粒粒度例如为：0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。

放入冲切模具中冲切，能够对石墨化后的材料进行初步粉碎，方便后续的研磨处理。

在一种优选的实施方式中，研磨处理包括以下步骤：将冲切处理后的材料用微纳米研磨分散设备进行研磨；优选地，用棒销式砂磨机进行研磨。

微纳米研磨分散设备能较好地满足各类产品对细度指标的要求，产品粒径分布极窄，研磨效率高、产量大，能降低能耗，产品细度可达到纳米级以下。可以使用0.05-0.1mm粒径的研磨介质，不会存在堵塞现象，适合研磨极难分散的材料，经过研磨可达到彻底分撒的结果，散热性能好，适用于研磨热敏感性产品。产品质量再现性好，产品质量不受循环流量的影响，带冷却液的双端面机械密封，密封效果好无泄漏。

棒销式砂磨机是一款适用于水性，溶剂性物料的超细分散及纳米级研磨的机器。其分离器不容易磨损，使用寿命长。内置大流量分离器，满足生产所需的大流量多次研磨，流量是传统机器的几倍，采用多种冷却措施，散热性能好。采用能与物料相溶的液体作冷却液使用，运行可靠，确保产品不受污染。研磨白色产品不变色，对防金属污染的产品可灵活搭配最佳的不同材质进行超细研磨(如碳化钨钢、碳化硅材质等)，棒销式砂磨机，如图2。

根据本发明的第二个方面，提供了一种上述石墨粉体的制备方法制备得到的石墨粉体。

通过本发明方法制备得到的石墨粉体的纯度≥99.5％，颗粒度为0.015mm～0.2mm，比石墨膜的纯度提高了20％。

为了进一步了解本发明，下面结合具体实施例对本发明方法和效果做进一步详细的说明。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例中采用的微纳米研磨分散设备为SML微纳米研磨分散机。

实施例1

以石墨膜边角料为原料制备石墨粉体，制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨膜边角料放于石墨舟皿中；

(2)将步骤(1)的放有石墨膜边角料的石墨舟皿放入碳化炉中，放置完成后关闭碳化炉门，打开真空泵抽真空，待真空度表读数显示为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min；在保压期间，真空泵指数无变化时，开启碳化设备采用阶段升温方式进行碳化烧制，碳化过程主要分为六个阶段，碳化最高温度为1300℃，第一阶段温度由室温升至300℃，第一阶段升温时间为40min；第二阶段温度由300℃升至480℃阶段，升温时间为45min，当温度升至480℃，保温30min；第三阶段温度由480℃升至600℃，升温时间为420min；第四阶段温度由600℃升至700℃，升温时间为240min；第五阶段温度由700℃升至900℃，升温时间为200min；第六阶段温度由900℃升至1300℃，升温时间为200min；

(3)将步骤(2)得到的材料放入石墨化炉中；打开真空泵抽真空，待真空度表读数为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min，在保压期间真空泵指数无变化时；打开氩气阀门开关，向石墨化炉充入氩气，调节氩气管道上的流量计，使氩气流量保持在8L/min，同时查看真空度表，当炉内气压达到0.02MPa时，打开排气阀，使少量氩气能够排出，但必须同时能够保证炉内气压依然是0.02MPa；开启石墨化炉采用阶段升温方式进行石墨化升温烧制，石墨化烧制过程主要分为9个阶段，最高温度为2700℃，第一阶段温度由室温升至1000℃，第一阶段升温时间为80min；第二阶段温度由1000℃升至1500℃，升温时间为125min；第三阶段温度由1500升至1580℃，升温时间为30min；第四阶段温度由1580℃升至1800℃，升温时间为220min；第五阶段温度由1800℃升至2000℃，升温时间为100min；温度升至2000℃二次抽真空至-0.1MPa；第六阶段温度由2000℃升至2200℃，升温时间为70min；第七阶段温度由2200℃升至2500℃，升温时间为100min；第八阶段温度由2500℃升至2700℃，升温时间为90min；第九阶段温度保持2700℃，保温时间为30min；

(4)将步骤(3)得到的材料放入网状的冲切模具中，用机械冲切机进行冲切，冲切成颗粒度为5mm以下的规格；

(5)将步骤(4)得到的材料放入SML微纳米研磨分散设备中进行自动循环分散研磨，得到石墨粉体，如图3。

实施例2

以石墨膜碎渣料为原料制备石墨粉体，制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨膜碎渣料放于石墨舟皿中；

(2)将步骤(1)的放有石墨膜碎渣料的石墨舟皿放入碳化炉中，放置完成后关闭碳化炉门，打开真空泵抽真空，待真空度表读数显示为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min；在保压期间，真空泵指数无变化时，开启碳化设备采用阶段升温方式进行碳化烧制，碳化过程主要分为六个阶段，碳化最高温度为1300℃，第一阶段温度由室温升至300℃，第一阶段升温时间为45min；第二阶段温度由300℃升至480℃阶段，升温时间为50min，当温度升至480℃，保温30min；第三阶段温度由480℃升至600℃，升温时间为420min；第四阶段温度由600℃升至700℃，升温时间为245min；第五阶段温度由700℃升至900℃，升温时间为205min；第六阶段温度由900℃升至1300℃，升温时间为205min；

(3)将步骤(2)得到的材料放入石墨化炉中；打开真空泵抽真空，待真空度表读数为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min，在保压期间真空泵指数无变化时；打开氩气阀门开关，向石墨化炉充入氩气，调节氩气管道上的流量计，使氩气流量保持在8L/min，同时查看真空度表，当炉内气压达到0.02MPa时，打开排气阀，使少量氩气能够排出，但必须同时能够保证炉内气压依然是0.02MPa；开启石墨化炉采用阶段升温方式进行石墨化升温烧制，石墨化烧制过程主要分为9个阶段，最高温度为2700℃，第一阶段温度由室温升至1000℃，第一阶段升温时间为85min；第二阶段温度由1000℃升至1500℃，升温时间为125min；第三阶段温度由1500升至1580℃，升温时间为35min；第四阶段温度由1580℃升至1800℃，升温时间为220min；第五阶段温度由1800℃升至2000℃，升温时间为105min；温度升至2000℃二次抽真空至-0.1MPa；第六阶段温度由2000℃升至2200℃，升温时间为75min；第七阶段温度由2200℃升至2500℃，升温时间为105min；第八阶段温度由2500℃升至2700℃，升温时间为95min；第九阶段温度保持2700℃，保温时间为30min；

(4)将步骤(3)得到的材料放入网状的冲切模具中，用机械冲切机进行冲切，冲切成颗粒度为5mm以下的规格；

(5)将步骤(4)得到的材料放入SML微纳米研磨分散设备中进行自动循环分散研磨，得到石墨粉体。

实施例3

以石墨膜边角料为原料制备石墨粉体，制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨膜边角料放于石墨舟皿中；

(2)将步骤(1)的放有石墨膜边角料的石墨舟皿放入碳化炉中，放置完成后关闭碳化炉门，打开真空泵抽真空，待真空度表读数显示为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min；在保压期间，真空泵指数无变化时，开启碳化设备采用阶段升温方式进行碳化烧制，碳化过程主要分为六个阶段，碳化最高温度为1300℃，第一阶段温度由室温升至300℃，第一阶段升温时间为35min；第二阶段温度由300℃升至480℃阶段，升温时间为40min，当温度升至480℃，保温30min；第三阶段温度由480℃升至600℃，升温时间为415min；第四阶段温度由600℃升至700℃，升温时间为235min；第五阶段温度由700℃升至900℃，升温时间为195min；第六阶段温度由900℃升至1300℃，升温时间为195min；

(3)将步骤(2)得到的材料放入石墨化炉中；打开真空泵抽真空，待真空度表读数为-0.1MPa时，关闭真空泵保压30min，在保压期间真空泵指数无变化时；打开氩气阀门开关，向石墨化炉充入氩气，调节氩气管道上的流量计，使氩气流量保持在10L/min，同时查看真空度表，当炉内气压达到0.02MPa时，打开排气阀，使少量氩气能够排出，但必须同时能够保证炉内气压依然是0.02MPa；开启石墨化炉采用阶段升温方式进行石墨化升温烧制，石墨化烧制过程主要分为9个阶段，最高温度为2700℃，第一阶段温度由室温升至1000℃，第一阶段升温时间为75min；第二阶段温度由1000℃升至1500℃，升温时间为120min；第三阶段温度由1500升至1580℃，升温时间为25min；第四阶段温度由1580℃升至1800℃，升温时间为215min；第五阶段温度由1800℃升至2000℃，升温时间为95min；温度升至2000℃二次抽真空至-0.1MPa；第六阶段温度由2000℃升至2200℃，升温时间为65min；第七阶段温度由2200℃升至2500℃，升温时间为95min；第八阶段温度由2500℃升至2700℃，升温时间为85min；第九阶段温度保持2700℃，保温时间为30min；

(4)将步骤(3)得到的材料放入网状的冲切模具中，用机械冲切机进行冲切，冲切成颗粒度为5mm以下的规格；

(5)将步骤(4)得到的材料放入SML微纳米研磨分散设备中进行自动循环分散研磨，得到石墨粉体。

实施例4

本实施例以含石墨膜的复合PET膜的边角料为原料制备石墨粉体，制备方法与工艺参数与实施例1相同。

实施例5

本实施例与实施例1区别仅在于，实施例1中(2)的碳化处理步骤第六阶段，阶段升温温度最高点为1200℃。

实施例6

本实施例与实施例1区别仅在于，实施例1中(3)的石墨化处理步骤第九阶段，阶段升温温度最高点为2800℃。

对比例1

采用传统的机械研磨法对天然鳞片石墨进行研磨，获得石墨粉体。

对比例2

本对比例与实施例1区别仅在于，本对比例碳化处理的升温速率一定，没有采用阶段升温方式进行升温。

对比例3

本对比例与实施例1区别仅在于，本对比例石墨化处理的升温速率一定，没有采用阶段升温方式进行升温。

试验例

将实施例和对比例得到的石墨粉体进行纯度测试，测定检测结果如表1。

表1

由表1中1～6实施例与对比例1的测定结果可见，以石墨材料废料或石墨复合材料废料为原料制备的石墨粉体，在纯度、颗粒度方面都能达到与传统方法制备石墨粉体的标准，与对比例1测定结果相似，能更好地利用废弃资源，降低成本、保护环境。

由表1中1～6实施例测定结果可见，在本发明范围内是调整工艺参数和反应条件，能够达到相似的制备效果，制备的石墨粉体纯度、颗粒度都达到了较高的标准。

由表1中实施例1与实施例4的测定结果可见，以石墨膜边角料制备的石墨粉体，与以含石墨膜复合PET膜的边角料为原料，制备的石墨粉体纯度相似，颗粒度范围相似，说明本发明优化的制备步骤和工艺参数，能很好地去除石墨复合膜材料中的杂质，能更广泛有效地利用含石墨的废弃资源。

由表1中实施1和实施例5的测定结果可见，在小范围内降低碳化处理的最高温度时，应用阶段升温的碳化处理方式，仍然能够制备高纯度，高质量标准的石墨粉体。

由表1中实施1和实施例6的测定结果可见，将石墨化化处理的最高温度提升，应用阶段升温的碳化处理方式，仍然能够制备高纯度石，高质量标准的石墨粉体。

由表1中对比例2和3的测定结果可见，碳化过程和石墨化过程是制备石墨粉体的关键步骤，在此过程中对工艺参数的改变，会对制备结果造成较大的影响，在不应用阶段升温方式进行碳化处理和石墨化处理的情况下，碳化设备和石墨化设备体系内反应不充分，化学键没有充分断裂，会导致杂质去除率低，其他杂质元素去除效果差，得到的石墨粉体纯度低。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可做出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种石墨粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

石墨材料废料或石墨复合材料废料经碳化处理、石墨化处理和后处理后，得到石墨粉体；

所述石墨材料为石墨膜；

所述石墨复合材料为包含石墨膜的复合膜；

所述石墨复合材料废料为包含石墨膜的复合膜的边角料和/或下脚料；

所述碳化处理包括以下步骤：将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中进行碳化升温烧制，所述碳化升温烧制包括六个阶段：

第一阶段温度由室温升至(300±10)℃，升温时间为35～45min，第一阶段升温速率为7～8℃/min；

第二阶段温度由(300±10)℃升至(480±10)℃，升温时间为40～50min，且温度升至(480±10)℃后保温25～35min，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；

第三阶段温度由(480±10)℃升至(600±10)℃，升温时间为415～425min，第三阶段升温速率为0.1～0.5℃/min；

第四阶段温度由(600±10)℃升至(700±10)℃，升温时间为235～245min，第四阶段升温速率为0.4～0.8℃/min；

第五阶段温度由(700±10)℃升至(900±10)℃，升温时间为195～205min，第五阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；

第六阶段温度由(900±10)℃升至(1300±10)℃，升温时间为195～205min，第六阶段升温速率为3～3.6℃/min；

所述石墨化处理包括以下步骤：将碳化处理后的材料放入石墨化设备中进行石墨化升温烧制，所述石墨化升温烧制包括九个阶段：

第一阶段温度由室温升至(1000±10)℃，升温时间为75～85min，第一阶段升温速率为12～13℃/min；

第二阶段温度由(1000±10)℃升至(1500±10)℃，升温时间为120～130min，第二阶段升温速率为3.5～4.5℃/min；

第三阶段温度由(1500±10)升至(1580±10)℃，升温时间为25～35min，第三阶段升温速率为2.4～3℃/min；

第四阶段温度由(1580±10)℃升至(1800±10)℃，升温时间为215～225min，第四阶段升温速率为0.5～1.5℃/min；

第五阶段温度由(1800±10)℃升至(2000±10)℃，升温时间为95～105min，且温度升至(2000±10)℃时抽真空，第五阶段升温速率为1.5～2.5℃/min；

第六阶段温度由(2000±10)℃升至(2200±10)℃，升温时间为65～75min，第六阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；

第七阶段温度由(2200±10)℃升至(2500±10)℃，升温时间为95～105min，第七阶段升温速率为2.5～3.5℃/min；

第八阶段温度由(2500±10)℃升至(2700±10)℃，升温时间为85～95min，第八阶段升温速率为2～2.4℃/min；

第九阶段温度保持(2700±10)℃，保温时间为25～35min。

2.按照权利要求1所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述碳化处理包括以下步骤：

(a)将石墨材料废料或石墨复合材料废料放入碳化设备中；

(b)在真空状态下采用阶段升温方式进行升温，升温至900～1400℃，阶段升温总时长为10～16h。

3.按照权利要求1所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述石墨化处理包括以下步骤；

(a)将碳化处理后的材料放入石墨化设备中；

(b)抽真空后充入惰性气体，保持设备中气压为0.01～0.02MPa；

(c)采用阶段升温方式进行升温，升温至1900～2000℃，抽真空，继续升温，直至温度升至2500～2900℃，阶段升温总时长为8～16h。

4.按照权利要求3所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。

5.按照权利要求4所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述惰性气体流量为3～10L/min。

6.按照权利要求1-5任一项所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述后处理包括冲切处理和研磨处理。

7.按照权利要求6所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述冲切处理包括以下步骤：将石墨化后的材料放入冲切模具中冲切成5mm以下的颗粒。

8.按照权利要求6所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，所述研磨处理包括以下步骤：将冲切处理后的材料用微纳米研磨分散设备进行研磨。

9.按照权利要求8所述的石墨粉体的制备方法，其特征在于，将冲切处理后的材料用棒销式砂磨机进行研磨。

10.一种按照权利要求1-9任一项所述的石墨粉体的制备方法制备得到的石墨粉体。