CN108545737A - 一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不用高温膨胀制备柔性石墨的新方法，其包括以下步骤：(1)将鳞片状石墨与适量浓硫酸与双氧水在≤10℃的环境搅拌均匀混合；(2)将(1)所得混合物在室温条件下静置，得到膨胀石墨；(3)将制备的膨胀石墨在400℃以下的加热炉中0.5‑4小时烘烤，得到脱硫后的膨胀石墨，同时将烘后气体冷凝回收硫酸；(4)将脱硫后的膨胀石墨用常规柔性石墨生产线(不含膨胀炉)制备柔性石墨。和传统制备工艺相比，本发明实现了直接用鳞片石墨制备柔性石墨，省却了可膨胀石墨的制备及高温膨胀工序；新方法能回收硫酸，不存在传统工艺中制备可膨胀石墨而出现的含酸废水处理带来的环境污染问题。与传统工艺相比，本发明降低能耗，保护环境，降低成本。

Description

一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法

技术领域

本发明属于石墨材料技术领域，特别涉及一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法。

背景技术

柔性石墨是一种重要的工业材料，首先它是作为最好的静密封材料问世，广泛用于内燃机的气缸垫及发电、化工产业的液、气管道的法兰密封，被称为“静密封之王”。近来电子、电力产业的发展，对新型导热、导电材料的需求，又在电子设备的均热、散热和电力系统的防雷接地中广泛应用。使柔性石墨的需求量不断走高。

传统的柔性石墨是由可膨胀石墨(业内也称酸化石墨)为原料，经过900-1000℃高温膨化炉，得到膨胀石墨，压轧成为柔性石墨板带材或块体。可膨胀石墨是用大片的天然鳞片石墨(通常粒度≥150μm，即+100目)为原料，加入插层剂(通常为浓硫酸)和氧化剂(高锰酸钾、双氧水等多种化学药品都可)反应，形成石墨层间化合物，然后水洗去除多余的插层剂、氧化剂，烘干制得可膨胀石墨。传统技术在制备可膨胀石墨时不仅因水洗而损失大量的酸，而且大量含酸废水也造成严重的环境问题；高温膨化炉能耗巨大；高温膨胀时石墨的烧损及水洗的流失，使石墨原料的收得率不到90％。这些问题急需新技术解决。

发明内容

解决目前制备柔性石墨技术中前期原料可膨胀石墨制备工艺中含酸废水造成的环境问题，以及后期高温膨化制备膨胀石墨的高耗能等问题，本发明的目的在于提供一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，直接用鳞片状石墨为原料，先后加入浓硫酸和双氧水后，在室温下静置一段时间自动膨胀得到膨胀石墨，烘干残余加入物得到纯净膨胀石墨，实现了用传统设备、工艺制备柔性石墨材料，且比传统技术能耗降低，污染减少，成本降低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，包括以下步骤：

(1)在-5～10℃的环境中，将石墨原料与浓硫酸混合并搅拌均匀，然后逐渐加入双氧水，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)得到的产物在25±10℃环境中静置1～10小时，产物自动膨胀，得到膨胀石墨，其中裹挟有残余硫酸；

(3)将步骤(2)所有产物，在340-400℃环境中烘烤0.5～4小时，得到脱硫的膨胀石墨，同时将烘烤过程中产生的气体冷凝，回收硫酸；

(4)将步骤(3)得到的膨胀石墨置于常规柔性石墨生产线的料仓中，按常规工艺制备柔性石墨。

所述步骤(1)中，石墨原料为鳞片状石墨。

所述步骤(1)中，石墨原料为天然鳞片石墨和/或kish石墨。

所述步骤(1)中，按石墨：浓硫酸＝1kg：(2～6)L的比例加入浓硫酸，按体积比浓硫酸：双氧水＝1：(0.1～0.4)加入双氧水。

所述步骤(3)中，对烘余气的引出气道冷却，使烘余气的最后排出温度≤150℃。

所述步骤(4)中柔性石墨生产线不含膨化炉。所述步骤(4)中也可采用模压方法和设备制备块体状柔性石墨材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实现了直接用鳞片石墨制备柔性石墨；省却了可膨胀石墨的制备过程，避免了制备可膨胀石墨造成的含酸废水带来的环境污染问题；同时取消了高温膨胀工序，降低了能耗和柔性石墨的生产成本；

本发明实现了硫酸的回收，不存在传统工艺中制备可膨胀石墨而出现的含酸废水处理带来的环境污染问题。

附图说明

图1为本发明的制备柔性石墨板带材工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例1

如图1所示，将2L浓硫酸2(质量浓度98％)和0.5Kg石墨原料1(50目的天然鳞片石墨)分别加入反应釜3中，环境温度8℃，搅拌均匀后缓慢加入0.4L双氧水4(质量浓度30％)，继续搅拌5min后，将反应釜内的混合物料放出，置于室温下静置8h，获得膨胀石墨5。

将获得的膨胀石墨5放在350℃烘干炉6中进行烘干处理，处理时间为2h，测得处理后的膨胀石墨含硫量为400ppm。将烘干后的膨胀石墨送入料仓7，在柔性石墨生产线8上，经轧机制备得密度1g/cm³厚度为0.4mm的柔性石墨带材9，强度为4.5Mpa，压缩率为35％，回弹率为12％，应力松弛率3％，符合密封用优质品要求。

烘干过程中产生的气体通过气体排出管道10送往冷凝器11进行冷凝，得到回收的硫酸12，最终的废气13外排。

实施例2

将6L浓硫酸2(质量浓度98％)和1Kg石墨原料1(50目的天然鳞片石墨)分别加入反应釜3中，环境温度6℃，搅拌均匀后缓慢加入0.6L双氧水4(质量浓度30％)，继续搅拌5min后，将反应釜3内的混合物料放出，置于室温下静置6h，获得膨胀石墨5。

将获得的膨胀石墨5放在400℃烘干窑6中进行烘干处理，处理时间为3h，测得处理后的膨胀石墨含硫量为300ppm。将烘干后的膨胀石墨送入料仓7，在柔性石墨生产线8上，将烘干后的膨胀石墨压制成厚度为0.03mm的柔性石墨箔材9，测的柔性石墨膜的热导率为400w·m^-1·k^-1。可用于电子器件的导热散热材料。

烘干过程中产生的气体通过气体排出管道10送往冷凝器11进行冷凝，得到回收的硫酸12，最终的废气13外排。

实施例3

将5L浓硫酸2(质量浓度98％)和1Kg石墨原料1(kish石墨，纯度90％C，粒度≥500μm)分别加入反应釜3中，环境温度6℃，搅拌均匀后缓慢加入1L双氧水4(质量浓度30％)，继续搅拌5min后，将反应釜3内的混合物料放出，置于室温下静置10h，获得膨胀石墨5。

将获得的膨胀石墨5放在400℃烘干炉6中进行烘干处理，处理时间为2h，测得处理后的膨胀石墨含硫量为500ppm。将烘干后的膨胀石墨送入料仓7，在柔性石墨生产线8上，以烘干后的膨胀石墨作为原材料，轧制成厚度0.4mm密度0.5g/cm³的带材与玻璃纤维复合后裁成2cm条带加捻成绳，编织成平面状编织体，测得电阻率2.0*10^-5Ωm，可以用于铁塔防雷接地体。

烘干过程中产生的气体通过气体排出管道10送往冷凝器11进行冷凝，得到回收的硫酸12，最终的废气13外排。

本发明也可采用模压方法和设备制备得到块体状柔性石墨材料。

Claims (7)

1.一种不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在-5～10℃的环境中，将石墨原料与浓硫酸混合并搅拌均匀，然后逐渐加入双氧水，搅拌均匀；

(2)将步骤(1)得到的产物在25±10℃环境中静置1～10小时，产物自动膨胀，得到膨胀石墨，其中裹挟有残余硫酸；

(3)将步骤(2)所有产物，在340-400℃环境中烘烤0.5～4小时，得到脱硫的膨胀石墨，同时将烘烤过程中产生的气体冷凝，回收硫酸；

(4)将步骤(3)得到的膨胀石墨置于常规柔性石墨生产线的料仓中，按常规工艺制备柔性石墨。

2.根据权利要求1所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨原料为鳞片状石墨。

3.根据权利要求1或2所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，石墨原料为天然鳞片石墨和/或kish石墨。

4.根据权利要求1或2所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，按石墨：浓硫酸＝1kg：(2～6)L的比例加入浓硫酸，按体积比浓硫酸：双氧水＝1：(0.1～0.4)加入双氧水。

5.根据权利要求1所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对烘余气的引出气道冷却，使烘余气的最后排出温度≤150℃。

6.根据权利要求1所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中柔性石墨生产线不含膨化炉。

7.根据权利要求1所述不用高温膨胀的柔性石墨制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用模压方法和设备制备块体状柔性石墨材料。