CN108862270A - 一种人造石墨的提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人造石墨的提纯方法，包括如下步骤：将石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料后烘干，将烘干后的石墨颗粒料放在磨粉容器中磨粉15～25小时，将石墨粉体与碱溶液混匀后在450‑800℃的条件下反应2‑4小时，所述碱溶液中加有助熔剂，之后冷却至室温，低压过滤，再将得到的物料与H2SO4和HCl的混合酸混匀后在反应温度20℃‑40℃、搅拌速率400转/分‑1000转/分的条件下反应2‑5h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤后烘干。其有益效果是：(1)工艺周期短，生产成本低；(2)安全环保，操作方便，不需要使用毒、腐蚀性强的气体，避免了对设备的腐蚀和生产人员的毒害；(3)得到的石墨粉料纯化效率高，产品纯度高，提纯后的石墨产品纯度在99.98％以上。

Description

一种人造石墨的提纯方法
技术领域
本发明涉及一种人造石墨的提纯方法。
背景技术
人造石墨结构稳定，可作为动力型锂离子电池负极材料。但人造石墨中含有杂质，需要提纯至较高纯度才能应用于负极材料。人造石墨主要采用石油焦在2500℃～3000℃惰性气氛下制备得到，其纯度在98％左右，杂质主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、B2O3和BN等。
目前，石墨提纯方法主要有低温湿化学提纯法(氢氟酸法和氯化焙烧法)和高温干法提纯法。氢氟酸法是利用石墨中的杂质和氢氟酸反应生成溶于水的氟化物及挥发物而达到提纯的目的，该法对设备腐蚀性大，而且毒性强；氯化焙烧法是采用氯气将石墨中的杂质转换成挥发物，氯气具有强的腐蚀性和毒性，严重污染环境，且工艺系统不稳定，生产成本高，在一定程度上限制了该工艺的推广应用。
高温法主要利用石墨的沸点远高于所含杂质硅酸盐的沸点这一特性，通过将中碳或高碳石墨置于较高的工艺温度下持续加热，使石墨中的杂质能充分挥发来达到提纯的目的，能够生产99.99％以上的超高纯石墨，但高温法对设备性能要求高，而且在高温提纯过程中，含氟烷烃易生成含氟烯烃进而聚合碳化堵塞进气管道，造成装置需频繁停车检修，纯化效率低，工艺周期大大延长，生产成本高。而且由于氯气、氟气的毒性大，对设备要求高，工艺过程难控制，限制了其推广应用。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种工艺周期短、纯化效率高、安全环保、生产成本低的提纯人造石墨的方法。
一种人造石墨的提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除石墨颗粒料中的水分；
(2)将烘干后的石墨颗粒料放在球磨磨粉机的磨粉容器中，用直径为3.5mm～5mm的钢珠，球磨磨粉机速度500-800r/min，磨粉15～25小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为550～650 目的石墨粉体；
(3)将石墨粉体与碱溶液混匀后在450-700℃的条件下反应2-4小时，所述碱溶液中加有助熔剂，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至滤液PH到6.5-7为止；
(4)再将得到的物料与H2SO4和HCl的混合酸混匀后在反应温度20℃-40℃、搅拌速率 400转/分-1000转/分的条件下反应2-5h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH 到6.5-7为止；
(5)将上述制备得到的物料在105-120℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为 99.98％以上的高纯石墨。
所述步骤(1)经浮选得到的石墨颗粒料在离心机内进行磁选，得到固定碳含量大于90％的微晶石墨。
所述步骤(2)的磨粉工序中再加入比例为30％～50％颗粒大小为300目的经过磨粉的颗粒料，混合磨粉4～5时。
所述步骤(3)的偏硼酸盐为偏硼酸钠或偏硼酸锂。
所述步骤(3)的助熔剂为碳酸钠、氯化钠或二者的混合物。
所述步骤(4)加入体积浓度为1-5％的HF酸。
所述步骤(5)得到的混合均匀的高纯石墨通过等静压机压制成型，成型后的坯料经过焙烧、浸渍、再次焙烧、石墨化常规工艺后，制成碳石墨材料；所述混合均匀的颗粒粉料通过等静压机压制成型的压制过程中的保压次数为两次。
本发明所述的一种人造石墨的提纯方法，其有益效果是：
(1)工艺周期短，生产成本低，本发明解决了石墨在熔碱提纯过程中，采用偏硼酸盐作为助熔剂，不仅加快了提纯速度，也有效降低了生产成本；
(2)安全环保，操作方便，本发明不使用氯气、氟气、氟化氢、氯化氢等有毒、腐蚀性强的气体，避免了对设备的腐蚀和生产人员的毒害；
(3)提纯前先进行浮选和磨细操作，得到的石墨粉料纯化效率高，产品纯度高，提纯后的石墨产品纯度可达99.98％以上。
具体实施方式
为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例详予说明。
实施例1
将100g石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除碳石墨颗粒料中的水分；将烘干后的石墨颗粒料放在磨粉容器中，用直径至少为3.5mm钢珠，球磨磨粉机速度600r/min，磨粉15小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为550 目的石墨粉体；将石墨粉体与80g碱溶液混匀后在500℃的条件下反应2小时，所述碱溶液中加有5g助熔剂，所述助熔剂为偏硼酸盐，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至铝液 PH到6.5为止；再将得到的物料与2.5L体积浓度为2％的H2SO4、HCl和HF酸的混合酸混匀后在反应温度25℃、搅拌速率400转/分的条件下反应2h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH到6.5为止；将上述制备得到的物料在105℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为99.98％以上的高纯石墨。
实施例2
将200g石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除碳石墨颗粒料中的水分；将烘干后的石墨颗粒料放在磨粉容器中，用直径至少为3.5mm钢珠，球磨磨粉机速度500r/min，磨粉20小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为600 目的石墨粉体；将石墨粉体与120g碱溶液混匀后在500℃的条件下反应3小时，所述碱溶液中加有12g助熔剂，所述助熔剂为偏硼酸锂，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至铝液PH到7为止；再将得到的物料与4L体积浓度为2％的H2SO4和HCl的混合酸混匀后在反应温度25℃、搅拌速率500转/分的条件下反应3h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH到6.8为止；将上述制备得到的物料在110℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为99.98％以上的高纯石墨。
实施例3：
将150g石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除碳石墨颗粒料中的水分；将烘干后的石墨颗粒料放在磨粉容器中，用直径至少为3.5mm钢珠，球磨磨粉机速度700r/min，磨粉25小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为600 目的石墨粉体；将石墨粉体与120g碱溶液混匀后在750℃的条件下反应4小时，所述碱溶液中加有20g助熔剂，所述助熔剂为碳酸钠，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至铝液 PH到6.5为止；再将得到的物料与4L体积浓度为3％的H2SO4、HCl和HF酸的混合酸混匀后在反应温度30℃、搅拌速率500转/分的条件下反应4h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH到7为止；将上述制备得到的物料在120℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为99.98％以上的高纯石墨。
实施例4
将300g石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除碳石墨颗粒料中的水分；将烘干后的石墨颗粒料放在磨粉容器中，用直径至少为3.5mm钢珠，球磨磨粉机速度800r/min，磨粉20小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为550 目的石墨粉体；将石墨粉体与200g碱溶液混匀后在800℃的条件下反应2.5小时，所述碱溶液中加有30g助熔剂，所述助熔剂为碳酸钠和氯化钠的混合物，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至铝液PH到6.5为止；再将得到的物料与8L体积浓度为2％的H2SO4和HCl的混合酸混匀后在反应温度30℃、搅拌速率600转/分的条件下反应3.5h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH到6.5为止；将上述制备得到的物料在120℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为99.98％以上的高纯石墨。
另外，所得到的混合均匀的高纯石墨通过等静压机压制成型，成型后的坯料经过焙烧、浸渍、再次焙烧、石墨化常规工艺后，可制成碳石墨材料；所述混合均匀的颗粒粉料通过等静压机压制成型的压制过程中的保压次数为两次。
经过测试表明，所制备的高纯石墨符合需要，制备过程未产生大量的污染，且费用较低，因而具有良好的实际效果。
综上所述，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种人造石墨的提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨精矿采用浮选法制得相应的石墨颗粒料，再将得到的石墨颗粒料放入烘箱内进行烘干，去除石墨颗粒料中的水分；
(2)将烘干后的石墨颗粒料放在球磨磨粉机的磨粉容器中，用直径为3.5mm～5mm的钢珠，球磨磨粉机速度500-800r/min，磨粉15～25小时，将碳石墨粉的颗粒磨细为550～650目的石墨粉体；
(3)将石墨粉体与碱溶液混匀后在450-700℃的条件下反应2-4小时，所述碱溶液中加有助熔剂，之后冷却至室温，低压过滤，高纯水洗涤至滤液PH到6.5-7为止；
(4)再将得到的物料与H2SO4和HCl的混合酸混匀后在反应温度20℃-40℃、搅拌速率400转/分-1000转/分的条件下反应2-5h，将反应后物料低压过滤、高纯水多次洗涤至滤液pH到6.5-7为止；
(5)将上述制备得到的物料在105-120℃下烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量为99.98％以上的高纯石墨。
2.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(1)经浮选得到的石墨颗粒料在离心机内进行磁选。
3.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(2)的磨粉工序中再加入比例为30％～50％颗粒大小为300目的经过磨粉的颗粒料，混合磨粉4～5时。
4.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(3)的助熔剂为偏硼酸盐，所述偏硼酸盐包括偏硼酸钠或偏硼酸锂。
5.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(3)的助熔剂为碳酸钠、氯化钠或二者的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(4)加入体积浓度为1-5％的HF酸。
7.根据权利要求1所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：所述步骤(5)得到的混合均匀的高纯石墨通过等静压机压制成型，成型后的坯料经过焙烧、浸渍、再次焙烧、石墨化常规工艺后，制成碳石墨材料。
8.根据权利要求7所述的一种人造石墨的提纯方法，其特征在于：混合均匀的高纯石墨通过等静压机压制成型的压制过程中的保压次数为两次。
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