CN109292768A - 一种高纯石墨粉及其提纯工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高纯石墨粉及其提纯工艺，该工艺包括如下步骤：将石墨粉原料添加进石墨舟皿中，所述石墨舟皿安装在提纯设备中，抽真空至压力为‑93～‑100KPa，保压0.5‑2h；待压升率合格后升温至1200‑1800℃，通入一定量纯化气体，保压后抽真空至压力为‑93～‑100KPa；在升温期间进行脉冲式提纯，直至达到2000‑3000℃区间段某温度保温1‑3h后，停止脉冲式提纯；抽真空降温至1200‑1500℃，再通入氩气使温度下降至室温，获得高纯石墨粉。上述提纯工艺可在较低温度下通过脉冲式的工艺将挥发杂质及时排除，解决石墨粉原料中的B、Al、V等关键杂质的深度去除难题，从而获得纯度达到99.999％～99.9999％的高纯石墨粉，为高纯石墨粉的工业化生产提供了一条切实可行的路径。

Description

一种高纯石墨粉及其提纯工艺
技术领域
本发明涉及石墨粉体材料技术领域，更具体地，涉及一种高纯石墨粉及其提纯工艺。
背景技术
石墨具有低密度、抗腐蚀、抗辐射、自润滑、耐高低温等众多优点，在航天、航空、军工、电子、核能、冶金等领域具有重要的应用。随着新技术、新工艺的不断发展，普通的高纯石墨材料已经不能满足许多行业的需求，石墨提纯质量的高低决定着石墨材料的使用特性和综合性能，石墨纯度越高，应用价值越高。
目前，国内外石墨提纯的方法主要有化学法，包括浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法等，物理法主要指高温法。其中，化学法对污染环境严重，且工艺系统不稳定，生产成本高，对石墨粉纯度提升有限(能达到99.9％)，在一定程度上限制了该工艺的推广应用；高温法可以将石墨粉纯度提升到99.99％，但对设备要求高，工作温度至少要到3000℃以上，极大的增加了成本，并且对如B4C、VC、TiO2等高沸点杂质难以去除，纯度想进一步提升很难。
发明内容
基于此，有必要针对上述现有技术中提纯过程中温度高、沸点高的杂质难以去除的技术问题，提供一种高纯石墨及其提纯工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种高纯石墨粉的提纯工艺，包括如下步骤：
S1、将石墨粉原料添加进石墨舟皿中，所述石墨舟皿安装在提纯设备中，抽真空至压力为-93～-100KPa，保压0.5-2h；
S2、待压升率合格后升温至1200-1800℃，通入一定量纯化气体，保压后抽真空至压力为-93～-100KPa；
S3、升温至2000-3000℃，在升温期间依次按抽真空、通入纯化气体、保压和再抽真空的脉冲方式进行提纯，保温1-3h后，停止脉冲式提纯；
S4、抽真空降温至1200-1500℃，再通入氩气使温度下降至室温，获得高纯石墨粉。
在其中一个实施例中，S1步骤中的石墨粉原料包括针状石油焦、微晶石墨和鳞片石墨中的一种或多种组合物。
在其中一个实施例中，S1步骤中的石墨粉原料的纯度不小于85％。
在其中一个实施例中，S2或S3步骤的纯化气体包括Cl2、HCl、CCl4、CHClF2、CCl2F2、CClF3和CF4中的一种或多种。
在其中一个实施例中，S2步骤的纯化气体的流量为50-500L/h。
在其中一个实施例中，通入纯化气体后的绝对压力值为3-10Kpa。
在其中一个实施例中，压升率合格的时间为0.5-2h。
在其中一个实施例中，S3步骤的升温的速率为1-3℃/min。
在其中一个实施例中，S1步骤的所述提纯设备为间歇式提纯设备。
本发明还提供了一种高纯石墨粉，所述高纯石墨粉由所述提纯工艺制得，其中，所述高纯石墨粉的纯度为99.999％～99.9999％。
与现有工艺相比，本发明的提纯工艺可在较低温度下通过脉冲式的工艺将挥发杂质及时排除，解决石墨粉原料中的B、Al、V等关键杂质的深度去除难题。脉冲式工艺原理是通过控制提纯设备中气压呈现周期性变化，改变杂质气体的受力大小与运动状态，使石墨粉提纯过程中挥发的杂质，更容易且更及时的随着气压的变化排除炉外，另外就是通入纯化气体的保压过程，实际上就是保证了纯化气体与石墨粉原料充分接触，间接增加了反应时间，更有利于提纯过程的进行，从而获得纯度达到99.999％～99.9999％的高纯石墨粉，为高纯石墨粉的工业化生产提供了一条切实可行的路径。本发明的一种高纯石墨粉的提纯工艺具有极强的实际推广价值。同时，本发明提供的纯度在99.999％～99.9999％的石墨粉具有极高的实用价值。
附图说明
图1为本发明公开的高纯石墨粉的提纯工艺的流程图；
图2为本发明公开的高纯石墨粉的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
如图1所示，一种高纯石墨粉的提纯工艺，包括如下步骤：
S1、取粒径D50为0.2～0.5mm、纯度为88％的微晶石墨添加到尺寸为300×300×150mm的石墨舟皿中，将装料后的石墨舟皿放入内腔尺寸为600×600×900mm的石墨提纯设备中，抽真空至-95KPa，保压1h；
S2、压升率合格后升温至1600℃时，开始同时通入CCl4和CHClF2，流量100L/h，通入纯化气体的绝对压力值为3KPa，保压0.5h后重新抽真空至压力-95KPa；
S3、按1℃/min的升温速率升温至2200℃，期间按抽真空、充纯化气体、保压和再抽真空的脉冲方式进行提纯操作，在2200℃下保温1-3h后，停止脉冲式提纯操作；
S4、抽真空降温至1500℃时，开始通入Ar降温至室温，及获得高纯的石墨粉，其中，Ar的流量100L/h。
经检测，实施例1制得的石墨粉纯度为99.99947％，其中关键杂质B＝0.05ppm、Al＝0.02ppm，V≤0.01ppm，Mg≤0.05ppm、Fe≤0.05ppm，Ti≤0.05ppm，具体形貌参见图2。
实施例2
一种高纯石墨粉的提纯工艺，包括如下步骤：
S1、取粒径D50为0.3～0.6mm、纯度为88％的鳞片石墨添加到尺寸为300×300×150mm的石墨舟皿中，将装料后的石墨舟皿放入内腔尺寸为600×600×900mm的石墨提纯设备中，抽真空至-98KPa，、保压1h；
S2、压升率合格后升温至1550℃时，开始同时通入CCl4和CHClF2，流量300L/h，通入纯化气体的绝对压力值为5KPa，保压1h后重新抽真空至压力-98KPa；
S3、按3℃/min的升温速率升温至2250℃，期间按抽真空、充纯化气体、保压和再抽真空的脉冲方式进行提纯操作，在2250℃下保温3h后，停止脉冲式提纯操作；
S4、抽真空降温至1400℃时，开始通入Ar降温至室温，及获得高纯的石墨粉，其中，Ar的流量300L/h。
经检测，实施例2制得的石墨粉纯度为99.99969％，其中关键杂质B＜0.01ppm、Al＝0.02ppm，V＜0.01ppm，Mg＝0.25ppm、Fe＜0.05ppm，Ti＜0.05ppm。
实施例3
S1、取粒径D50为0.3～0.8mm、纯度为88％的针状石油焦添加到尺寸为300×300×150mm的石墨舟皿中，将装料后的石墨舟皿放入内腔尺寸为600×600×900mm的石墨提纯设备中，抽真空至-96KPa，保压1h；
S2、压升率合格后升温至1700℃时，开始同时通入CCl4和CHClF2，流量200L/h，通入纯化气体的绝对压力值为4KPa，保压0.8h后重新抽真空至压力-96KPa；
S3、按2℃/min的升温速率升温至2350℃，期间按抽真空、充纯化气体、保压和再抽真空的脉冲方式进行提纯操作，在2350℃下保温3h后，停止脉冲式提纯操作；
S4、抽真空降温至1450℃时，开始通入Ar降温至室温，及获得高纯的石墨粉，其中，Ar的流量200L/h。
经检测，实施例3制得的石墨粉纯度为99.99971％，其中关键杂质B＝0.01ppm、Al＝0.02ppm，V＜0.01ppm，Mg＜0.10ppm、Fe＜0.05ppm，Ti＜0.05ppm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高纯石墨粉的提纯工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将石墨粉原料添加进石墨舟皿中，所述石墨舟皿安装在提纯设备中，抽真空至压力为-93～-100KPa，保压0.5-2h；
S2、待压升率合格后升温至1200-1800℃，通入一定量纯化气体，保压后抽真空至压力为-93～-100KPa；
S3、升温至2000-3000℃，在升温期间依次按抽真空、通入纯化气体、保压和再抽真空的脉冲方式进行提纯，保温1-3h后，停止脉冲式的提纯；
S4、抽真空降温至1200-1500℃，再通入氩气使温度下降至室温，获得高纯石墨粉。
2.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S1步骤中，石墨粉原料包括针状石油焦、微晶石墨和鳞片石墨中的一种或多种组合物。
3.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S1步骤中，石墨粉原料的纯度不小于85％。
4.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S2或S3步骤中，纯化气体包括Cl2、HCl、CCl4、CHClF2、CCl2F2、CClF3和CF4中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S2步骤中，纯化气体的流量为50-500L/h。
6.根据权利要求5所述的提纯工艺，其特征在于，通入所述纯化气体的绝对压力值为3-10KPa。
7.根据权利要求6所述的提纯工艺，其特征在于，压升率合格的时间为0.5-2h。
8.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S3步骤中，升温的速率为1-3℃/min。
9.根据权利要求1所述的提纯工艺，其特征在于，在S1步骤中，所述提纯设备为间歇式提纯设备。
10.一种高纯石墨粉，其特征在于，所述高纯石墨粉由权利要求1至9任一项所述的提纯工艺制得，其中，所述高纯石墨粉的纯度为99.999％～99.9999％。
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