CN110240157A - 一种放电等离子体活化石墨提纯装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放电等离子体活化石墨提纯装置，解决了石墨酸碱法提纯中酸碱和水用量大成本高的问题。该发明包括进料系统、等离子体活化系统、碱酸纯化系统和储罐；进料系统与等离子体活化系统相连，等离子体活化系统与碱酸纯化系统相连，储罐连接在碱酸纯化系统末端设备上；等离子体活化系统包括变频电机、螺旋进料器、高压电源、加热筒、加热电阻、接地电极筒、绝缘筒、内筒、第一出料阀、螺旋进料器进口、放电筒。该发明结构简单，特别是等离子体活化系统的设计，减少酸碱法提纯石墨的成本，降低酸、碱和水的用量，操作便捷，同常规的酸碱法提纯系统相比，具有节能性好，质量提升明显。

Description

一种放电等离子体活化石墨提纯装置

技术领域

本发明属于石墨技术领域，具体为一种放电等离子体活化石墨提纯装置。

背景技术

石墨材料作为一种工业原料，在一些特殊行业尤其是高科技领域有着举足轻重的地位，如光伏太阳能、核能原子能、汽车工业、航天技术等，但这些行业使用的必须是碳含量在 99.9%以上甚至需要 99.99%以上的高纯度石墨。一般石墨产品的纯度无法满足高纯石墨行业的要求，因而，高纯石墨材料的开发、生产已成为目前炭素行业发展的趋势，也是石墨材料向更宽、更深领域发展亟需解决的问题之一。如何开发出一种生产高纯石墨材料的优良工艺配方，已经成为近年来国内外相关材料开发者们研究的热点。

石墨提纯的方法有浮选提纯、酸碱法提纯、氢氟酸法提纯、氧化焙烧法提纯、高温提纯法等，其中酸碱法提纯具有一次性投资少、产品品位较高、工艺适应性强等优点，因此国内应用最广泛的是氢氧化钠高温熔融法，这种工艺虽然较先进，但也存在能耗消耗大，反应时间长、石墨流失量大、耗碱量大以及废水污染严重等问题。从酸碱法的设备上看，酸碱法的煅烧过程还容易发生因物料粘稠不易搅拌，造成搅拌不均匀、搅拌器损坏、纯度下降等问题。

高温法最大的优点是产品的含碳量极高，缺点是需要设计建造高温炉，设备昂贵，一次性投资多，能耗大，高额的电费增加了生产成本，在通用的行业领域内，不能满足行业对高纯石墨的需求，只能满足高精尖行业少量的需求，因此这就需要改进、提高工艺手段和设备以获得更高纯度的石墨。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种放电等离子体活化石墨提纯装置。

本发明通过如下技术方案解决技术问题。所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，包括进料系统、等离子体活化系统、碱酸纯化系统和储罐。

进料系统与等离子体活化系统相连，等离子体活化系统与碱酸纯化系统相连，储罐连接在碱酸纯化系统末端设备上。

进料系统包括装料阀、进料仓，装料阀安装在进料仓上端。

等离子体活化系统包括变频电机、螺旋进料器、高压电源、加热筒、加热电阻、接地电极筒、绝缘筒、内筒、第一出料阀、螺旋进料器进口、放电筒。

螺旋进料器包括绝缘杆、连接环、高压环、导电杆、螺旋杆。螺旋进料器的绝缘杆和导电杆通过连接环固定连接，绝缘杆一端连接在变频电机上，通过变频电机的转动带动绝缘杆转动。导电杆为棒状金属杆，螺旋杆为螺旋状金属杆，导电杆与螺旋杆相连；高压环呈环状，套在导电杆上，并与导电杆活动连接，高压环与高压电源相连。

绝缘筒连接在进料仓的下端，绝缘筒不导电，在其一面设置螺旋进料器进口，另一面连接放电筒。放电筒为导电的金属圆筒，外面是环形的金属加热筒，套在放电筒外壁上，与放电筒有0.1-1mm的间隙，加热筒里面设置加热电阻；在放电筒壁上设置环形接地电极筒，接地电极筒直接接地；在放电筒内侧，设置圆形内筒；第一出料阀连接在放电筒下面。

进一步地，内筒为α-Al2O3或α-石英筒。

碱酸纯化系统包括碱溶罐、碱液入口、第二出料阀、第一水洗罐、第一水洗罐入口、第三出料阀、酸解罐、酸入口、第二水洗罐、第二水洗罐入口、卸料阀、储罐、第四出料阀。

碱溶罐通过第一出料阀与放电筒相连，碱溶罐上端侧壁上设置碱液入口，下端设置第二出料阀；第一水洗罐通过第二出料阀与碱溶罐相连，侧壁上设置第一水洗罐入口；第一水洗罐下方设置第三出料阀；酸解罐通过第三出料阀与第一水洗罐相连，侧壁上设置酸入口；酸解罐下方设置第四出料阀，第二水洗罐通过第四出料阀与酸解罐相连，侧壁上设置第二水洗罐入口。

第二水洗罐下方设置卸料阀，储罐通过卸料阀与第二水洗罐相连。

该装置运行过程如下：

将加热电阻接通电源，预热加热筒；

将接地电极筒接地；

将高压环连接高压电源；

打开变频电机，使螺旋进料器转动，带动石墨粉料进入放电筒；

打开装料阀，使未提纯的石墨粉料进入进料仓；

启动高压电源，在放电筒内发生介质阻挡放电，并在一定温度下处理石墨粉料；

石墨粉料在放电筒内按照工艺要求停留一定时间后，打开第一出料阀，使放电焙烧后的石墨粉进入碱溶罐中，同时通过碱入口注入一定浓度的碱液，搅拌反应一定时间后，打开第二出料阀，进入第一水洗罐，将一定量的水从第一水洗罐入口注入，使碱溶后的石墨粉进行水洗；

打开第三出料阀，将水洗后的石墨注入到酸解罐中，将酸液从酸入口中注入，在一定温度在搅拌一定时间后，打开第四出料阀，将石墨注入第二水洗罐中进行第二次水洗，水从第二水洗罐入口注入，按照工艺要求水洗一定时间，然后打开卸料阀，将提纯后的石墨卸入储罐中。

该发明结构简单，特别是等离子体活化系统的设计，减少酸碱法提纯石墨的成本，降低酸、碱和水的用量，操作便捷，同常规的酸碱法提纯系统相比，具有节能性好，质量提升明显，使用技术便于普及，适用于石墨酸碱法提纯使用。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图。

图示：1装料阀、2进料仓、3变频电机、4螺旋进料器、5绝缘杆、6连接环、7高压环、8高压电源、9导电杆、10螺旋杆、11加热筒、12加热电阻、13接地电极筒、14绝缘筒、15内筒、16第一出料阀、17碱溶罐、18碱液入口、19第二出料阀、20第一水洗罐、21第一水洗罐入口、22第三出料阀、23酸解罐、24酸入口、25第二水洗罐、26第二水洗罐入口、27卸料阀、28储罐、29螺旋进料器进口、30放电筒、31第四出料阀。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，包括进料系统、等离子体活化系统、碱酸纯化系统和储罐。

进料系统与等离子体活化系统相连，等离子体活化系统与碱酸纯化系统相连，储罐连接在碱酸纯化系统末端设备上。

进料系统包括装料阀1、进料仓2，装料阀1安装在进料仓2上端。

等离子体活化系统包括变频电机3、螺旋进料器4、高压电源8、加热筒11、加热电阻12、接地电极筒13、绝缘筒14、内筒15、第一出料阀16、螺旋进料器进口29、放电筒30。

螺旋进料器4包括绝缘杆5、连接环6、高压环7、导电杆9、螺旋杆10。螺旋进料器4的绝缘杆5和导电杆9通过连接环6固定连接，绝缘杆5一端连接在变频电机3上，通过变频电机3的转动带动绝缘杆5转动。导电杆9为棒状金属杆，螺旋杆10为螺旋状金属杆，导电杆9与螺旋杆10相连；高压环7呈环状，套在导电杆9上，并与导电杆9活动连接，高压环7与高压电源8相连。

绝缘筒14连接在进料仓2的下端，绝缘筒14不导电，在其一面设置螺旋进料器进口29，另一面连接放电筒30。放电筒30为导电的金属圆筒，外面是环形的金属加热筒11，套在放电筒30外壁上，与放电筒30有0.1-1mm的间隙，加热筒11里面设置加热电阻12；在放电筒30壁上设置环形接地电极筒13，接地电极筒13直接接地；在放电筒30内侧，设置圆形内筒15，内筒为α-Al2O3或石英筒；第一出料阀16连接在放电筒30下面。

碱酸纯化系统包括碱溶罐17、18碱液入口、19第二出料阀、20第一水洗罐、21第一水洗罐入口、22第三出料阀、23酸解罐、24酸入口、25第二水洗罐、26第二水洗罐入口、27卸料阀、28储罐、31第四出料阀。

碱溶罐17通过第一出料阀16与放电筒30相连，碱溶罐17上端侧壁上设置碱液入口18，下端设置第二出料阀19；第一水洗罐20通过第二出料阀19与碱溶罐17相连，侧壁上设置第一水洗罐入口21；第一水洗罐20下方设置第三出料阀22；酸解罐23通过第三出料阀22与第一水洗罐20相连，侧壁上设置酸入口24；酸解罐23下方设置第四出料阀31，第二水洗罐25通过第四出料阀31与酸解罐23相连，侧壁上设置第二水洗罐入口26。

第二水洗罐25下方设置卸料阀27，储罐28通过卸料阀27与第二水洗罐25相连。

该装置运行过程如下：

将加热电阻12接通电源，预热加热筒11；

将接地电极筒13接地；

将高压环7连接高压电源8；

打开变频电机3，使螺旋进料器4转动，带动石墨粉料进入放电筒；

打开装料阀1，使未提纯的石墨粉料进入进料仓2；

启动高压电源8，在放电筒30内发生介质阻挡放电，并在一定温度下处理石墨粉料；

石墨粉料在放电筒30内按照工艺要求停留一定时间后，打开第一出料阀16，使放电焙烧后的石墨粉进入碱溶罐17中，同时通过碱入口17注入一定浓度的碱液，搅拌反应一定时间后，打开第二出料阀19，石墨进入第一水洗罐20，将一定量的水从第一水洗罐入口21注入，使碱溶后的石墨粉进行水洗；

打开第三出料阀22，将水洗后的石墨注入到酸解罐23中，将酸液从酸入口24中注入，在一定温度在搅拌一定时间后，打开第四出料阀31，将石墨注入第二水洗罐25中进行第二次水洗，水从第二水洗罐入口26注入，按照工艺要求水洗一定时间，然后打开卸料阀27，将提纯后的石墨卸入储罐28中。

该发明结构简单，特别是等离子体活化系统的设计，减少酸碱法提纯石墨的成本，降低酸、碱和水的用量，操作便捷，同常规的酸碱法提纯系统相比，具有节能性好，质量提升明显，使用技术便于普及，适用于石墨酸碱法提纯使用。

实施例2：

如实施例1所述，不同的是螺旋进料器4中的导电杆9与螺旋杆10加工成一体，一端是直杆，另一端是螺旋状，在直杆部分设置高压环7，其与导电杆活动连接。

Claims (8)

1.一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：包括进料系统、等离子体活化系统、碱酸纯化系统和储罐；进料系统与等离子体活化系统相连，等离子体活化系统与碱酸纯化系统相连，储罐连接在碱酸纯化系统末端设备上；等离子体活化系统包括变频电机、螺旋进料器、高压电源、加热筒、加热电阻、接地电极筒、绝缘筒、内筒、第一出料阀、螺旋进料器进口、放电筒。

2.根据权利要求1所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：螺旋进料器包括绝缘杆、连接环、高压环、导电杆、螺旋杆；螺旋进料器的绝缘杆和导电杆通过连接环固定连接，绝缘杆一端连接在变频电机上，通过变频电机的转动带动绝缘杆转动；导电杆为棒状金属杆，螺旋杆为螺旋状金属杆，导电杆与螺旋杆相连；高压环呈环状，套在导电杆上，并与导电杆活动连接，高压环与高压电源相连。

3.根据权利要求2所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：螺旋进料器中的导电杆与螺旋杆加工成一体，一端是直杆，另一端是螺旋状，在直杆部分设置高压环，其与导电杆活动连接。

4.根据权利要求1所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：绝缘筒连接在进料仓的下端，绝缘筒不导电，在其一面设置螺旋进料器进口，另一面连接放电筒；放电筒为导电的金属圆筒，外面是环形的金属加热筒，套在放电筒外壁上，与放电筒有0.1-1mm的间隙，加热筒里面设置加热电阻；在放电筒壁上设置环形接地电极筒，接地电极筒直接接地；在放电筒内侧，设置圆形内筒；第一出料阀连接在放电筒下面。

5.根据权利要求3所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：内筒为α-Al2O3或α-石英筒。

6.根据权利要求1所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：碱酸纯化系统包括碱溶罐、碱液入口、第二出料阀、第一水洗罐、第一水洗罐入口、第三出料阀、酸解罐、酸入口、第二水洗罐、第二水洗罐入口、卸料阀、储罐、第四出料阀。

7.根据权利要求5所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：碱溶罐通过第一出料阀与放电筒相连，碱溶罐上端侧壁上设置碱液入口，下端设置第二出料阀；第一水洗罐通过第二出料阀与碱溶罐相连，侧壁上设置第一水洗罐入口；第一水洗罐下方设置第三出料阀；酸解罐通过第三出料阀与第一水洗罐相连，侧壁上设置酸入口；酸解罐下方设置第四出料阀，第二水洗罐通过第四出料阀与酸解罐相连，侧壁上设置第二水洗罐入口。

8.根据权利要求5-6所述的一种放电等离子体活化石墨提纯装置，其特征在于：第二水洗罐下方设置卸料阀，储罐通过卸料阀与第二水洗罐相连。