CN114054190A - 多级分筛装置、石墨烯微片制备系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供多级分筛装置，包括外壳和多块筛板，所述多块筛板设置在外壳内，将外壳形成多个筛料腔，每个筛料腔设置有出料口，顶层的筛料腔设置有进料口，不同筛板的孔径不同，筛选出不同粒径的物料。本发明还提供石墨烯微片制备系统及方法。本发明实现了石墨烯原料的百分百回收。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯微片技术领域，具体涉及一种多级分筛装置、石墨烯微片制备系统及方法。
背景技术
破碎机加机械粉碎机初步磨粉，气流粉碎机加多种分筛方式循环粉碎的方式目前已经在许多领域的粉碎工序中广泛应用，不过分筛循环只是针对气流粉碎没能彻底粉碎的颗粒，不适用于需要回收中等粒径粉末的工艺。
现有技术中通常只进行二级机械粉碎并最终得到一种粒径的产品，最后得到产品的粒径也无法达到微米级，大大限制了产品的实际利用价值。
发明内容
针对现有技术存在问题中的一个或多个，本发明提供一种多级分筛装置，包括外壳和多块筛板，所述多块筛板设置在外壳内，将外壳形成多个筛料腔，每个筛料腔设置有出料口，顶层的筛料腔设置有进料口，不同筛板的孔径不同，筛选出不同粒径的物料，所述物料包括石墨烯粉末。
可选地，所述筛板通过弹性构件与外壳连接，所述弹性构件包括滑轮和弹簧，所述筛板与弹簧连接，所述弹簧与滑轮连接，通过马达带动滑轮滑动，通过滑轮带动弹簧拉伸，通过弹簧拉伸带动筛板往复运动。
可选地，所述多块筛板包括上筛板和下筛板，将外壳内腔分为上筛料腔、中筛料腔和下筛料腔，上筛料舱设置有进料口和上层出料口，中筛料腔设置有中层出料口，下筛料腔设置有下层出料口。
可选地，上层出料口的物料的粒径为0.3-2mm，中层出料口的物料的粒径为0.1-0.3mm，下层出料口的物料的粒径小于0.1mm。
可选地，还包括隔离板，所述隔离板设置在筛板出料方向。
可选地，还包括喷头，所述喷头设置在进料口或/和筛板下方，用于将物料喷出。
根据本发明的另一方面，提供一种石墨烯微片制备系统，包括破碎机、机械粉碎机、上述多级分筛装置和自动打包机，所述破碎机对石墨烯原料进行初步破碎，获得石墨烯颗粒；所述机械粉碎机对通过破碎机初步破碎的石墨烯颗粒进行粉碎，形成石墨烯粉末；所述多级分筛装置将石墨烯粉末进行多级筛选，大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过自动打包机打包。
可选地，还包括气流粉碎机和超声波振动筛，用于不大于微米级粒径要求的产品，多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机和超声波振动筛，上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过自动打包机打包。
可选地，所述气流粉碎机产出的石墨烯粉末的粒径为5-30μm，所述上层粉末的粒径为10-30μm，所述下层粉末的粒径为5-10μm。
可选地，还包括第一料仓、第二料仓、第三料仓、第四料仓、第五料仓和第六料仓，所述第一料仓用于存储经过破碎机初步破碎后的石墨烯颗粒，所述第二料仓用于存储经过机械粉碎机粉碎后的石墨烯粉末，所述第三料仓用于存储经过多层分筛装置后用于打包的石墨烯粉末，所述第四料仓用于存储经过多层分筛装置后用于气流粉碎机的石墨烯粉末，所述第五料仓用于存储进过气流粉碎机后用于超声波振动筛的石墨烯粉末，所述第六料仓用于存储经过超声波振动筛的石墨烯粉末。
可选地，还包括物料高度监控器，所述物料高度监控器设置在各料仓或/和多级分筛装置的各筛料腔。
可选地，还包括真空吸料泵，所述真空吸料泵用于破碎机与机械粉碎机之间、机械粉碎机与多层分筛装置之间、多层分筛装置与自动打包机之间的物料的吸附。
根据本发明的第三方面，提供一种利用上述石墨烯微片制备系统制备石墨烯微片的方法，包括：
经过破碎机对石墨烯原料进行初步粉碎，获得石墨烯颗粒，优选地，初步粉碎后的石墨烯颗粒的粒径为5-10mm；
将初步粉碎的石墨烯原料经过机械粉碎机粉碎得到石墨烯粉末，优选地，所述石墨烯粉末的粒径小于2mm；
将石墨烯粉末经过多级分筛装置筛选；
大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.3-2mm；
符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过自动打包机打包，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.1-0.3mm，进一步优选地，所述产品为导热垫片，所述石墨烯粉末用来做导热垫片的导热填料。
可选地，还包括：
多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机，所述多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末的粒径小于0.1mm，经过气流粉碎机后的石墨烯粉末的粒径为5-30μm；
上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过超声波振动筛分筛，优选地，上层粉末的粒径为10-30μm，下层粉末的粒径为5-10μm；
将超声波振动筛分筛后的石墨烯粉末打包，优选地，所述石墨烯粉末作为导热树脂或/和导电树脂的填料。
可选地，还包括：
通过真空吸料泵吸入方向或/和输出方向的物料高度控制真空吸料泵的吸料速率，使得物料高度在设定范围内。
本发明多级分筛装置使得粉碎过程中粒径达标的粉末能被及时排出，杜绝了重复粉碎，使能量的利用效率大大提高。
本发明石墨烯微片制备系统及方法采用多级粉碎加多级分筛的方式，使原料加工得到的两种不同粒径的粉末都能用于产出导热填料，最终实现了石墨烯原料的完全利用，实现了石墨烯原料的百分百回收，能同时获得两种不同粒径的产品。
本发明气流粉碎机的进口粉末粒径小于0.1mm，这降低了气流粉碎机的工作负荷，节省能量消耗的同时延长了机器的使用寿命。
本发明在气流粉碎的前置步骤后先加入了分筛，筛选直接可以利用的特定粒径的粉末作为产品，并且将未达到气流粉碎进料要求的粉末回流继续进行机械粉碎。通过这种方式最大程度上利用了粉碎过程中的中间产品，从而避免了资源和能源的浪费。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所述多级分筛装置的示意图；
图2为图1的A处的放大图；
图3为本发明所述石墨烯微片制备系统的示意图；
图4为本发明所述石墨烯微片制备方法的示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明所述多级分筛装置的示意图，如图1所示，所述多级分筛装置1包括外壳11和多块筛板12，所述多块筛板设置在外壳内，将外壳形成多个筛料腔13，每个筛料腔设置有出料口14，顶层的筛料腔设置有进料口15，不同筛板的孔径不同，筛选出不同粒径的物料，所述物料包括石墨烯粉末。
在一个实施例中，如图2所示，所述筛板通过弹性构件16与外壳连接，所述弹性构件包括滑轮161和弹簧162，所述筛板与弹簧连接，所述弹簧与滑轮连接，通过马达17带动滑轮滑动，通过滑轮带动弹簧拉伸，通过弹簧拉伸带动筛板往复运动。
在一个实施例中，多级分筛装置为三级分筛器，也就是说，所述多块筛板包括上筛板121和下筛板122，将外壳内腔分为上筛料腔131、中筛料腔132和下筛料腔133，上筛料舱设置有进料口5和上层出料口141，中筛料腔设置有中层出料口142，下筛料腔设置有下层出料口143。
优选地，上层出料口的物料的粒径为0.3-2mm，中层出料口的物料的粒径为0.1-0.3mm，下层出料口的物料的粒径小于0.1mm。
在一个实施例中，多级分筛装置还包括隔离板18，所述隔离板设置在筛板出料方向。
在一个实施例中，多级分筛装置还包括喷头19，所述喷头设置在进料口或/和筛板下方，用于将物料喷出。
图3为本发明所述石墨烯微片制备系统的示意图，如图3所示，所述石墨烯微片制备系统包括破碎机2、机械粉碎机3、多级分筛装置1和第一自动打包机4，所述破碎机对石墨烯原料进行初步破碎，获得石墨烯颗粒；所述机械粉碎机对通过破碎机初步破碎的石墨烯颗粒进行粉碎，形成石墨烯粉末；所述多级分筛装置将石墨烯粉末进行多级筛选，大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过第一自动打包机打包。
在一个实施例中，石墨烯微片制备系统还包括气流粉碎机5和超声波振动筛6，用于不大于微米级粒径要求的产品，多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机和超声波振动筛，上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过第二自动打包机7打包。
优选地，所述气流粉碎机产出的石墨烯粉末的粒径为5-30μm，所述上层粉末的粒径为10-30μm，所述下层粉末的粒径为5-10μm。
在一个实施例中，石墨烯微片制备系统还包括多个料仓。
优选地，多个料仓包括第一料仓81、第二料仓82、第三料仓83、第四料仓84、第五料仓85和第六料仓86，所述第一料仓用于存储经过破碎机初步破碎后的石墨烯颗粒，所述第二料仓用于存储经过机械粉碎机粉碎后的石墨烯粉末，所述第三料仓用于存储经过多层分筛装置后用于打包的石墨烯粉末，所述第四料仓用于存储经过多层分筛装置后用于气流粉碎机的石墨烯粉末，所述第五料仓用于存储进过气流粉碎机后用于超声波振动筛的石墨烯粉末，所述第六料仓用于存储经过超声波振动筛的石墨烯粉末。
优选地，还包括物料高度监控器(未示出)，所述物料高度监控器设置在各料仓或/和多级分筛装置的各筛料腔。
在一个实施例中，石墨烯微片制备系统还包括真空吸料泵9，所述真空吸料泵用于破碎机与机械粉碎机之间、机械粉碎机与多层分筛装置之间、多层分筛装置与自动打包机之间的物料的吸附。
在一个实施例中，石墨烯微片制备系统还包括空气压缩机10、储气罐20和冷冻式干燥机30，提供粉碎用气流并且保证粉碎过程中不超温。
图4为本发明所述石墨烯微片制备方法的示意图，如图4所示，上述石墨烯微片制备系统制备石墨烯微片的方法包括：
经过破碎机对石墨烯原料进行初步粉碎，获得石墨烯颗粒，优选地，初步粉碎后的石墨烯颗粒的粒径为5-10mm；
将初步粉碎的石墨烯原料经过机械粉碎机粉碎得到石墨烯粉末，优选地，所述石墨烯粉末的粒径小于2mm；
将石墨烯粉末经过多级分筛装置筛选；
大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.3-2mm；
符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过自动打包机打包，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.1-0.3mm，进一步优选地，所述产品为导热垫片，所述石墨烯粉末用来做导热垫片的导热填料。
在一个实施例中，制备石墨烯微片的方法还包括：
多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机，所述多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末的粒径小于0.1mm，经过气流粉碎机后的石墨烯粉末的粒径为5-30μm；
上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过超声波振动筛分筛，优选地，上层粉末的粒径为10-30μm，下层粉末的粒径为5-10μm；
将超声波振动筛分筛后的石墨烯粉末打包，优选地，所述石墨烯粉末作为导热树脂或/和导电树脂的填料。
在一个实施例中，制备石墨烯微片的方法还包括：
通过真空吸料泵吸入方向或/和输出方向的物料高度控制真空吸料泵的吸料速率，使得物料高度在设定范围内。
在一个具体实施例中，如图3和4所示，多级分筛装置为三级分筛器，密度为1.9g/cm3的石墨烯原料经履带40运送至破碎机以2.4kg/h的速率进料，破碎后产出粒径在5-10mm的石墨烯颗粒至第一料仓，真空吸料泵(吸料速率由安装在第一料仓的物料高度监控器的反馈决定)将颗粒吸入机械破碎机，颗粒被粉碎后产出粒径在小于2mm的石墨烯粉末。石墨烯粉末进入第二料仓后由真空吸料泵(吸料速率由安装在三级分筛器顶层的物料高度监控器的反馈决定)经由进料喷头吸入三级分筛器(如图1所示)。粉末进入三级分筛器后，启动马达，筛板(左右安装滑轮弹簧结构)上下振动，粉末在振动作用下开始分筛，其中，中筛料腔的喷头的开度由安装在中筛料腔的物料高度监控器反馈决定。经过分筛之后，关闭隔离板启动真空吸料泵，各取上中下三层产品。其中，上层产出粒径0.3-2mm的石墨烯粉末，由真空吸料泵(吸料速率由安装在机械粉碎机第二料仓的物料高度监控器的反馈决定)吸回机械粉碎机进行二次粉碎；中层以1.6kg/h的速率产出粒径0.1-0.3mm的石墨烯粉末，直接由真空吸料泵(吸料速率由安装在第三料仓的物料高度监控器的反馈决定)吸至第三料仓后经第一自动打包机打包成为产品C1；下层产出粒径0-0.1mm的石墨烯粉末，由真空吸料泵(吸料速率由安装在第四料仓的物料高度监控器的反馈决定)吸至第四料仓。第四料仓的石墨烯粉末通过进料头(安装阀门，阀门开度由气流粉碎机内部监控器反馈决定)在压缩空气(压缩空气来自空气压缩机-储气罐-冷冻干燥剂)的辅助下进入气流粉碎机，经粉碎后以0.8kg/h的速率产出粒径5-30μm的粉末。石墨烯粉末由管道运输至第五料仓，通过进料机(进料机是超声波振动筛自带的，而且进料机利用重力辅助进料，耗电量低于真空吸料泵)向超声波振动筛进料(进料速率由超声波振动筛内部监控器反馈决定)。经过分筛后产出上层和下层粉末，其中上层粉末(粒径10-30μm)经真空吸料泵吸回第五料仓，下层粉末(粒径5-10μm)直接以0.8kg/h的速率进入第六料仓，由第二自动打包机打包后作为产品C2。
产品C1的石墨烯粉末填充到有机硅中制备得到石墨烯导热垫片，填充量60wt.％，测得石墨烯导热垫片导热系数为15W/(m·K)；
产品C2的石墨烯粉末填充到有机硅中制备得到石墨烯导热垫片，填充量60wt.％，测得石墨烯导热垫片导热系数为10W/(m·K)；
超过0.3mm粒径石墨烯微片填充性较差，不适合制作石墨烯导热垫片。
在上述各实施例中，通过多级分筛装置分筛出的符合产品粒径要求的石墨烯粉末及通过超声波分筛机分筛出的符合产品粒径要求的石墨烯粉末可以通过一台自动打包机打包也可以通过多台自动打包机打包。
本发明通过三级粉碎加三级分筛器的工艺，新增了一级气流粉碎，并且在进入气流粉碎之前回收了中间粒径的产品，通过这种方式不仅得到了两种不同用途的产品，还实现了对资源和能源的高效利用。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多级分筛装置，其特征在于，包括外壳和多块筛板，所述多块筛板设置在外壳内，将外壳形成多个筛料腔，每个筛料腔设置有出料口，顶层的筛料腔设置有进料口，不同筛板的孔径不同，筛选出不同粒径的物料，所述物料包括石墨烯粉末。
2.根据权利要求1所述的多级分筛装置，其特征在于，所述筛板通过弹性构件与外壳连接，所述弹性构件包括滑轮和弹簧，所述筛板与弹簧连接，所述弹簧与滑轮连接，通过马达带动滑轮滑动，通过滑轮带动弹簧拉伸，通过弹簧拉伸带动筛板往复运动。
3.根据权利要求1或2所述的多级分筛装置，其特征在于，所述多块筛板包括上筛板和下筛板，将外壳内腔分为上筛料腔、中筛料腔和下筛料腔，上筛料舱设置有进料口和上层出料口，中筛料腔设置有中层出料口，下筛料腔设置有下层出料口，优选地，上层出料口的物料的粒径为0.3-2mm，中层出料口的物料的粒径为0.1-0.3mm，下层出料口的物料的粒径小于0.1mm。
4.根据权利要求2所述的多级分筛装置，其特征在于，还包括隔离板，所述隔离板设置在筛板出料方向；或/和
还包括喷头，所述喷头设置在进料口或/和筛板下方，用于将物料喷出。
5.一种石墨烯微片制备系统，其特征在于，包括破碎机、机械粉碎机、权利要求1-4任一所述的多级分筛装置和自动打包机，所述破碎机对石墨烯原料进行初步破碎，获得石墨烯颗粒；所述机械粉碎机对通过破碎机初步破碎的石墨烯颗粒进行粉碎，形成石墨烯粉末；所述多级分筛装置将石墨烯粉末进行多级筛选，大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过自动打包机打包。
6.根据权利要求5所述的石墨烯微片制备系统，其特征在于，还包括气流粉碎机和超声波振动筛，用于不大于微米级粒径要求的产品，多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机和超声波振动筛，上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过自动打包机打包，优选地，所述气流粉碎机产出的石墨烯粉末的粒径为5-30μm，所述上层粉末的粒径为10-30μm，所述下层粉末的粒径为5-10μm；或/和
还包括真空吸料泵，所述真空吸料泵用于破碎机与机械粉碎机之间、机械粉碎机与多层分筛装置之间、多层分筛装置与自动打包机之间的物料的吸附。
7.根据权利要求6所述的石墨烯微片制备系统，其特征在于，还包括第一料仓、第二料仓、第三料仓、第四料仓、第五料仓和第六料仓，所述第一料仓用于存储经过破碎机初步破碎后的石墨烯颗粒，所述第二料仓用于存储经过机械粉碎机粉碎后的石墨烯粉末，所述第三料仓用于存储经过多层分筛装置后用于打包的石墨烯粉末，所述第四料仓用于存储经过多层分筛装置后用于气流粉碎机的石墨烯粉末，所述第五料仓用于存储进过气流粉碎机后用于超声波振动筛的石墨烯粉末，所述第六料仓用于存储经过超声波振动筛的石墨烯粉末，优选地，还包括物料高度监控器，所述物料高度监控器设置在各料仓或/和多级分筛装置的各筛料腔。
8.一种利用权利要求5所述的石墨烯微片制备系统制备石墨烯微片的方法，其特征在于，包括：
经过破碎机对石墨烯原料进行初步粉碎，获得石墨烯颗粒，优选地，初步粉碎后的石墨烯颗粒的粒径为5-10mm；
将初步粉碎的石墨烯原料经过机械粉碎机粉碎得到石墨烯粉末，优选地，所述石墨烯粉末的粒径小于2mm；
将石墨烯粉末经过多级分筛装置筛选；
大于产品粒径要求的石墨烯粉末返回机械粉碎机，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.3-2mm；
符合产品粒径要求的石墨烯粉末通过自动打包机打包，优选地，所述石墨烯粉末的粒径为0.1-0.3mm，进一步优选地，所述产品为导热垫片，所述石墨烯粉末用来做导热垫片的导热填料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末通过气流粉碎机，所述多级分筛装置最后分筛出的石墨烯粉末的粒径小于0.1mm，经过气流粉碎机后的石墨烯粉末的粒径为5-30μm；
上层粉末返回气流粉碎机，下层粉末通过超声波振动筛分筛，优选地，上层粉末的粒径为10-30μm，下层粉末的粒径为5-10μm；
将超声波振动筛分筛后的石墨烯粉末打包，优选地，所述石墨烯粉末作为导热树脂或/和导电树脂的填料。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
通过真空吸料泵吸入方向或/和输出方向的物料高度控制真空吸料泵的吸料速率，使得物料高度在设定范围内。
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