RU2570440C2 - Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds - Google Patents

Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds Download PDF

Info

Publication number
RU2570440C2
RU2570440C2 RU2013147093/05A RU2013147093A RU2570440C2 RU 2570440 C2 RU2570440 C2 RU 2570440C2 RU 2013147093/05 A RU2013147093/05 A RU 2013147093/05A RU 2013147093 A RU2013147093 A RU 2013147093A RU 2570440 C2 RU2570440 C2 RU 2570440C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
graphite
powder material
containing powder
closed volume
iodine heptafluoride
Prior art date
Application number
RU2013147093/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013147093A (en
Inventor
Владимир Ильич Мазин
Евгений Владимирович Мазин
Original Assignee
Владимир Ильич Мазин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Ильич Мазин filed Critical Владимир Ильич Мазин
Priority to RU2013147093/05A priority Critical patent/RU2570440C2/en
Publication of RU2013147093A publication Critical patent/RU2013147093A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2570440C2 publication Critical patent/RU2570440C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in manufacturing electrochemical elements, supercapacitors, adsorbents, vacuum and space lubricants, fireproof coatings. Graphite-containing powder material 4 with graphite content not less than 93 wt %, for instance, natural flake graphite, is placed in vacuumed by forevacuum pump 9 closed volume 1 on mirror of iodine heptafluoride liquid phase 5 or above it. Ratio of weight of graphite-containing powder material 4 to iodine heptafluoride weight 5 is from 1:2.21 to 1:5.02. Processing is carried out at 16÷25°C. Composition of obtained compounds corresponds to empirical formula CxFJ0,14·yJF7, wherein x=1÷6, y=0÷0.05.
EFFECT: method is simple, safe and makes it possible to extend nomenclature of obtained products.
18 cl, 5 dwg, 5 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области получения соединений графита со слоистой структурой, способных к термическому расширению с образованием новых форм расширенного графита. Полученные материалы имеют множество фактических и потенциальных применений в различных областях науки и техники, таких как электрохимические элементы, суперконденсаторы, адсорбенты, вакуумные и космические смазки, огнезащитные покрытия и многое другое.The invention relates to the field of production of graphite compounds with a layered structure capable of thermal expansion with the formation of new forms of expanded graphite. The resulting materials have many actual and potential applications in various fields of science and technology, such as electrochemical cells, supercapacitors, adsorbents, vacuum and space lubricants, fire retardant coatings and much more.

Уровень техникиState of the art

Расширенный графит, также называемый терморасширенным (ТРГ) или термически расщепленным графитом [A. Celzard, J.F. Marêché, G. Furdin. Modelling of exfoliated graphite. // Progress in Materials Science. - 2005. Vol.50. Is.1. P.93-179], представляет собой мелкодисперсные пухообразные углеродные материалы, получаемые при быстром нагревании интеркалированных соединений графита [M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus. Intercalation compounds of graphite. // Advances in Physics. - 2002. Vol.51. No.1, P.1-186]. При нагреве интеркалированных соединений графита давление интеркалята в межслоевом пространстве быстро возрастает, что приводит к расслаиванию графитовой матрицы. В результате образуется пористая дефектная углеродная структура, состоящая из слоистых графитовых доменов.Expanded graphite, also called thermally expanded (TEG) or thermally split graphite [A. Celzard, J.F. Marêché, G. Furdin. Modeling of exfoliated graphite. // Progress in Materials Science. - 2005. Vol.50. Is.1. P.93-179], is a fine powdery fluffy carbon materials obtained by rapid heating of intercalated graphite compounds [M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus. Intercalation compounds of graphite. // Advances in Physics. - 2002. Vol. 51. No.1, P.1-186]. When heating intercalated graphite compounds, the intercalate pressure in the interlayer space increases rapidly, which leads to delamination of the graphite matrix. As a result, a porous defective carbon structure is formed, consisting of layered graphite domains.

Известны способы получения терморасширенных соединений графита, заключающиеся в предварительном получении слоистых интеркалированных соединений окисленного графита при обработке порошка природного чешуйчатого графита концентрированной азотной и ледяной уксусной кислотами [SU 1614350, МПК 6 C01B 31/04. Приоритет от 19.05.89. Опубл. 20.02.95] (аналог), концентрированной азотной кислотой, уксусной кислотой и органическими соединениями [SU 1476785, МПК 6 C01B 31/04. Приоритет от 02.07.86. Опубл. 20.02.95] (аналог).Known methods for producing thermally expanded compounds of graphite, which consist in the preliminary preparation of layered intercalated compounds of oxidized graphite by processing powder of natural flake graphite with concentrated nitric and glacial acetic acids [SU 1614350, IPC 6 C01B 31/04. Priority from 05/19/89. Publ. 02.20.95] (analogue), concentrated nitric acid, acetic acid and organic compounds [SU 1476785, IPC 6 C01B 31/04. Priority from 07/02/86. Publ. 02.20.95] (analogue).

Недостаток аналогов заключается в том, что для расширения интеркалированных соединений окисленного графита требуется высокоскоростной нагрев (термоудар) до температуры 950÷1250°C. Только в этом случае образующиеся в межслоевом пространстве пары кислот создают в матрице графита высокое давление, которое вызывает разделение углеродных слоев (графенов), визуально регистрируемое как многократное увеличение размеров чешуек графита. Коэффициент вспучивания (увеличения объема) графитового порошка не превышает 100÷150.The disadvantage of analogues is that the expansion of intercalated compounds of oxidized graphite requires high-speed heating (thermal shock) to a temperature of 950 ÷ 1250 ° C. Only in this case, pairs of acids formed in the interlayer space create high pressure in the graphite matrix, which causes the separation of carbon layers (graphenes), which is visually recorded as a multiple increase in the size of graphite flakes. The coefficient of expansion (increase in volume) of graphite powder does not exceed 100 ÷ 150.

Предложенные способы характеризуются наличием большого числа стадий и большой временной продолжительностью при реализации.The proposed methods are characterized by the presence of a large number of stages and a large time duration during implementation.

Известны способы получения расширенной формы графита, отличающиеся от предыдущих аналогов тем, что в качестве исходного материала используют интеркалированные соединения фторированного графита (ИСФГ), в частности фторида диуглерода [RU 2144497, МПК C01B 31/04. Приоритет от 31.03.1998. Опубл. 20.01.2000; RU 2223219, МПК C01B 31/04. Приоритет от 28.11.2001. Опубл. 10.02.2004]. Получают ИСФГ низкотемпературным (до 100°C) газофазным фторированием природного чешуйчатого графита сильным фторокислителем - фторгалогеном ClF3 (или ClF5).Known methods for producing an expanded form of graphite, differing from previous analogues in that intercalated compounds of fluorinated graphite (ISFG), in particular diocarbon fluoride, are used as starting material [RU 2144497, IPC C01B 31/04. Priority from 03/31/1998. Publ. 01/20/2000; RU 2223219, IPC C01B 31/04. Priority from 11.28.2001. Publ. 02/10/2004]. Receive ISFG low-temperature (up to 100 ° C) gas-phase fluorination of natural flake graphite strong fluoroxidant - fluorine halogen ClF 3 (or ClF 5 ).

По таким параметрам, как увеличение объема и площадь поверхности, расширенные формы графита, получаемые из ИСФГ, значительно превосходят известные формы ТРГ из интеркалированных соединений окисленного графита. Так, коэффициент вспучивания ИСФГ при ударном термическом нагреве (до 600÷700°C) достигает 300÷500.In such parameters as the increase in volume and surface area, the expanded forms of graphite obtained from ISFG significantly exceed the known forms of TWG from intercalated compounds of oxidized graphite. Thus, the expansion coefficient of ISFG during shock thermal heating (up to 600 ÷ 700 ° C) reaches 300 ÷ 500.

Недостатки известных предложений по получению ИСФГ заключаются в том, что сильные фторокислители ClF3 и CF5, используемые в низкотемпературном синтезе, крайне опасные химические вещества. Процесс газофазного фторирования и интеркалирования графита длится десятки часов, поскольку продукт реакции фторирования монофторид хлора (ClF) препятствует доступу новых порций фторокислителя в слой графита. Предложения получению ИСФГ по способам аналогов остались на уровне лабораторных исследований.The disadvantages of the well-known proposals for the production of ISFG are that the strong fluoroxidants ClF 3 and CF 5 used in low-temperature synthesis are extremely dangerous chemicals. The process of gas-phase fluorination and intercalation of graphite lasts for tens of hours, since the product of the fluorination reaction of chlorofluoride monofluoride (ClF) prevents the access of new portions of fluoroxidant to the graphite layer. Proposals for obtaining ISFG by analogue methods remained at the level of laboratory research.

Известны также патенты на получения ИСФГ через контакт графитового порошка с жидкой фазой фторгалогенидов.Patents are also known for the production of ISFG through the contact of graphite powder with the liquid phase of fluorohalides.

Так, в способе получения ИСФГ, приведенном в патенте [RU 2404918, МПК C01B 31/00. Приоритет от 18.02.2009. Опубл. 27.11.2010] (аналог), обработка порошка графита проводится сначала жидкой фазой трифторида хлора, а затем расщепленный углеродный материал повторно фторируют газообразным трифторидом хлора при комнатной температуре. Способ-аналог абсолютно не приемлем для промышленной практики из-за склонности жидкого ClF3 к возгоранию и взрыву.So, in the method for producing ISFG described in the patent [RU 2404918, IPC C01B 31/00. Priority from 02/18/2009. Publ. November 27, 2010] (analogue), the graphite powder is treated first with the liquid phase of chlorine trifluoride, and then the split carbon material is re-fluorinated with gaseous chlorine trifluoride at room temperature. The analogue method is absolutely not acceptable for industrial practice due to the tendency of liquid ClF 3 to ignite and explode.

В патенте [RU 2404121, МПК C01B 31/04. Приоритет от 31.07.2007. Опубл. 20.11.2010] (аналог), получение терморасширяющегося соединения на основе графита осуществляют контактом графитсодержащего порошкового материала с жидкой фазой гептафторид иода (JF7). Из известных галоидных фторокислителей JF7 наименее опасен. С влагой атмосферного воздуха и органическими соединениями реагирует без хлопков и взрывов. При незначительном давлении (111 кПа) и температуре выше 6,4°C JF7 переходит из твердого состояния в бесцветную жидкость. В жидкой фазе JF7 фторирует все известные углеродсодержащие соединения, в том числе и графит.In the patent [RU 2404121, IPC C01B 31/04. Priority of July 31, 2007. Publ. November 20, 2010] (analogue), a thermally expanding graphite-based compound is prepared by contacting a graphite-containing powder material with the liquid phase of iodine heptafluoride (JF 7 ). Of the known halide fluoroxides, JF 7 is the least dangerous. Reacts with atmospheric moisture and organic compounds without popping or exploding. At a slight pressure (111 kPa) and a temperature above 6.4 ° C, JF 7 passes from a solid state to a colorless liquid. In the liquid phase, JF 7 fluorinates all known carbon-containing compounds, including graphite.

Здесь и далее под термином «графитсодержащий порошковый материал» понимается порошок (крупка) природного или искусственного графита в смеси с минеральными примесями. Доля примесей в некоторых товарных сортах природных мелкокристаллических графитов может достигать 25 мас.%.Hereinafter, the term "graphite-containing powder material" refers to the powder (grains) of natural or artificial graphite in a mixture with mineral impurities. The proportion of impurities in some commercial varieties of natural fine crystalline graphites can reach 25 wt.%.

Однако гептафторид иода - тяжелая жидкость, плотность жидкого JF7 составляет 2,7 г/см3 при 20°C, что значительно больше, чем удельный вес всех известных графитсодержащих порошковых материалов из природных чешуйчатых графитов (от 1,9 до 2,6 г/см3), которые, как правило, используются для получения интеркалированных графитов. По этой причине порошок чешуйчатого графита не смешивается с жидкостью и контакт зеркала жидкой фазы JF7 происходит только с тонким слоем графитсодержащего порошкового материала. Таким образом, способ-аналог, как он описан в патенте, годится для приготовления небольших партий терморасширяющихся соединений на основе графита.However, iodine heptafluoride is a heavy liquid, the density of liquid JF 7 is 2.7 g / cm 3 at 20 ° C, which is significantly more than the specific gravity of all known graphite-containing powder materials from natural flake graphites (from 1.9 to 2.6 g / cm 3 ), which are usually used to obtain intercalated graphites. For this reason, flake graphite powder does not mix with the liquid and the contact of the liquid phase mirror JF 7 occurs only with a thin layer of graphite-containing powder material. Thus, the analogue method, as described in the patent, is suitable for the preparation of small batches of thermally expandable compounds based on graphite.

Наиболее близким к предлагаемому решению можно отнести способ получения терморасширяющегося соединения на основе графита [RU 2419586, МПК C01B 31/04. Приоритет от 18.12.2009. Опубл. 27.05.2011] (прототип), который включает обработку графитсодержащего порошкового материала газовой фазой гептафторида иода в замкнутом объеме при давлении 78÷240 кПа. Обработку ведут при температуре 18÷40°C. Образующийся пентафторид иода (JF5) не тормозит протекание химической реакции, поскольку выводится из зоны реакции за счет образования жидкой фазы и ее последующего стекания на дно замкнутого объема - технологического реактора. Равновесное давление паров JF5 над жидкой фазой примерно в 20 раз меньше равновесного давления JF7 и увеличение давления в замкнутом объеме при обработке графита не происходит.Closest to the proposed solution can be attributed a method of obtaining a thermally expandable compound based on graphite [RU 2419586, IPC C01B 31/04. Priority from 12/18/2009. Publ. 05/27/2011] (prototype), which includes the treatment of graphite-containing powder material with the gas phase of iodine heptafluoride in a closed volume at a pressure of 78 ÷ 240 kPa. Processing is carried out at a temperature of 18 ÷ 40 ° C. The resulting iodine pentafluoride (JF 5 ) does not inhibit the progress of a chemical reaction, since it is removed from the reaction zone due to the formation of a liquid phase and its subsequent draining to the bottom of a closed volume - a technological reactor. The equilibrium vapor pressure of JF 5 over the liquid phase is approximately 20 times less than the equilibrium pressure of JF 7 and the pressure in the closed volume does not increase during the processing of graphite.

Под замкнутым объемом здесь и далее понимается внутренний изолированный технологический объем аппарата или группы аппаратов, позволяющий осуществлять контакт графитсодержащего порошкового материала с газовой фазой гептафторида иода при одинаковом давлении в технологических объемах.Hereinafter, a closed volume is understood to mean an internal isolated technological volume of an apparatus or a group of apparatuses, which makes it possible to contact graphite-containing powder material with the gas phase of iodine heptafluoride at the same pressure in technological volumes.

Способу-прототипу присущи следующие недостатки. При низких давлениях газовой фазы гептафторида иода в замкнутом объеме (ниже атмосферного) интеркалирование графитсодержащего порошкового материала идет крайне медленно. При повышенных давлениях (выше атмосферного) - скорость интеркалирования значительно ускоряется, и способ становится вполне пригоден для промышленного применения. Однако в последнем случае под повышенным давлением такого химически активного реагента и сильного фторокислителя как JF7 постоянно оказывается значительный участок технологической схемы: баллон с гептафторидом иода, трубопроводы, технологический реактор, измерительная аппаратура и пр. Подобные условия эксплуатации технологического оборудования снижают промышленную безопасность реализуемого процесса и требуют жесткого контроля.The prototype method has the following disadvantages. At low pressures of the gas phase of iodine heptafluoride in a closed volume (below atmospheric), the intercalation of graphite-containing powder material is extremely slow. At elevated pressures (above atmospheric), the intercalation rate is significantly accelerated, and the method becomes quite suitable for industrial use. However, in the latter case, under a high pressure of such a chemically active reagent and a strong fluoroxidizer like JF 7 , a significant part of the technological scheme is constantly found: a cylinder with iodine heptafluoride, pipelines, a technological reactor, measuring equipment, etc. Such operating conditions of technological equipment reduce the industrial safety of the process and require tight control.

Задачи, решаемые изобретениемThe tasks solved by the invention

Настоящее изобретение направлено на:The present invention is directed to:

- повышение производственной безопасности способа получения терморасширяющихся соединений на основе графита при промышленной реализации;- improving the industrial safety of the method of producing thermally expanding compounds based on graphite in industrial sales;

- расширение номенклатуры получаемых продуктов, имеющих различный химический состав терморасширяющихся соединений графита.- expansion of the range of products obtained having different chemical composition of thermally expanding graphite compounds.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Указанные выше задачи достигаются техническим решением, сущность которого состоит в том, что в способе получения терморасширяющихся соединений на основе графита, включающем обработку графитсодержащего порошкового материала газовой фазой гептафторида иода в замкнутом объеме, обработку ведут при отношении массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода от 1:2,21 до 1:5,02.The above objectives are achieved by a technical solution, the essence of which is that in a method for producing thermally expanding compounds based on graphite, which includes treating a graphite-containing powder material with a gas phase of iodine heptafluoride in a closed volume, the treatment is carried out with a ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride from 1 : 2.21 to 1: 5.02.

Перечисленные выше задачи достигаются дополнительными техническими решениями, состоящими в том, что гептафторид иода в замкнутом объеме находится в жидкой фазе. При этом графитсодержащий порошковый материал в замкнутом объеме может располагаться как на зеркале жидкой фазы гептафторида иода, так и над жидкой фазой гептафторида иода. В качестве графитсодержащего порошкового материала желательно использовать различные марки природного чешуйчатого графита. Кроме того, предпочтительно использование графитсодержащего порошкового материала с содержанием графита не менее 93 мас.% и гептафторида иода с содержанием основного вещества не менее 95 мас.%, впрочем могут быть и другие значения. Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала, как правило, должно составлять величину в интервале 0,011÷0,134 м3/кг, хотя может и выходить за эти пределы. Кроме того, для получения необходимых пропорций графитсодержащего порошкового материала с гептафторидом иода, последний желательно намораживать в замкнутый объем, а затем нагревать до температуры предпочтительно в интервале 16÷25°C, но могут быть и другие температуры, отличающиеся на несколько градусов в большую или меньшую сторону. Лучше всего намораживание гептафторида иода в замкнутый объем с графитсодержащим порошковым материалом вести при температуре (-196)°C и порционно, впрочем, желательно, только, чтобы температура технологического реактора была меньше 0°C. Последующий нагрев замкнутого объема с графитсодержащим порошковым материалом и гептафторидом иода целесообразно вести за счет естественного теплообмена с окружающей средой технологического помещения, хотя здесь могут быть различные варианты его организации. Составы терморасширяющихся соединений на основе графита, которые целесообразно получать, должны соответствовать эмпирической формуле CxFJ0,14·yJF7, где x=1÷6, y=0÷0,05, но они могут и отличаться в зависимости от того, какой графитсодержащий порошковый материал использовался. После получения терморасширяющиеся соединения на основе графита желательно обработать газообразным диоксидом углерода, это можно сделать непосредственно в замкнутом объеме или обработать вне замкнутого объема после выгрузки продукта из технологического реактора. В последнем случае предпочтителен вариант помещения терморасширяющихся соединений на основе графита над поверхностью твердого диоксида углерода. Возможен также вариант выдержки полученных терморасширяющихся соединений на основе графита перед выгрузкой под динамическим вакуумом при давлении в замкнутом объеме не более 200 Па. Впрочем, величина остаточного давления здесь не принципиальна и определяется имеющимся вакуумным оборудованием.The tasks listed above are achieved by additional technical solutions, consisting in the fact that iodine heptafluoride in a closed volume is in the liquid phase. In this case, the graphite-containing powder material in a closed volume can be located both on the mirror of the liquid phase of iodine heptafluoride and above the liquid phase of iodine heptafluoride. As a graphite-containing powder material, it is desirable to use various grades of natural flake graphite. In addition, it is preferable to use a graphite-containing powder material with a graphite content of at least 93 wt.% And iodine heptafluoride with a basic substance content of at least 95 wt.%, However, there may be other values. The ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material, as a rule, should be in the range of 0.011 ÷ 0.134 m 3 / kg, although it may go beyond these limits. In addition, to obtain the necessary proportions of a graphite-containing powder material with iodine heptafluoride, it is desirable to freeze the latter in a closed volume, and then heat to a temperature preferably in the range of 16 ÷ 25 ° C, but there may be other temperatures differing by several degrees to a greater or lesser extent side. It is best to freeze iodine heptafluoride into a closed volume with graphite-containing powder material at a temperature of (-196) ° C and in batches, however, it is only desirable that the temperature of the process reactor is less than 0 ° C. It is advisable to conduct subsequent heating of the enclosed volume with graphite-containing powder material and iodine heptafluoride due to natural heat exchange with the environment of the process room, although there may be various options for its organization. The compositions of thermally expandable compounds based on graphite, which are expedient to obtain, should correspond to the empirical formula C x FJ 0.14 · yJF 7 , where x = 1 ÷ 6, y = 0 ÷ 0.05, but they can also differ depending on what graphite powder material was used. After obtaining thermally expanding compounds based on graphite, it is desirable to treat with gaseous carbon dioxide, this can be done directly in a closed volume or processed outside a closed volume after unloading the product from the process reactor. In the latter case, the preferred option is the placement of thermally expandable compounds based on graphite above the surface of solid carbon dioxide. It is also possible to hold the obtained thermally expanding compounds based on graphite before unloading under dynamic vacuum at a pressure in a closed volume of not more than 200 Pa. However, the magnitude of the residual pressure is not fundamental here and is determined by the available vacuum equipment.

Основной отличительной особенностью заявляемого способа является обработка графитсодержащего порошкового материала гептафторидом иода при отношении массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода от 1:2,21 до 1:5,02. Этот признак является новым и существенным, так как позволяет устранить присущие прототипу недостатки.The main distinguishing feature of the proposed method is the treatment of graphite-containing powder material with iodine heptafluoride with a ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride from 1: 2.21 to 1: 5.02. This feature is new and significant, as it eliminates the inherent prototype disadvantages.

Во-первых, значительно снижается расход гептафторида иода, так как он практически полностью расходуются только на образование ИСФГ, причем приведенные выше массовые соотношения реагентов позволяют получать вполне определенный состав терморасширяющихся соединений на основе графита в пределах эмпирической формулы CxFJ0,14·yJF7, где x=1÷6, y=0÷0,05. Нагрев порошка ИСФГ выше 130°C (в том числе и без термоудара) сопровождается получением терморасширенного графита в виде пухообразного материала.Firstly, significantly reduced consumption of iodine heptafluoride, since it is almost completely consumed only ISFG formation, the above mass ratio of the reagents allow to obtain a definite composition thermally expanding graphite-based compounds within the empirical formula C x FJ 0,14 · yJF 7 where x = 1 ÷ 6, y = 0 ÷ 0.05. The heating of the ISFG powder above 130 ° C (including without thermal shock) is accompanied by the production of thermally expanded graphite in the form of a fluffy material.

За нижним пределом заявленного диапазона образуются составы с x>6 и y=0, которые подвержены терморасширению при температуре более 500°C с низким коэффициентом вспучивания. За верхним пределом заявленного диапазона (при x=1 и y>0,05) образуются соединения, при терморасширении которых выделяются токсичные газы, в частности фтористый водород, а сами соединения имеют нестабильный во времени химический состав.Beyond the lower limit of the claimed range, compositions with x> 6 and y = 0 are formed, which are subject to thermal expansion at a temperature of more than 500 ° C with a low coefficient of expansion. Beyond the upper limit of the declared range (at x = 1 and y> 0.05), compounds are formed, the thermal expansion of which releases toxic gases, in particular hydrogen fluoride, and the compounds themselves have a chemical composition that is unstable in time.

Большинство известных способов получения ИСФГ (см. аналоги) началось с природного чешуйчатого графита в качестве исходного материала. В данном предложении вид графитсодержащего порошкового материала не ограничивается одной маркой природного чешуйчатого графита. Могут быть выбраны материалы из группы крупнокристаллических и мелкокристаллических природных графитов, искусственные графиты, высоко ориентированный пиролитический графит, а также их комбинации. Эти материалы имеют различную дисперсность, насыпную плотность, площадь поверхности и пр. Из всех них можно получить терморасширяющиеся соединения. Однако, в предложенном способе предпочтительно использование различных марок крупнокристаллических и мелкокристаллических природного чешуйчатого графита.Most of the known methods for producing ISFG (see analogues) began with natural flake graphite as a starting material. In this proposal, the type of graphite-containing powder material is not limited to one brand of natural flake graphite. Materials from the group of coarse-grained and finely crystalline natural graphites, artificial graphites, highly oriented pyrolytic graphite, and also combinations thereof can be selected. These materials have different dispersion, bulk density, surface area, etc. From all of them it is possible to obtain thermally expanding compounds. However, in the proposed method, it is preferable to use various grades of coarse and fine crystalline natural flake graphite.

Во-вторых, как показали специальные исследования авторов, фторокислитель в этом случае почти полностью внедряется в слоистую решетку графита, образуя предельные стехиометрические соединения, соответствующие массовому соотношению с графитом, а остаточное давление газовой фазы гептафторида иода в замкнутом объеме в этом случае крайне незначительно и не превышает атмосферного давления. Таким образом, одновременно достигаются заявленные цели - производственная безопасность процесса и расширение номенклатуры получаемых продуктов в виде терморасширяющихся соединений на основе графита различного химического состава.Secondly, as shown by special studies of the authors, the fluoroxidant in this case is almost completely incorporated into the layered lattice of graphite, forming limiting stoichiometric compounds corresponding to the mass ratio with graphite, and the residual pressure of the gas phase of iodine heptafluoride in a closed volume in this case is extremely small and not exceeds atmospheric pressure. Thus, the stated goals are simultaneously achieved - industrial safety of the process and expansion of the range of products obtained in the form of thermally expanding compounds based on graphite of various chemical composition.

С точки зрения минимизации технологических размеров используемых аппаратов целесообразно, чтобы гептафторид иода первоначально находился в замкнутом объеме в жидкой фазе. Относительно местонахождения графитсодержащего порошкового материала это может быть единый объем в технологическом реакторе или технологический объем в смежном аппарате.From the point of view of minimizing the technological dimensions of the apparatus used, it is advisable that the iodine heptafluoride is initially in a closed volume in the liquid phase. Regarding the location of the graphite-containing powder material, this may be a single volume in a process reactor or a process volume in an adjacent apparatus.

Максимальное давление, под которым временно может находиться графитсодержащий порошковый материал в замкнутом объеме, определяется равновесным давлением газовой фазы гептафторида иода над жидкостью - от 146 кПа при 16°C до 198 кПа при 25°C. Нагрев замкнутого объема от (-196)°C (с твердым JF7) до температуры технологического помещения, имеющей температуру 16÷25°C, за счет естественного теплообмена с окружающей средой не предусматривает использования дополнительного источника внешнего обогрева, поэтому достижение равновесного давления JF7 над жидкой фазой будет постепенным и плавным.The maximum pressure under which a graphite-containing powder material can temporarily be in a closed volume is determined by the equilibrium pressure of the iodine heptafluoride gas phase above the liquid - from 146 kPa at 16 ° C to 198 kPa at 25 ° C. Closed-space heating from (-196) ° C (with solid JF 7 ) to a process room temperature of 16 ÷ 25 ° C, due to natural heat exchange with the environment, does not require the use of an additional source of external heating, therefore achieving equilibrium pressure JF 7 over the liquid phase will be gradual and smooth.

Жидкая фаза гептафторида иода в замкнутом объеме быстро исчезает за счет интенсивного внедрения JF7 в межслоевое пространство графита с образованием интеркалированного соединения в виде фторграфитовой матрицы, содержащей гетероатомы фторидов иода, и на заключительной стадии технологического процесса давление в замкнутом объеме будет определяться только газовой фазой фторокислителя.The liquid phase of iodine heptafluoride in a closed volume quickly disappears due to the intensive introduction of JF 7 into the interlayer space of graphite with the formation of an intercalated compound in the form of a fluorographic graphite containing iodine fluoride heteroatoms, and at the final stage of the process, the pressure in the closed volume will be determined only by the gas phase of the fluoroxidizer.

Заявленный температурный интервал обработки графитсодержащего порошкового материала обеспечивает комфортные (нижний предел) и безопасные (верхний предел) условия осуществления способа.The claimed temperature range for processing graphite-containing powder material provides comfortable (lower limit) and safe (upper limit) conditions for the implementation of the method.

Слой графитсодержащего порошкового материала может располагаться непосредственно на зеркале жидкой фазы гептафторида иода, или навеска графитсодержащего порошкового материала может располагаться над зеркалом жидкой фазы, например, в перфорированной корзине. Выше обсуждался вариант нахождения жидкой фазы гептафторида иода в смежном технологическом аппарате в пределах одного замкнутого объема с навеской графитсодержащего порошкового материала.A layer of graphite-containing powder material can be located directly on the liquid mirror of the iodine heptafluoride, or a sample of graphite-containing powder material can be located above the mirror of the liquid phase, for example, in a perforated basket. The option of finding the liquid phase of iodine heptafluoride in an adjacent technological apparatus within the same closed volume with a weighed portion of graphite-containing powder material was discussed above.

Для более быстрого внедрения гептафторида иода в межслоевое пространство графита необходимо максимально долго поддерживать присутствие жидкой фазы гептафторида иода в замкнутом объеме. Это может быть достигнуто, если отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала находится в интервале 0,011÷0,134 м3/кг. Нижний предел интервала определяет минимально необходимый объем для газовой фазы гептафторида иода. Верхний - максимальные размеры замкнутого объема, обеспечивающего длительное присутствие жидкой фаза гептафторида иода совместно с графитсодержащим порошковым материалом.For more rapid introduction of iodine heptafluoride into the interlayer space of graphite, it is necessary to maintain the presence of the liquid phase of iodine heptafluoride in a closed volume for as long as possible. This can be achieved if the ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is in the range of 0.011 ÷ 0.134 m 3 / kg. The lower limit of the interval determines the minimum required volume for the gas phase of iodine heptafluoride. Upper - the maximum dimensions of the closed volume, ensuring the long-term presence of the liquid phase of iodine heptafluoride together with graphite-containing powder material.

Гептафторид иода реагирует с минеральными примесями, содержащимися в графитсодержащем порошковом материале, образуя различные фториды, часть из которых может быть летучими, например, SiF4. Сам гептафторид иода также может содержать примеси в виде фтористого водорода (HF) и оксипентафторида иода (JOF5). При значительном количестве они могут создавать нежелательное дополнительное давление в замкнутом объеме и, в принципе, количество этих примесей должно быть ограничено. По этой причине для реализации способа предлагается использовать малозольные марки природных графитов с содержанием основного вещества не менее 93 мас.% и JF7 чистотой не менее 95 мас.%.Iodine heptafluoride reacts with mineral impurities contained in graphite-containing powder material, forming various fluorides, some of which may be volatile, for example, SiF 4 . Iodine heptafluoride itself may also contain impurities in the form of hydrogen fluoride (HF) and iodine oxypentafluoride (JOF 5 ). With a significant amount, they can create undesirable additional pressure in a confined space and, in principle, the amount of these impurities should be limited. For this reason, to implement the method, it is proposed to use low-ash brands of natural graphites with a basic substance content of at least 93 wt.% And JF 7 with a purity of at least 95 wt.%.

Получение необходимого отношения массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода от 1:2,21 до 1:5,02 предлагается осуществлять порционным напуском и десублимацией JF7 в замкнутом объеме, создавая любое соотношение реагентов. В принципе, намораживать гептафторид иода можно при температуре ниже (+4,8)°C (температура десублимации JF7), в частности при температуре сублимации диоксида углерода (-78,9)°C, однако наилучший вариант - температура кипения жидкого азота (-196)°C, при которой остаточное давление гептафторида иода над кристаллами равно нулю.Obtaining the required ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride from 1: 2.21 to 1: 5.02 is proposed to be carried out by portioned filling and desublimation of JF 7 in a closed volume, creating any ratio of reagents. In principle, iodine heptafluoride can be frozen at a temperature below (+4.8) ° C (desublimation temperature JF 7 ), in particular at a sublimation temperature of carbon dioxide (-78.9) ° C, but the best option is the boiling point of liquid nitrogen ( -196) ° C, at which the residual pressure of iodine heptafluoride above the crystals is zero.

Замкнутый объем с твердым гептафторидом иода и графитсодержащим порошковым материалом нагревают за счет естественного теплообмена с окружающей средой технологического помещения. В принципе для ускорения нагрева возможен принудительный обдув оболочки замкнутого объема воздухом технологического помещения. Использование постороннего источника тепла нежелательно, постольку это может вызвать резкий рост давления паров JF7.An enclosed volume with solid iodine heptafluoride and graphite-containing powder material is heated by natural heat exchange with the environment of the process room. In principle, to accelerate the heating, forced blowing of the enclosed volume shell by the air of the technological room is possible. The use of an external heat source is undesirable, as this can cause a sharp increase in vapor pressure JF 7 .

Полученным порошкам ИСФГ желательна пассивации перед контактом с влажным воздухом атмосферы. Это может быть проведено выдержкой порошков под динамическим вакуумом при предпочтительном давлении в замкнутом объеме не более 200 Па, позволяющем удалить следы образующегося малолетучего пентафторида иода (JF5). По другому варианту пассивацию можно провести обработкой порошков ИСФГ газообразным диоксидом углерода как непосредственно в замкнутом объеме после их получения, так и вне замкнутого объема. В последнем случае оптимальным является помещение перфорированной корзины с ИСФГ над поверхностью «сухого льда» (кристаллов твердого диоксид углерода).The obtained ISFG powders are desirable for passivation before contact with moist air. This can be done by holding the powders under dynamic vacuum at a preferred pressure in a closed volume of not more than 200 Pa, which removes traces of the resulting low-volatility iodine pentafluoride (JF 5 ). In another embodiment, passivation can be carried out by treating the ISPH powders with gaseous carbon dioxide both directly in a closed volume after receiving them and outside the closed volume. In the latter case, it is optimal to place a perforated basket with ISFG above the surface of “dry ice” (crystals of solid carbon dioxide).

Пассивация ИСФГ диоксидом углерода CO2 проходит по механизму:Passivation of ISFG with carbon dioxide CO 2 proceeds according to the mechanism:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Образующийся элементный иод может быть удален вакуумной отгонкой.The resulting elemental iodine can be removed by vacuum distillation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 показана схема установки для синтеза через газовую фазу интеркалированных соединений фторированного графита, способных к терморасширению. Здесь: 1 - замкнутый объем (технологический реактор); 2 - баллон с JF7; 3 - емкость для сбора излишков JF7 из технологического реактора 1; 4 - навеска графита; 5 - жидкая (твердая) фаза JF7; 6, 7 - сосуд Дьюара; 8 - жидкий азот; 9 - форвакуумный насос; 10 - колонка с химическим поглотителем; 11 - микроманометр; 12 - манометр; 13 - вентиль для отсечения реактора 1 от технологической схемы установки; 14 - вентиль для заполнения реактора 1 сухим азотом или диоксидом углерода.Figure 1 shows a diagram of a plant for the synthesis through gas phase intercalated compounds of fluorinated graphite, capable of thermal expansion. Here: 1 - closed volume (technological reactor); 2 - cylinder with JF 7 ; 3 - capacity for collecting excess JF 7 from the technological reactor 1; 4 - a hinge of graphite; 5 - liquid (solid) phase JF 7 ; 6, 7 - Dewar vessel; 8 - liquid nitrogen; 9 - fore-vacuum pump; 10 - column with a chemical absorber; 11 - micromanometer; 12 - pressure gauge; 13 - valve for cutting off the reactor 1 from the technological scheme of the installation; 14 - valve for filling the reactor 1 with dry nitrogen or carbon dioxide.

На фиг.2-5 приведены, соответственно, микрофотографии порошка природного чешуйчатого графита, порошка ИСФГ и частиц терморасширенного графита из разных предшественников.Figure 2-5 shows, respectively, micrographs of natural flake graphite powder, ISFG powder and particles of thermally expanded graphite from different precursors.

Следующие примеры служат для обеспечения наилучшего режима практики настоящего изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.The following examples serve to ensure the best practice of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

Пример 1. Навеску 4 массой 38,52 грамма природного чешуйчатого графита марки ГТ-1 (графит тигельный по ГОСТ 4596-75) с зольностью не более 7,0 мас.%, имеющего средний размер частиц 200÷300 мкм и насыпную плотность 0,45 г/см3 (см. фиг.2), предварительно просушенного при 200°C, помещают в никелевый реактор 1 объемом 4,0×l0-3 м3 (см. фиг.1). Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляет 0.106 м3/кг (в расчете учитывался внутренний объем вентиля на реакторе, равный 8×10-6 м3). Реактор 1 и емкость 3 объемом 0,20 дм3 откачивают форвакуумным насосом 9 до остаточного давления 13,3 Па. Контроль давления в технологической схеме ведут по микроманометру 11. Выдерживают для проверки вакуумной плотности. Реактор 1 охлаждают, заливая жидкий азот 8 в Дьюар 6. Из баллона 2 в реактор 1 передают 85,1 грамм гептафторид иода, где при температуре (-196)°C он переходит в твердофазное состояние. Используют гептафторид иода с содержанием основного вещества не менее 95 мас.%. Заполнение контролируют по показаниям манометр 12. Отношение массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода 1:2,21. Реактор 1 отсекают от технологической схемы вентилем 13 и, после снятия Дьюара 6, оставляют нагреваться до температуры технологического помещения 18°C. При температуре 6,4°C давление в реакторе 1 превышает 111 кПа, кристаллы JF7 плавятся и в виде жидкости стекают со стенок на дно реактора. Навеска графита начинает плавать по зеркалу жидкой фазы гептафторида иода.Example 1. A sample 4 weighing 38.52 grams of natural flake graphite grade GT-1 (crucible graphite in accordance with GOST 4596-75) with an ash content of not more than 7.0 wt.%, Having an average particle size of 200 ÷ 300 microns and a bulk density of 0, 45 g / cm 3 (see figure 2), previously dried at 200 ° C, is placed in a nickel reactor 1 with a volume of 4.0 × l0 -3 m 3 (see figure 1). The ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is 0.106 m 3 / kg (the calculation took into account the internal volume of the valve in the reactor, equal to 8 × 10 -6 m 3 ). The reactor 1 and the vessel 3 with a volume of 0.20 dm 3 are pumped out by a foreline pump 9 to a residual pressure of 13.3 Pa. Pressure control in the technological scheme is carried out by a micromanometer 11. Stand for checking the vacuum density. Reactor 1 is cooled by pouring liquid nitrogen 8 into a Dewar 6. 85.1 grams of iodine heptafluoride are transferred from cylinder 2 to reactor 1, where at a temperature of (-196) ° C it goes into solid state. Use iodine heptafluoride with a basic substance content of at least 95 wt.%. Filling is controlled by the readings of pressure gauge 12. The ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride 1: 2.21. The reactor 1 is cut off from the process circuit by valve 13 and, after removing the Dewar 6, is left to warm to a temperature of the process room of 18 ° C. At a temperature of 6.4 ° C, the pressure in reactor 1 exceeds 111 kPa, JF 7 crystals melt and flow from the walls to the bottom of the reactor in the form of a liquid. A portion of graphite begins to float on the mirror of the liquid phase of iodine heptafluoride.

Через 4 часа открывают вентиль 13. Абсолютное давление в технологическом объеме реактора по показаниям манометра 12 составляет лишь 91 кПа. Таким образом, гептафторид иода был использован практически полностью. Остатки JF7 из реактора 1 и технологических трасс установки вымораживают в емкость 3, предварительно заморозив ее жидким азотом 8, заливаемым в Дьюар 7.After 4 hours, valve 13 is opened. The absolute pressure in the technological volume of the reactor, according to the pressure gauge 12, is only 91 kPa. Thus, iodine heptafluoride was used almost completely. The remnants of JF 7 from the reactor 1 and the technological lines of the installation are frozen in a tank 3, previously freezing it with liquid nitrogen 8, poured into the Dewar 7.

Емкость 3 отсекают от технологической схемы и реактора 1.Capacity 3 is cut off from the technological scheme and reactor 1.

Реактор 1 и трассы установки вакуумируют форвакуумным насосом 9 до остаточного давления не более 200 Па, обычно 67 Па (контроль давления в системе ведут по микроманометру 11), с нейтрализацией откачиваемых газов в колонке с химическим поглотителем 10. Реактор 1 с навеской ИСФГ 4 выдерживают под динамическим вакуумом 0,5 часа, затем через вентиль 14 заполняют сухим азотом до атмосферного давления и отсоединяют от технологической схемы.The reactor 1 and the installation paths are evacuated with a foreline pump 9 to a residual pressure of not more than 200 Pa, usually 67 Pa (the pressure in the system is monitored by a micronometer 11), with neutralization of the evacuated gases in a column with a chemical absorber 10. The reactor 1 with the ISFG 4 sample is kept under dynamic vacuum for 0.5 hours, then through the valve 14 is filled with dry nitrogen to atmospheric pressure and disconnected from the technological scheme.

После выгрузки получают порошок черного цвета массой 80,71 грамма, имеющий насыпную плотность 0,45 г/см3. По данным весового анализа состав полученного вещества может быть охарактеризован эмпирической формулой C6FJ0,14. Полученный порошок ИСФГ термически стабилен до температуры 350°C.After unloading, a black powder is obtained, weighing 80.71 grams, having a bulk density of 0.45 g / cm 3 . According to the weight analysis, the composition of the obtained substance can be characterized by the empirical formula C 6 FJ 0.14 . The obtained ISFH powder is thermally stable to a temperature of 350 ° C.

Порошок ИСФГ засыпают в тонкостенный тигель из монеля, закрывают металлической сеткой и помещают в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 450°C. После прогрева тигля происходит термическое разложение ИСФГ с образованием пухообразного материала из частиц расширенного графита длиной в интервале 3÷5 мм (см. рис.4).ISFG powder is poured into a thin-walled crucible made of monel, closed with a metal mesh and placed in a muffle furnace previously heated to a temperature of 450 ° C. After the crucible is heated, the ISFG is thermally decomposed with the formation of a downy material from expanded graphite particles with a length in the range of 3–5 mm (see Fig. 4).

Коэффициент вспучивания синтезированного ИСФГ составляет ~170. Плотность по объему расширенного графита соответствует, примерно, 0,25 дм3/г. Выход графита в расширенную форму - 0,82.The coefficient of expansion of the synthesized ISFG is ~ 170. The density by volume of expanded graphite corresponds to about 0.25 dm 3 / g. The output of graphite in an expanded form is 0.82.

Пример 2. Навеску 4 природного чешуйчатого графита марки ГСМ-2 (графит специальный малозольный по ГОСТ 18191-78, зольность менее 0,5 мас.%), имеющего средний размер частиц 100÷300 мкм и насыпную плотность 0,45 г/см3, массой 20,0 грамм помещают в перфорированной корзине в среднюю часть никелевого реактора 7 объемом 2,5×10-3 м3. Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляет 0,125 м3/кг.Example 2. A portion 4 of natural flake graphite grade GSM-2 (special low-ash graphite according to GOST 18191-78, ash content less than 0.5 wt.%) Having an average particle size of 100 ÷ 300 microns and bulk density of 0.45 g / cm 3 , weighing 20.0 grams are placed in a perforated basket in the middle part of the Nickel reactor 7 with a volume of 2.5 × 10 -3 m 3 . The ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is 0.125 m 3 / kg.

Установку к работе готовят согласно примеру 1. Замороженный реактор 1 заполняют 87,8 граммами гептафторида иода. Отношение массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода в реакторе 1 составило 1:4,39. Реактор 1 размораживают, сняв Дьюар 6, при этом при температуре помещения 25°C JF7 переходит в жидкофазное состояние. Навеска графита находится над жидкой фазой гептафторида иода. Графит выдерживают под действием газовой фазы при температуре помещения в течение 8 часов.The installation for operation is prepared according to example 1. The frozen reactor 1 is filled with 87.8 grams of iodine heptafluoride. The ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride in reactor 1 was 1: 4.39. The reactor 1 is thawed by removing the Dewar 6, while at a room temperature of 25 ° C JF 7 goes into the liquid phase state. A portion of graphite is located above the liquid phase of iodine heptafluoride. Graphite is kept under the influence of the gas phase at room temperature for 8 hours.

Абсолютное давление в технологическом объеме реактора 1 после открытия вентиля 13 по показаниям манометра 12 составляет лишь 98 кПа. Таким образом, гептафторид иода был использован практически полностью.The absolute pressure in the technological volume of reactor 1 after opening valve 13 according to the pressure gauge 12 is only 98 kPa. Thus, iodine heptafluoride was used almost completely.

Из реактора 1 выгружают 83,9 грамм порошка ИСФГ цветом от белого до светло-коричневого (см. фиг.3), имеющего насыпную плотность 0,40 г/см3. По результатам весового анализа состав полученного вещества может быть охарактеризован эмпирической формулой CFJ0,14·0,03JF7.83.9 grams of ISPH powder is unloaded from the reactor 1 from white to light brown in color (see FIG. 3), having a bulk density of 0.40 g / cm 3 . According to the results of the weight analysis, the composition of the obtained substance can be characterized by the empirical formula CFJ 0.14 · 0.03JF 7 .

Порошок ИСФГ помещают в сушильный шкаф, нагретый до 150°C. Получают пухообразный материал из частиц расширенного графита длиной в интервале 7÷12 мм (см. фиг.5).ISFG powder is placed in an oven heated to 150 ° C. Get downy material from expanded graphite particles with a length in the range of 7 ÷ 12 mm (see figure 5).

Коэффициент вспучивания синтезированного ИСФГ - ~500. Плотность по объему расширенного графита соответствует, примерно, 1,0 дм3/г. Выход графита в расширенную форму - 0,75.The coefficient of swelling of the synthesized ISFG is ~ 500. The density by volume of expanded graphite corresponds to approximately 1.0 dm 3 / g. The output of graphite in an expanded form is 0.75.

Пример 3. Навеску 4 природного чешуйчатого графита марки ГСМ-1 (графит специальный малозольный по ГОСТ 18191-78, зольность менее 0.1 мас.%), имеющего средний размер частиц 200÷300 мкм и насыпную плотность 0,45 г/см3 (см. фиг.2), массой 30,0 грамм обрабатывают гептафторидом иода на установке фиг.1 по условиям примера 2. Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляет 0,084 м3/кг.Example 3. A portion 4 of natural flake graphite grade GSM-1 (special low-ash graphite according to GOST 18191-78, ash content less than 0.1 wt.%) Having an average particle size of 200 ÷ 300 microns and bulk density of 0.45 g / cm 3 (cm Fig. 2), weighing 30.0 grams, is treated with iodine heptafluoride in the installation of Fig. 1 according to the conditions of Example 2. The ratio of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is 0.084 m 3 / kg.

Замороженный реактор 1 заполняют 150,7 граммами гептафторида иода, получая отношение массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода 1:5,02. Реактор 1 размораживают, сняв Дьюар 6. Гептафторид иода при температуре технологического помещения 16°C переходит в жидкофазное состояние. Навеска графита находится над жидкой фазой гептафторида иода в течение 10 часов.The frozen reactor 1 is filled with 150.7 grams of iodine heptafluoride, obtaining the ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride 1: 5.02. Reactor 1 is thawed by removing the Dewar 6. Iodine heptafluoride at a process room temperature of 16 ° C goes into the liquid phase state. A portion of graphite is located over the liquid phase of iodine heptafluoride for 10 hours.

Абсолютное давление в технологическом объеме реактора 1 после открытия вентиля 13 по показаниям манометра 12 составляет лишь 57 кПа. Таким образом, гептафторид иода в ходе реакции был использован практически полностью. Остатки JF7 из реактора 1 и технологических трасс установки вымораживают в емкость 4. Реактор 1 откачивают до давления 0,133 кПа и через вентиль 14 напускают диоксид углерода до давления 6,6 кПа. Выдерживают 0,5 часа.The absolute pressure in the technological volume of reactor 1 after opening valve 13 according to the pressure gauge 12 is only 57 kPa. Thus, iodine heptafluoride was used almost completely during the reaction. The remains of JF 7 from the reactor 1 and the technological lines of the installation are frozen into a tank 4. The reactor 1 is pumped out to a pressure of 0.133 kPa and carbon dioxide is injected through valve 14 to a pressure of 6.6 kPa. Withstand 0.5 hours.

Из реактора 1 выгружают 158,4 грамма порошка ИСФГ бело-коричнево-черного цвета. Почернение порошка ИСФГ указывает на образование кристаллов элементного иода по реакциям (1) и (2). По результатам весового анализа состав полученного вещества может быть охарактеризован эмпирической формулой CFJ0,14·0,05JF7.From reactor 1, 158.4 grams of ISFH powder of white-brown-black color is discharged. The blackening of the ISFG powder indicates the formation of elemental iodine crystals according to reactions (1) and (2). According to the results of the weight analysis, the composition of the obtained substance can be characterized by the empirical formula CFJ 0.14 · 0.05JF 7 .

Порошок ИСФГ помещают в сушильный шкаф, нагретый до 150°C. Получают пухообразный материал из частиц расширенного графита длиной в интервале 7÷12 мм (см. фиг.5).ISFG powder is placed in an oven heated to 150 ° C. Get downy material from expanded graphite particles with a length in the range of 7 ÷ 12 mm (see figure 5).

Коэффициент вспучивания синтезированного ИСФГ - ~600. Плотность по объему расширенного графита соответствует, примерно, 1,2 дм3/г. Выход графита в расширенную форму - 0,7.The coefficient of swelling of the synthesized ISFG is ~ 600. The density by volume of expanded graphite is approximately 1.2 dm 3 / g. The output of graphite in an expanded form is 0.7.

Пример 4. Навеску 4 природного чешуйчатого графита марки ГАК-3 (графит аккумуляторный по ГОСТ 17022-81, зольность не более 2,0 мас.%) массой 30,0 грамма, имеющего средний размер частиц 60÷100 мкм и насыпную плотность 0,40 г/см3, обрабатывают гептафторидом иода в установке (см. фиг.1) по условиям примера 1. Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляет 0,084 м3/кг.Example 4. A portion 4 of natural flake graphite brand GAK-3 (battery graphite in accordance with GOST 17022-81, ash content not more than 2.0 wt.%) Weighing 30.0 grams, having an average particle size of 60 ÷ 100 microns and bulk density 0, 40 g / cm 3 , treated with iodine heptafluoride in the installation (see figure 1) according to the conditions of example 1. The ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is 0.084 m 3 / kg

В реактор 1 напускают 106,8 грамма JF7. Отношение массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода составляет 1:3,56. Реактор 1 размораживают, сняв Дьюар 6. Гептафторид иода при температуре помещения 20°C переходит в жидкофазное состояние. Выдерживают 7 часов.106.8 grams of JF 7 are introduced into reactor 1. The ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride is 1: 3.56. Reactor 1 is thawed by removing the Dewar 6. Iodine heptafluoride at a room temperature of 20 ° C becomes liquid-phase. Stand for 7 hours.

Абсолютное давление в технологическом объеме реактора 1 после открытия вентиля 13 по показаниям манометра 12 составляет 53 кПа. Таким образом, гептафторид иода в ходе реакции был использован практически полностью. Остатки JF7 из реактора 1 и технологических трасс установки вымораживают в емкость 3. Реактор 1 откачивают до давления 0,133 кПа и через вентиль 14 напускают сухой азот до атмосферного давления.The absolute pressure in the technological volume of the reactor 1 after opening the valve 13 according to the pressure gauge 12 is 53 kPa. Thus, iodine heptafluoride was used almost completely during the reaction. The remains of JF 7 from the reactor 1 and the technological lines of the installation are frozen in a tank 3. The reactor 1 is pumped out to a pressure of 0.133 kPa and dry nitrogen is introduced through valve 14 to atmospheric pressure.

Порошок ИСФГ бело-коричневого цвета массой 96,2 г выгружают из реактора 1 в никелевую лодочку, которую помещают над кристаллами твердого диоксида углерода. После выдержки 2 часа порошок приобретает коричнево-черный цвет. По результатам весового анализа состав полученного вещества может быть охарактеризован эмпирической формулой С1,5FJ0,14.White-brown ISFH powder weighing 96.2 g is discharged from reactor 1 into a nickel boat, which is placed over crystals of solid carbon dioxide. After exposure for 2 hours, the powder becomes brown-black. According to the results of the weight analysis, the composition of the obtained substance can be characterized by the empirical formula C 1.5 FJ 0.14 .

Порошок ИСФГ помещают в сушильный шкаф, нагретый до 200°C. Получают пухообразный материал из частиц расширенного графита длиной в интервале 7÷12 мм.ISFG powder is placed in an oven heated to 200 ° C. A fluffy material is obtained from expanded graphite particles with a length in the range of 7 ÷ 12 mm.

Коэффициент вспучивания синтезированного ИСФГ - ~500. Плотность по объему расширенного графита соответствует, примерно, 1,0 дм3/г. Выход графита в расширенную форму - 0,75.The coefficient of swelling of the synthesized ISFG is ~ 500. The density by volume of expanded graphite corresponds to approximately 1.0 dm 3 / g. The output of graphite in an expanded form is 0.75.

Пример 5. Эксперимент проводили по условиям примера 1. Использовали реактор 1 объемом 0,4×l0-3 м3. Навеска 4 природного чешуйчатого графита марки ГТ-1 - 35,0 грамма. Отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляло 0,011 м3/кг.Example 5. The experiment was carried out according to the conditions of example 1. Used the reactor 1 with a volume of 0.4 × l0 -3 m 3 . A portion of 4 natural flake graphite grade GT-1 - 35.0 grams. The ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material was 0.011 m 3 / kg

Отношение массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода - 1:3,80 (напуск 132,8 грамма JF7).The ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride is 1: 3.80 (lump 132.8 grams of JF 7 ).

Абсолютное давление в технологическом объеме реактора 1 после открытия вентиля 13 по показаниям манометра 12 поднялось лишь до 88 кПа.The absolute pressure in the technological volume of reactor 1 after opening valve 13 according to the pressure gauge 12 rose only to 88 kPa.

После выгрузки получили порошок светло-коричневого цвета массой 148,21 грамма. По данным весового анализа состав полученного вещества может быть охарактеризован эмпирической формулой CFJ0,14.After unloading, a light brown powder weighing 148.21 grams was obtained. According to the weight analysis, the composition of the obtained substance can be characterized by the empirical formula CFJ 0.14 .

Порошок ИСФГ помещают в сушильный шкаф, нагретый до 150°C. Получают пухообразный материал из частиц расширенного графита длиной в интервале 7÷12 мм (см. фиг.5).ISFG powder is placed in an oven heated to 150 ° C. Get downy material from expanded graphite particles with a length in the range of 7 ÷ 12 mm (see figure 5).

В заключение отметим, что в настоящее время предлагаемый способ синтеза терморасширяющегося соединения на основе графита с внедрением в графитовую матрицу гептафторида иода имеет много преимуществ по сравнению с известными аналогами, поскольку прост и безопасен в технологическом отношении, не требует сложной аппаратуры, синтез ведется за относительно короткое время (4÷8 часов против 24÷30 часов в известных способах) при температуре 16÷25°C. Избыточные реагенты используются повторно. Синтез гептафторида иода является освоенным технологическим процессом, не представляющим особой сложности. Получаемые соединения устойчивы к длительному воздействию воды и влажного воздуха и могут храниться несколько лет. Поскольку потребность в терморасширяющихся соединениях на основе графита велика в различных областях науки и техники, то совершенно очевидным является большое практическое значение предложенного способа.In conclusion, we note that at present, the proposed method for the synthesis of a thermally expanding graphite-based compound with the introduction of iodine heptafluoride into the graphite matrix has many advantages over its known analogues, since it is simple and technologically safe, does not require complex equipment, the synthesis is carried out in a relatively short time (4 ÷ 8 hours versus 24 ÷ 30 hours in known methods) at a temperature of 16 ÷ 25 ° C. Excess reagents are reused. The synthesis of iodine heptafluoride is a mastered process that is not particularly difficult. The resulting compounds are resistant to prolonged exposure to water and moist air and can be stored for several years. Since the need for thermally expanding compounds based on graphite is great in various fields of science and technology, the great practical importance of the proposed method is very obvious.

Claims (18)

1. Способ получения терморасширяющихся соединений на основе графита, включающий обработку графитсодержащего порошкового материала газовой фазой гептафторида иода в замкнутом объеме, отличающийся тем, что обработку ведут при отношении массы графитсодержащего порошкового материала к массе гептафторида иода от 1:2,21 до 1:5,02.1. A method of producing thermally expandable compounds based on graphite, comprising treating a graphite-containing powder material with a gas phase of iodine heptafluoride in a closed volume, characterized in that the treatment is carried out with a ratio of the mass of graphite-containing powder material to the mass of iodine heptafluoride from 1: 2.21 to 1: 5, 02. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гептафторид иода в замкнутом объеме находится в жидкой фазе.2. The method according to claim 1, characterized in that the iodine heptafluoride in a closed volume is in the liquid phase. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что графитсодержащий порошковый материал в замкнутом объеме располагают на зеркале жидкой фазы гептафторида иода.3. The method according to claim 2, characterized in that the graphite-containing powder material in a closed volume is placed on the mirror of the liquid phase of iodine heptafluoride. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что графитсодержащий порошковый материал в замкнутом объеме располагают над жидкой фазой гептафторида иода.4. The method according to claim 2, characterized in that the graphite-containing powder material in a closed volume is located above the liquid phase of iodine heptafluoride. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве графитсодержащего порошкового материала используют природный чешуйчатый графит.5. The method according to claim 1, characterized in that natural flake graphite is used as the graphite-containing powder material. 6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что используют графитсодержащий порошковый материал с содержанием графита не менее 93 мас.%.6. The method according to claim 1 or 5, characterized in that they use graphite-containing powder material with a graphite content of at least 93 wt.%. 7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют гептафторид иода с содержанием основного вещества не менее 95 мас.%.7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that iodine heptafluoride is used with a basic substance content of at least 95 wt.%. 8. Способ по любому из пп.1, 3 или 4, отличающийся тем, что отношение величины замкнутого объема к массе графитсодержащего порошкового материала составляет величину в интервале 0,011÷0,134 м3/кг.8. The method according to any one of claims 1, 3 or 4, characterized in that the ratio of the value of the closed volume to the mass of graphite-containing powder material is in the range of 0.011 ÷ 0.134 m 3 / kg. 9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что гептафторид йода в необходимой пропорции намораживают в замкнутый объем с графитсодержащим порошковым материалом, а затем нагревают до температуры 16÷25°С.9. The method according to claim 1 or 2, characterized in that iodine heptafluoride in the required proportion is frozen in a closed volume with graphite-containing powder material, and then heated to a temperature of 16 ÷ 25 ° C. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что намораживание гептафторида йода в замкнутый объем с графитсодержащим порошковым материалом ведут при температуре (-196)°С.10. The method according to claim 9, characterized in that the freezing of iodine heptafluoride into a closed volume with graphite-containing powder material is carried out at a temperature of (-196) ° C. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что намораживание гептафторида йода в замкнутый объем с графитсодержащим порошковым материалом ведут порционно.11. The method according to claim 10, characterized in that the freezing of iodine heptafluoride into a closed volume with graphite-containing powder material is carried out portionwise. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что нагрев замкнутого объема с графитсодержащим порошковым материалом и гептафторидом иода ведут за счет естественного теплообмена с окружающей средой технологического помещения.12. The method according to claim 9, characterized in that the heating of the closed volume with graphite-containing powder material and iodine heptafluoride is carried out due to natural heat exchange with the environment of the process room. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что состав терморасширяющихся соединений на основе графита соответствует эмпирической формуле CxFJ0,14·yJF7, где x=1÷6, y=0÷0,05.13. The method according to claim 1, characterized in that the composition of thermally expandable compounds based on graphite corresponds to the empirical formula C x FJ 0.14 · yJF 7 , where x = 1 ÷ 6, y = 0 ÷ 0.05. 14. Способ по п.1 или 13, отличающийся тем, что полученные терморасширяющиеся соединения на основе графита обрабатывают газообразным диоксидом углерода.14. The method according to claim 1 or 13, characterized in that the obtained thermally expandable compounds based on graphite are treated with gaseous carbon dioxide. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что терморасширяющиеся соединения на основе графита обрабатывают диоксидом углерода непосредственно в замкнутом объеме после их получения.15. The method according to 14, characterized in that the thermally expandable compounds based on graphite are treated with carbon dioxide directly in a closed volume after receiving them. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что терморасширяющиеся соединения на основе графита обрабатывают диоксидом углерода вне замкнутого объема.16. The method according to 14, characterized in that the thermally expanding compounds based on graphite are treated with carbon dioxide outside a closed volume. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что терморасширяющиеся соединения на основе графита помещают над поверхностью твердого диоксида углерода.17. The method according to clause 16, characterized in that the thermally expandable compounds based on graphite are placed over the surface of solid carbon dioxide. 18. Способ по любому из пп.1, 13 или 15, отличающийся тем, что полученные терморасширяющиеся соединения на основе графита подвергают выдержке под динамическим вакуумом при давлении в замкнутом объеме не более 200 Па. 18. The method according to any one of claims 1, 13 or 15, characterized in that the obtained thermally expanding compounds based on graphite are subjected to exposure under dynamic vacuum at a pressure in a closed volume of not more than 200 Pa.
RU2013147093/05A 2013-10-22 2013-10-22 Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds RU2570440C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147093/05A RU2570440C2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147093/05A RU2570440C2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013147093A RU2013147093A (en) 2015-04-27
RU2570440C2 true RU2570440C2 (en) 2015-12-10

Family

ID=53283055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013147093/05A RU2570440C2 (en) 2013-10-22 2013-10-22 Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2570440C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785492B1 (en) * 2006-09-26 2010-08-31 Nanotek Instruments, Inc. Mass production of nano-scaled platelets and products
RU2404121C2 (en) * 2007-07-31 2010-11-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (ОАО "СХК") Method of obtaining graphite-based theroexpandable compound
RU2419586C1 (en) * 2009-12-18 2011-05-27 Владимир Ильич Мазин Method of producing graphite-based thermally expanding compound
RU2430877C1 (en) * 2007-06-18 2011-10-10 Сентрал Гласс Компани, Лимитед Method of producing iodine heptafluoride

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785492B1 (en) * 2006-09-26 2010-08-31 Nanotek Instruments, Inc. Mass production of nano-scaled platelets and products
RU2430877C1 (en) * 2007-06-18 2011-10-10 Сентрал Гласс Компани, Лимитед Method of producing iodine heptafluoride
RU2404121C2 (en) * 2007-07-31 2010-11-20 Открытое акционерное общество "Сибирский химический комбинат" (ОАО "СХК") Method of obtaining graphite-based theroexpandable compound
RU2419586C1 (en) * 2009-12-18 2011-05-27 Владимир Ильич Мазин Method of producing graphite-based thermally expanding compound

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013147093A (en) 2015-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419586C1 (en) Method of producing graphite-based thermally expanding compound
JP2015147723A (en) Production method of graphite oxide and application thereof
Kamali et al. Large-scale preparation of graphene by high temperature insertion of hydrogen into graphite
EP2176163B1 (en) Highly efficient process for manufacture of exfoliated graphene
RU2404121C2 (en) Method of obtaining graphite-based theroexpandable compound
Geng et al. Hydrogen storage in microwave-treated multi-walled carbon nanotubes
KR100991083B1 (en) Fluorine storage material
Karunadasa et al. Relative stability of hydrated/anhydrous products of calcium chloride during complete dehydration as examined by high-temperature X-ray powder diffraction
Berestneva et al. Thermally expanded graphite from graphite nitrate cointercalated with ethyl formate and acetic acid: morphology and physicochemical properties
RU2570440C2 (en) Method for obtaining graphite-based thermally expandable compounds
EP0129473A1 (en) Process for reacting a gas with a solid material
TWI385121B (en) Production method of fluorine gas
SG177725A1 (en) Expanded graphite sheet
CN108314025A (en) A kind of preparation method of bilayer graphene intercalation compound
Melezhik et al. Synthesis of carbon materials with abnormally high specific surface area
TW201130737A (en) Fluorine storage device
Sharma et al. Reduction of nickel oxide by carbon: II. Interaction between nickel oxide and natural graphite
RU2580737C2 (en) Method of producing thermally expanded fluorinated graphite
Maksum et al. Roasting-quenching pretreatment in the calcination process to improve the purity of rice husk bio-silica
JP5423594B2 (en) Method for removing fluorine-containing compound gas
JP6707407B2 (en) Method for producing silicon carbide powder
JP2001506220A (en) Apparatus and method for storing, transporting and producing activated fluorine
JP6792412B2 (en) Method for manufacturing silicon carbide powder
US20240109779A1 (en) System and method for silicon material manufacturing
Melnikov et al. New form of scandium fluoride