專利名稱：蒸汽加熱制備高純石墨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石墨提純工藝，尤其是一種利用蒸汽加熱提純天然石墨的方法。
背景技術(shù)：
石墨作為一種工業(yè)原料，在一些特殊行業(yè)或高科技技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有著舉足輕重的地位，如 原子能工業(yè)、汽車工業(yè)、航天技術(shù)、生物技術(shù)等工業(yè)，這些行業(yè)使用的石墨必須是碳含量在 99.9%以上的高純度石墨，而一般的選礦后的天然石墨的碳含量最高只能達(dá)到96%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú) 法滿足使用高純度石墨行業(yè)的要求，為此必須對(duì)天然石墨進(jìn)行提純。
目前天然石墨常用的提純法是用高溫電熱法提高石墨純度，高溫電熱法是利用石墨的耐 高溫性能，將其置于高溫電爐中，隔絕空氣加熱到250(TC以上，使石墨中的灰份揮發(fā)，從而 制得固定碳99.9%以上的高純石墨。由于其工藝復(fù)雜，需要建設(shè)大型電爐，電耗也相當(dāng)大， 而且需要不斷通入惰性氣體，因而成本高昂。更重要的是，利用該方法提純石墨時(shí)，其固定 碳含量最高只能達(dá)到99. 93%，并且無(wú)法使固定碳含量繼續(xù)提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的石墨提純方法工藝復(fù)雜、耗能大、需要的設(shè)備復(fù)雜，從而 生產(chǎn)成本高的缺陷，提出了一種蒸汽加熱制備高純石墨的方法，該方法不需要使用電加熱， 耗能小，生產(chǎn)成本低，流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，且固定碳含量可以達(dá)到99.9%—99.995%。
本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的， 一種蒸汽加熱制備高純石墨方法，該方法包括以
下步驟
(1) 以含碳量90%—99%的天然石墨為原料，將其加入PP反應(yīng)罐中，同時(shí)在反應(yīng)罐中加入 氫氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸溶液和水，石墨原材料、酸溶液和水按比例配料，并攪拌15 — 20 分鐘，將物料攪拌均勻成稀糊狀；
(2) PP材料反應(yīng)罐中通入蒸汽，加熱并密封，使稀糊狀物料在60。C一10(TC的條件下反應(yīng) 12 — 24小時(shí)，在反應(yīng)過(guò)程中，每隔30分鐘攪拌一次，每次攪拌5 — 10分鐘，采用蒸汽加熱 可以使反應(yīng)罐中的物料受熱均勻，從而使石墨中的雜質(zhì)與酸液反應(yīng)更徹底；
(3) 反應(yīng)結(jié)束前2 — 4小時(shí)內(nèi)向PP材料反應(yīng)罐中加入氧化劑，并繼續(xù)加熱攪拌，使石墨原材 料中的雜質(zhì)與酸溶液充分反應(yīng)；
(4) 將充分反應(yīng)后的物料放入PP材料洗滌罐中循環(huán)洗滌，直至其ra值達(dá)到6 — 7;
(5) 經(jīng)過(guò)洗滌的物料倒入循環(huán)攪拌罐中，加入純水并攪拌，攪拌過(guò)程中不斷加入純水，在循 環(huán)攪拌罐中攪拌5 —IO分鐘，通過(guò)循環(huán)攪拌，對(duì)反應(yīng)后的物料進(jìn)行更徹底的洗滌，以增加石 墨的純度；
(6) 經(jīng)過(guò)攪拌的物料抽入自動(dòng)離心機(jī)中，進(jìn)行自動(dòng)甩干，并自動(dòng)放料；
(7) 將脫水后的物料裝入蒸汽加熱烘干機(jī)中進(jìn)行烘干，烘干至水分含量小于O. 1%。 所述的天然石墨、氫氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸溶液和水需按比例配料，其重量比為15:
4一5: 3 — 5: 1 — 1.6: 1.5 — 3: 3 — 6，其中氫氟酸溶液的濃度為40%，鹽酸溶液的濃度為30 %，硝酸溶液的濃度為40%，硫酸溶液的濃度為98%。所述的氧化劑為二氟化銨，其與由石
墨、氫氟酸、鹽酸、硫酸溶液和水組成的比例料的重量比在1: 6.5_1: 14.5之間。
在pp材料反應(yīng)罐中反應(yīng)后的物料在材料洗滌罐中通過(guò)純水勻速滲透的方式進(jìn)行洗滌，即 將反應(yīng)后的物料倒入材料洗滌罐后加入純水，使純水通過(guò)勻速滲透與物料混合，從而深度洗 滌，該洗滌方法洗滌質(zhì)量高，操作簡(jiǎn)單并且安全省電。通過(guò)多次上述循環(huán)洗滌后，洗滌后產(chǎn) 生的酸液通過(guò)管路回收到酸液回收池，然后進(jìn)行提純回收。洗滌后的物料則倒入循環(huán)攪拌罐 中循環(huán)攪拌。
烘干后的物料通過(guò)超聲波振動(dòng)篩篩分除雜，最后包裝入庫(kù)。
本發(fā)明的有益效果是首先，該提純方法采用蒸汽加熱，代替了現(xiàn)有技術(shù)的電熱反應(yīng)釜 中采用電加熱、導(dǎo)熱油傳遞熱量的加熱方式，降低了設(shè)備成本和耗電量，節(jié)能減耗，同時(shí)可 以使反應(yīng)罐中的物料受熱更均勻，從而使石墨與酸液反應(yīng)徹底，提高了高純度石墨的產(chǎn)量； 其次，反應(yīng)后的物料洗滌時(shí)采用純水勻速滲透的洗滌方法，代替了現(xiàn)有的洗滌方法中采用的 離心機(jī)，安全省電，同時(shí)不會(huì)在罐中形成屏障，提高了洗滌質(zhì)量；另外，洗滌后的攪拌工序 可以對(duì)反應(yīng)后的物料進(jìn)行更徹底地洗滌，以便于提高石墨的純度；最后，采用超聲波振動(dòng)篩 對(duì)物料中的雜質(zhì)進(jìn)行徹底的篩分，從而保證了石墨的高純度?？傊ㄟ^(guò)本發(fā)明制備高純石墨
流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，成本低，固定含碳量可達(dá)到99.9%—99.995%。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
在PP反應(yīng)罐中加入天然石墨1500kg，其含碳量為90%，同時(shí)向PP反應(yīng)罐中加入濃度為 40%的氫氟酸400kg、濃度為30%的鹽酸溶液300kg、濃度為98%的硫酸溶液150kg和濃度 為40%的硝酸溶液100kg，加入適量的水約400kg對(duì)PP反應(yīng)罐中的比例料進(jìn)行攪拌，攪拌 15分鐘左右，使反應(yīng)罐中的比例料攪拌均勻。然后在PP反應(yīng)罐中通入蒸汽并密封。反應(yīng)罐 通過(guò)蒸汽加熱，使比例料在6(TC條件下反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中每隔30分鐘攪拌一次，每 次攪拌5 — 10分鐘。當(dāng)石墨與酸液反應(yīng)22小時(shí)左右時(shí)，向正在反應(yīng)的物料中加入氧化劑二氟 化銨200kg，并繼續(xù)攪拌，以使石墨與酸液反應(yīng)更徹底。反應(yīng)結(jié)束后，將經(jīng)過(guò)充分反應(yīng)的物頁(yè)
料放入PP材料洗滌罐中，通過(guò)純水勻速滲透的方法對(duì)物料進(jìn)行循環(huán)洗滌，即將物料放入洗滌 罐后，再通入純水，使純水通過(guò)勻速滲透與物料中的酸溶液進(jìn)行混合從而達(dá)到深度洗滌，直 至物料的PH值達(dá)到6_7。洗滌過(guò)程中對(duì)洗滌產(chǎn)生的酸液進(jìn)行回收，洗滌結(jié)束后，將物料倒 入循環(huán)攪拌罐中加純水?dāng)嚢?，攪拌的過(guò)程中不斷加入純水，對(duì)物料進(jìn)行更徹底的洗滌，以保 證物料的純度，上述純水中不含有(^2+、 Mg2+、 C1—等雜質(zhì)離子。在攪拌罐中攪拌5 — 10分鐘 后，將物料抽入自動(dòng)離心機(jī)中，對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)甩干，甩干后自動(dòng)卸料。甩干后的物料裝入 蒸汽加熱烘干機(jī)中進(jìn)行烘干，烘干至其水分含量小于0.1%。最后經(jīng)超聲波振動(dòng)篩的篩分， 徹底除雜，包裝入庫(kù)。通過(guò)上述方法提純后，石墨的固定碳含量為99.9%。
酸液的作用是在一定的溫度下與石墨中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成溶于水的物質(zhì)，并通過(guò)氧化 劑二氟化銨使其反應(yīng)更徹底。充分反應(yīng)后通過(guò)洗滌和攪拌，除去石墨中的雜質(zhì)，從而得到高 純度，低微量元素的高純石墨，該發(fā)明的所有工藝裝備以及流程控制均不會(huì)引入任何雜質(zhì)， 如果含有微量金屬元素或者其他微量元素，完全是由于天然石墨原料本身帶入的，所以通過(guò) 本發(fā)明的方法可以使石墨固定碳含量達(dá)到99.9%—99.995%，完全滿足高品質(zhì)金剛石、電池 材料等高精尖行業(yè)的應(yīng)用要求。 實(shí)施例2
在PP反應(yīng)罐中加入含碳量為天然石墨1500kg，其含碳量為90%,同時(shí)向PP反應(yīng)罐中加 入濃度為40%的氫氟酸450kg、濃度為30%的鹽酸溶液400kg、濃度為98%的硫酸溶液200kg 和濃度為40%的硝酸溶液120kg，加入適量的水約400kg對(duì)PP反應(yīng)罐中的比例料進(jìn)行攪拌， 攪拌15分鐘左右，使反應(yīng)罐中的比例料攪拌均勻。然后在PP反應(yīng)罐中通入蒸汽并密封。反 應(yīng)罐通過(guò)蒸汽加熱，使比例料在10(TC條件下反應(yīng)20小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中每隔30分鐘攪拌一 次，每次攪拌5 — 10分鐘。當(dāng)石墨與酸液反應(yīng)18小時(shí)左右時(shí)，向正在反應(yīng)的物料中加入氧化 劑二氟化銨300kg，并繼續(xù)攪拌。反應(yīng)結(jié)束后，將物料放入PP材料洗滌罐中，并通過(guò)純水勻 速滲透的方法對(duì)物料進(jìn)行循環(huán)洗滌，直至物料的ra值達(dá)到6—7。洗滌結(jié)束后，對(duì)洗滌產(chǎn)生 的酸液進(jìn)行回收，然后將其余的物料倒入循環(huán)攪拌罐中加純水?dāng)嚢?，在攪拌的過(guò)程中不斷加 入純水，對(duì)物料進(jìn)行更徹底的洗滌，以保證物料的純度，在攪拌罐中攪拌5 — 10分鐘后，將 物料抽入自動(dòng)離心機(jī)中，對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)甩干，甩干后自動(dòng)卸料。甩干后的物料裝入蒸汽加 熱烘干機(jī)中進(jìn)行烘干，烘干至其水分含量小于0.1%。最后經(jīng)超聲波振動(dòng)篩的篩分，徹底除 雜，包裝入庫(kù)。經(jīng)過(guò)該方法提純的石墨濃度可以達(dá)到99.93%。
其他同實(shí)施例1。 實(shí)施例3
在PP反應(yīng)罐中加入含碳量為天然石墨1500kg，其含碳量為95%，同時(shí)向PP反應(yīng)罐中
入濃度為40%的氫氟酸500kg、濃度為30%的鹽酸溶液500kg、濃度為98%的硫酸溶液300kg 和濃度為40%的硝酸溶液160kg，加入適量的水約300kg并對(duì)PP反應(yīng)罐中的比例料進(jìn)行攪拌， 攪拌25分鐘左右，使反應(yīng)罐中的物料攪拌均勻。然后在PP反應(yīng)罐中通入蒸汽并密封。反應(yīng) 罐通過(guò)蒸汽加熱，使比例料在8(TC條件下反應(yīng)20小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中每隔30分鐘攪拌一次， 每次攪拌5 — 10分鐘。當(dāng)石墨與酸液反應(yīng)18小時(shí)左右時(shí)，向正在反應(yīng)的物料中加入氧化劑二 氟化銨300kg，并繼續(xù)攪拌。反應(yīng)結(jié)束后，將物料放入PP材料洗滌罐中，通過(guò)純水勻速滲透 的方法對(duì)物料進(jìn)行循環(huán)洗滌，直至物料的PH值達(dá)到6 — 7。洗滌結(jié)束后，對(duì)洗滌產(chǎn)生的酸液 進(jìn)行回收，將洗滌后的物料倒入循環(huán)攪拌罐中加純水?dāng)嚢?，攪拌過(guò)程中不斷加入純水，對(duì)物 料進(jìn)行更徹底地洗滌，以保證物料的純度，在攪拌罐中攪拌5 — 10分鐘后，將物料抽入自動(dòng) 離心機(jī)中，對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)甩干，甩干后自動(dòng)卸料。甩干的物料裝入蒸汽加熱烘千機(jī)中進(jìn)行 烘干，烘干至其水分含量小于0.1%。最后經(jīng)超聲波振動(dòng)篩的篩分，徹底除雜，包裝入庫(kù)。 經(jīng)過(guò)該方法提純的石墨濃度可以達(dá)到99. 96%。
其他同實(shí)施例1。 實(shí)施例4
在PP反應(yīng)罐中加入含碳量為天然石墨1500kg，其含碳量為99%，同時(shí)向PP反應(yīng)罐中加 入濃度為40%的氫氟酸400kg、濃度為30X的鹽酸溶液450kg、濃度為98%的硫酸溶液150kg 和濃度為40%的硝酸溶液100kg，加入適量的水約600kg并對(duì)PP反應(yīng)罐中的比例料進(jìn)行攪拌， 攪拌25分鐘左右，使反應(yīng)罐中的物料攪拌均勻。然后在PP反應(yīng)罐中通入蒸汽并密封。反應(yīng) 罐通過(guò)蒸汽加熱，使比例料在10(TC條件下反應(yīng)12小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中每隔30分鐘攪拌一次， 每次攪拌5 — 10分鐘。當(dāng)石墨與酸液反應(yīng)10小時(shí)左右時(shí)，向正在反應(yīng)的物料中加入氧化劑二 氟化銨500kg，并繼續(xù)攪拌。反應(yīng)結(jié)束后，將物料放入PP材料洗滌罐中，通過(guò)純水勻速滲透 的方法對(duì)物料進(jìn)行循環(huán)洗滌，直至物料的PH值達(dá)到6 — 7。洗滌結(jié)束后，對(duì)洗滌產(chǎn)生的酸液 進(jìn)行回收，將洗滌后的物料倒入循環(huán)攪拌罐中加純水?dāng)嚢瑁瑪嚢柽^(guò)程中不斷加入純水，對(duì)物 料進(jìn)行更徹底地洗滌，以保證物料的純度，在攪拌罐中攪拌5 — 10分鐘后，將物料抽入自動(dòng) 離心機(jī)中，對(duì)物料進(jìn)行自動(dòng)甩干，甩干后自動(dòng)卸料。甩干后的物料裝入蒸汽加熱烘干機(jī)中進(jìn) 行烘干，烘干至其水分含量小于O. 1%。最后經(jīng)超聲波振動(dòng)篩的篩分，徹底除雜，包裝入庫(kù)。 經(jīng)過(guò)該方法提純的石墨濃度可以達(dá)到99. 995%。
其他同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽加熱制備高純石墨方法，其特征在于該工藝包括以下步驟(1)以含碳量90％—99％的天然石墨為原料，將其加入PP反應(yīng)罐中，同時(shí)在反應(yīng)罐中加入氫氟酸、鹽酸、硝酸、硫酸溶液和水，石墨原材料、酸溶液和水按比例配料，并攪拌15—20分鐘，將物料攪拌均勻成稀糊狀；(2)PP材料反應(yīng)罐中通入蒸汽，加熱并密封，攪拌均勻的物料在60℃—100℃的條件下反應(yīng)12—24小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中，每隔30分鐘攪拌一次，每次攪拌5—10分鐘；(3)反應(yīng)結(jié)束前2—4小時(shí)內(nèi)向PP材料反應(yīng)罐中加入氧化劑，并繼續(xù)加熱攪拌；(4)將充分反應(yīng)后的物料放入PP材料洗滌罐中循環(huán)洗滌，直至其PH值達(dá)到6—7；(5)經(jīng)過(guò)洗滌的物料倒入循環(huán)攪拌罐中，加入純水并攪拌，攪拌過(guò)程中不斷加入純水，在循環(huán)攪拌罐中攪拌5—10分鐘；(6)完成攪拌工序后，循環(huán)攪拌罐中的物料抽入自動(dòng)離心機(jī)，進(jìn)行自動(dòng)甩干，并自動(dòng)放料；(7)將已脫水的物料裝入蒸汽加熱烘干機(jī)中進(jìn)行烘干，烘干至水分含量小于0.1％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽加熱制備高純石墨方法，其特征在于所述的石墨、氫氟 酸、鹽酸、硝酸、硫酸溶液和水的重量比為15: 4 — 5: 3 — 5: 1 — 1.6: 1.5 — 3: 3 — 6，其中氫氟酸溶液的濃度為40%，鹽酸溶液的濃度為30%，硝酸溶液的濃度為40%，硫酸溶液的 濃度為98%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽加熱制備高純石墨方法，其特征在于所述的加入的氧化 劑為二氟化銨，其與石墨原材料、酸溶液和水組成的比例料的重量比在1: 6.5 — 1: 14. 5之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽加熱制備高純石墨方法，其特征在于所述的材料洗滌罐中對(duì)物料通過(guò)純水勻速滲透的方式進(jìn)行洗滌，即將反應(yīng)后的物料倒入材料洗滌罐后加入純水， 使純水通過(guò)勻速滲透與物料混合，從而深度洗滌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石墨提純工藝，尤其是一種利用蒸汽加熱提純天然石墨的方法。其克服了現(xiàn)有的石墨提純方法工藝復(fù)雜、耗能大、使用的設(shè)備復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高的缺陷，提出了一種蒸汽加熱制備高純石墨的方法。該方法通過(guò)蒸汽加熱使酸溶液與石墨中的雜質(zhì)反應(yīng)，并洗滌、攪拌、甩干和烘干等工序除去石墨中的雜質(zhì)。該方法生產(chǎn)成本低，流程短，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，且提純后的石墨固定碳含量可以達(dá)到99.99％-99.995％。
文檔編號(hào)C01B31/00GK101367517SQ200810157280
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者莫海波 申請(qǐng)人:青島恒勝石墨有限公司