專利名稱：一種高純石墨的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高純石墨的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨礦床產(chǎn)在變質(zhì)巖中，如片麻巖、片巖等，伴生礦物有石英、長石、云母、黃鐵礦、 碳酸鹽等礦物。石墨根據(jù)固定碳含量分為高純石墨、高碳石墨、中碳石墨和低碳石墨。石墨 原礦一般先要浮選初步提純，經(jīng)過多次磨礦、多次選別、快速浮選等把石墨固定碳含量提高 到90% -98%，然后再通過化學(xué)法或者高溫石墨化提純石墨。高溫法是隔絕空氣的條件下，在2700°C以上使石墨中灰分高溫氣化溢出，從而提 純鱗片石墨的方法，可以使石墨含碳量達(dá)到99. 995%以上，中國專利CN 101462716A公開 了一種高溫法提純天然石墨的制備工藝，采用在800-3200°C不同溫度下的除雜操作，最高 得到固定碳含量99. 999%的高純石墨。缺點是加熱設(shè)備昂貴，技術(shù)要求嚴(yán)格，能耗較大。 化學(xué)法包括氯化焙燒法、堿酸法和酸浸法。中國專利CN1094695A公開了一種天然石墨高 溫氯化提純工藝，采用氯氣與物料散料層滲透或流態(tài)化方式在反應(yīng)爐中通過催化劑，還原 劑作用進行高溫氯化，將其雜質(zhì)以氯化物形式排除，得到石墨碳含量僅為98% -99. 9%，并 且工藝復(fù)雜，安全隱患大，進一步的提效果不明顯。堿熔法是利用石墨中雜質(zhì)在高溫下與 氫氧化鈉反應(yīng)，使雜質(zhì)生成溶于水和鹽酸的產(chǎn)物，來達(dá)到提純石墨的效果，此法可以使石墨 碳含量達(dá)到98至99.8%，是石墨提純的首選方法，但是難以用于進一步的石墨提純?；?酸法是用硫酸或者鹽酸和氫氟酸按一定配比混合后，在溫和條件下浸泡提純鱗片石墨的 方法，可以使石墨碳含量達(dá)到99. 9%以上，是提高高純石墨碳含量的主要方法，中國專利 CN101654244A、CN1016347A、CN1919729A等采用混酸法在不同工藝下制備得到了高純鱗片 石墨和高純石墨，使其碳含量達(dá)到了 99. 9%以上，但是使用了高壓反應(yīng)釜等反應(yīng)設(shè)備，并且 工藝流程較復(fù)雜，安全性不高。有必要探索一種高效安全的方法除去高純石墨中的硅酸鹽 和鐵、鋁等雜質(zhì)，使固定碳含量達(dá)到99. 99%，以滿足冶金、機械、電力、化工、國防等部門對 高純石墨的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種提純度高、安全性高、成本低的高純度石墨提純工藝，要解 決的技術(shù)問題是將碳含量99. 9%的高純石墨提純至99. 98%以上。為了解決以上問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種高純石墨的制備方法，包括以下步驟(1)將碳含量99. 9%的高純鱗片石墨與堿溶液混勻后在450°C _700°C的條件下反 應(yīng)l_5h，之后冷卻至室溫，低壓過濾，高純水洗滌至濾液pH到6. 5為止；(2)上述制備得到的物料再與氫氟酸和鹽酸(優(yōu)級純)的混合酸混勻后在反應(yīng)溫 度20°C -40°C、攪拌速率200轉(zhuǎn)/分-1000轉(zhuǎn)/分的條件下反應(yīng)l_5h，將反應(yīng)后物料低壓過 濾、高純水多次洗滌至濾液PH到6. 5為止；
(3)將上述制備得到的物料在105-120°C烘干至水分含量小于0. 2%，得到碳含量 為99. 98%以上的高純石墨。本發(fā)明的制備方法，其中所述步驟(1)中的高純鱗片石墨預(yù)先磨細(xì)至75%以上小 于0. 005mm的粒徑。本發(fā)明的制備方法，其中所述步驟(1)中的堿溶液可以為氫氧化鈉或碳酸鈉(優(yōu) 級純)的高純水溶液，優(yōu)選為氫氧化鈉的高純水溶液。本發(fā)明的制備方法，其中所述步驟(1)中，優(yōu)級純氫氧化鈉與高純鱗片石墨的質(zhì) 量百分比為10% -20%。本發(fā)明的制備方法，其中所述方法中使用的高純水的電阻率達(dá)18MQ/cm以上。本發(fā)明的制備方法，其中所述步驟(2)中，氫氟酸與鹽酸的體積比為1 1-1 5， 其中氫氟酸濃度10-30%、鹽酸濃度為5-20%，反應(yīng)液固比為5 1-10 1，所述液固比為 反應(yīng)中混合酸的質(zhì)量與高純鱗片石墨的質(zhì)量比。本發(fā)明的制備方法，其中所述步驟(2)中，攪拌所用的攪拌桿為聚四氟乙烯材料 制造。本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點采用本發(fā)明的堿熔-混酸綜合提純方法，經(jīng)過 堿熔融、混酸酸浸、高純水洗劑、烘干工藝所獲得高純石墨碳含量達(dá)99. 99%，有效地除去其 中的硅酸鹽和鐵雜質(zhì)，利用價值大；本發(fā)明的工藝操作簡單，安全性高，堿熔_酸浸兩步提 純有力的保障了石墨中雜質(zhì)的去除；本發(fā)明可以促進鱗片石墨深加工技術(shù)的發(fā)展，為新材 料、新技術(shù)的發(fā)展提供必要的技術(shù)保障。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)描述。以下實 施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1稱取優(yōu)級純氫氧化鈉，加高純水?dāng)嚢枞芙?，然后按質(zhì)量百分比10% (即氫氧化鈉 用量為石墨用量的10wt% )稱取固定碳含量為99. 9%高純鱗片石墨，加入到盛氫氧化鈉溶 液燒杯中，調(diào)漿攪拌，在溫度500°C熔融2h，冷卻后低壓過濾、水洗5-8次，至濾液的pH為 6.5。將相同濃度(10%)、同等體積的氫氟酸和鹽酸溶液混合，按液固比5 1與熔融后高 純石墨一并加入到聚四氟乙烯燒杯中，攪拌速率500r/min、常溫下反應(yīng)3h，將反應(yīng)后物料 用低壓過濾、高純水持續(xù)洗劑5-8次至濾液pH到6. 5為止；將得到的高純石墨濾餅放入鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘干后，研磨、裝袋化驗。按照國 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-95方法測定樣品的灰分及固定碳含量，得到反應(yīng)后樣品的固定碳含量為 99. 98%。實施例2稱取優(yōu)級純氫氧化鈉，加高純水?dāng)嚢枞芙?，然后按質(zhì)量百分比15%稱取固定碳含 量為99. 9 %高純石墨，加入到盛氫氧化鈉溶液燒杯中，調(diào)漿攪拌，在溫度600°C熔融2h，冷卻后低壓過濾水洗6-8次，至濾液的pH為6. 5。將濃度20%的氫氟酸和濃度10%的鹽酸溶 液同等體積混合，按液固比7 1與熔融后高純石墨一并加入到聚四氟乙烯燒杯中，攪拌速 率500r/min、常溫下反應(yīng)3h，將反應(yīng)后物料用低壓過濾、高純水持續(xù)洗劑6_8次至濾液pH 到6. 5為止；將得到的高純石墨濾餅放入鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘干后，研磨、裝袋化驗。按照國 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-95方法測定樣品的灰分及固定碳含量，得到反應(yīng)后樣品的固定碳含量為 99. 99%。實施例3稱取優(yōu)級純氫氧化鈉，加高純水?dāng)嚢枞芙?，然后按質(zhì)量百分比15%稱取固定碳含 量為99. 9 %高純石墨，加入到盛氫氧化鈉溶液燒杯中，調(diào)漿攪拌，在溫度650°C熔融5h，冷 卻后低壓過濾水洗6-8次，至濾液的pH為6. 5。將濃度25%的氫氟酸和濃度10%的稀鹽酸 按體積比1 3混合，按液固比8 1與熔融后高純石墨一并加入到聚四氟乙烯燒杯中，攪 拌速率500r/min、溫度40°C下反應(yīng)4h，將反應(yīng)后物料用低壓過濾、高純水持續(xù)洗劑7-8次至 濾液PH到6. 5為止；將得到的高純石墨濾餅放入鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘干后，研磨、裝袋化驗。按照國 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-95方法測定樣品的灰分及固定碳含量，得到反應(yīng)后樣品的固定碳含量為 99. 99%。實施例4稱取優(yōu)級純氫氧化鈉，加高純水?dāng)嚢枞芙?，然后按質(zhì)量百分比20%稱取固定碳含 量為99. 9 %高純石墨，加入到盛氫氧化鈉溶液燒杯中，調(diào)漿攪拌，在溫度650°C熔融5h，冷 卻后低壓過濾水洗7-8次，至濾液的pH為6. 5。將相同濃度(10% )的氫氟酸和鹽酸溶液 按體積比1 5混合，按液固比8 1與熔融后高純石墨一并加入到聚四氟乙烯燒杯中，攪 拌速率500r/min、溫度40°C下反應(yīng)5h，將反應(yīng)后物料用低壓過濾、高純水持續(xù)洗劑7-8次至 濾液PH到6. 5為止；將得到的高純石墨濾餅放入鼓風(fēng)烘箱中，110°C烘干后，研磨、裝袋化驗。按照國 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-95方法測定樣品的灰分及固定碳含量，得到反應(yīng)后樣品的固定碳含量為 99. 99%。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種高純石墨的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將碳含量99.9％的高純鱗片石墨與堿溶液混勻后在450℃ 700℃的條件下反應(yīng)1 5h，之后冷卻至室溫，低壓過濾，高純水洗滌至濾液pH到6.5為止；(2)上述制備得到的物料再與氫氟酸和鹽酸的混合酸混勻后在反應(yīng)溫度20℃ 40℃、攪拌速率200轉(zhuǎn)/分 1000轉(zhuǎn)/分的條件下反應(yīng)1 5h，將反應(yīng)后物料低壓過濾、高純水多次洗滌至濾液pH到6.5為止；(3)將上述制備得到的物料在105 120℃烘干至水分含量小于0.2％，得到碳含量為99.98％以上的高純石墨。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的高純鱗片石墨預(yù)先磨 細(xì)至75%以上小于0. 005mm的粒徑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的堿溶液為優(yōu)級純 氫氧化鈉或優(yōu)級純碳酸鈉的高純水溶液，優(yōu)選為優(yōu)級純氫氧化鈉的高純水溶液。
4.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，優(yōu)級純氫氧化鈉與高 純鱗片石墨的質(zhì)量百分比為10% -20%。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的制備方法，其特征在于，所述方法中使用的高純水的 電阻率達(dá)18ΜΩ/αιι以上。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，氫氟酸與鹽 酸的體積比為1 1-1 5，其中氫氟酸濃度10-30%、鹽酸濃度為5-20%，反應(yīng)液固比為 5 1-10 1，所述液固比為反應(yīng)中混合酸的質(zhì)量與高純鱗片石墨的質(zhì)量比。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，攪拌所用的 攪拌桿為聚四氟乙烯材料制造。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以純度較高的石墨制備高純石墨的方法，包括如下步驟將碳含量99.9％的石墨，首先采用優(yōu)級純氫氧化鈉熔融處理，然后采用優(yōu)級純混合酸處理，最后得到的高純石墨碳含量達(dá)到了99.98％以上。
文檔編號C01B31/04GK101920957SQ20101025626
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者劉建遠(yuǎn), 劉海營, 申士富 申請人:北京礦冶研究總院