專利名稱：超細(xì)石墨粉體制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用射流對(duì)撞及輔助物理效應(yīng)進(jìn)行粉碎的方法，具體說(shuō)是一種超細(xì)石墨粉體的制備方法。
超細(xì)石墨粉體材料是八十年代中期才開始發(fā)展起來(lái)的一種高新技術(shù)材料，它有著非常廣泛的用途。現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中制備超細(xì)石墨的常用方法是機(jī)械球磨法和氣流粉碎法。機(jī)械球磨法的缺點(diǎn)是能耗大、效率低，100kg石墨經(jīng)4小時(shí)球磨后，經(jīng)水選僅能獲得2～5kg粒度小于2μm的超細(xì)石墨粉體，并且在超細(xì)石墨粉體中易于混入雜質(zhì)，因此用機(jī)械球磨法粉碎的石墨粉體通常只能應(yīng)用在一些對(duì)純度、粒度要求不高的場(chǎng)合；氣流粉碎法的缺點(diǎn)是很難將石墨粉體粉碎至亞微米級(jí)，一般粉碎水平僅停留在3～7μm。除以上兩種方法外，也曾有人嘗試用射流對(duì)撞法來(lái)制作超細(xì)石墨粉體，此方法是首先將石墨顆粒配制成懸浮液，然后再使用射流對(duì)撞法重復(fù)進(jìn)行粉碎，最后再將超細(xì)石墨懸浮液進(jìn)行后處理制得石墨粉體，但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)其粉碎效果并不理想，在需要將石墨顆粒粉碎至2μm以下時(shí)，即使重復(fù)粉碎多次，其粉碎后石墨粉體的平均粒度仍然大于2μm。
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)而提供一種低能耗、高效率的超細(xì)石墨粉體制備方法，采用該方法可以使石墨粉體中平均粒度＜2μm的超細(xì)石墨得率大大提高，并且使石墨粉體的純度高、雜質(zhì)少。
為完成上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)解決方案是一種超細(xì)石墨粉體的制備方法，其特殊之處在于，其依次包括如下步驟第一，配制石墨懸浮液將石墨顆粒、懸浮液介質(zhì)、分散劑混合后配制成石墨懸浮液，其中石墨與懸浮液介質(zhì)的重量百分比為石墨0.5～40，懸浮介質(zhì)60～99.5，分散劑的加入量為懸浮介質(zhì)的0.2～5％，分散劑采用非離子型、陰離子型、氟表面型表面活性劑或配合使用。
第二，石墨顆粒超細(xì)化粉碎使配制好的石墨懸浮液在高壓下通過(guò)單晶金剛石的十字微孔發(fā)生射流對(duì)撞，進(jìn)行粉碎，并重復(fù)這一過(guò)程至石墨顆粒的粒度達(dá)到要求，射流對(duì)撞時(shí)的工作壓力選擇為當(dāng)石墨顆粒粒徑大于10μm時(shí)，工作壓力500～1000MPa，當(dāng)石墨粒徑在5μm到10μm之間時(shí)，工作壓力800～150MPa，當(dāng)石墨粒徑在2μm到5μm之間時(shí)，工作壓力1000～1800MPa，當(dāng)石墨粒徑小于2μm時(shí)，工作壓力1500～2000MPa。
上述技術(shù)解決方案中，當(dāng)石墨懸浮液中石墨與懸浮液介質(zhì)的重量百分比為石墨8-18，懸浮介質(zhì)82～92時(shí)，具有較好的粉碎及生產(chǎn)效果。在石墨含量0.5％以下時(shí)，生產(chǎn)效率低，含量大于40％時(shí)，懸浮液難以配制和生產(chǎn)加工。
上述技術(shù)解決方案中石墨的晶型可選用3R、2H型，粒度一般要求小于50μm，為提高生產(chǎn)效率，可選用粒度小于20μm的石墨為好。
上述技術(shù)解決方案中的懸浮介質(zhì)起載體作用，可選用普通自來(lái)水、蒸餾水、飽和食鹽水或硅油等。
上述技術(shù)解決方案中作為分散劑的陰離子型表面活性劑采用高級(jí)脂肪酸鹽類、烷基苯磺酸鹽類、硫酸脂鹽類等；非離子型表面活性劑采用長(zhǎng)鏈脂肪醇聚氧乙烯醚類、烷基酚聚氧乙烯醚類、甘油脂肪酸脂和季戊四醇脂肪酸酯類、山梨醇脂肪酸脂和失水山梨醇脂肪酸酯類等。
本發(fā)明的石墨懸浮液后處理中，將石墨顆粒從懸浮介質(zhì)中分離的方法是采用沉降或離心分離法分離，也可以是采用其它的分離法分離，分離后的石墨顆粒干燥時(shí)，宜在小于50℃的條件下干燥，超過(guò)50℃時(shí)，石墨粉體易于結(jié)塊。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明選用陰離子型、非離子型、氟表面型表面括性劑作為石墨懸浮液的分散劑，且加入量?jī)H為懸浮介質(zhì)的0.2～5％，經(jīng)試驗(yàn)證明，其不僅具有較好的分散效果，而且還可避免石墨懸浮液在經(jīng)初級(jí)粉碎后粘度急驟變大，阻礙繼續(xù)粉碎的缺點(diǎn)，另外，因其含量微小，不影響石墨粉體的純度，對(duì)石墨粉體產(chǎn)品的后續(xù)使用不會(huì)產(chǎn)生影響。
2、本發(fā)明經(jīng)分析認(rèn)為在懸浮液的射流對(duì)撞中，射流所產(chǎn)生的強(qiáng)烈擠壓、剪切摩擦力，以及超聲波的強(qiáng)撕扯力是同時(shí)產(chǎn)生并作用于石墨顆粒的，加載壓力的大小不僅決定了流體的流速，也決定了超聲波的頻率，只有當(dāng)兩者達(dá)到最佳配合時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生較好的粉碎效果，故本發(fā)明在加壓射流對(duì)撞時(shí)，對(duì)于不同粒度的石墨懸浮液對(duì)應(yīng)了一個(gè)相應(yīng)的壓力范圍，克服長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為壓力越高，射流速度越快，粉碎效果就越好的技術(shù)偏見。
3、采用本發(fā)明可比較容易地制作出平均粒度＜1μm的超細(xì)石墨粉體，其得率可超過(guò)50％，最高可達(dá)94％，采用本發(fā)明還可制作出亞微米以至納米級(jí)超細(xì)石墨粉體，并且粒度分布很窄。
4、采用本發(fā)明生產(chǎn)超細(xì)石墨粉體使生產(chǎn)效率提高、能耗下降。
實(shí)施例一第一，配制石墨懸浮液將平均粒度＜10μm的3R型石墨按重量百分比石墨17％，蒸餾水83％的配比制成石墨懸浮液，加入0.5％的十二烷基苯磺酸納作為分散劑，并初步機(jī)械攪拌至均勻；第二，石墨顆粒超細(xì)化粉碎將已配制好的石墨懸浮液在壓力為1200MPa的范圍內(nèi)通過(guò)單晶金剛石的十字微孔發(fā)生射流對(duì)撞，進(jìn)行粉碎，并重復(fù)進(jìn)行三次，再在1800MPa的壓力下重復(fù)三次；第三，石墨懸浮液的后處理將進(jìn)行射流對(duì)撞后石墨懸浮液，采用離心分離法，從其中分離出石墨顆粒，并在小于50℃的條件進(jìn)行干燥，即得到超細(xì)石墨粉體。
采集所得到的超細(xì)石墨粉體樣品，用美國(guó)布魯克海文儀器公司ZetaPlus型激光散射粒度儀進(jìn)行測(cè)試，其中粒徑＜0.5μm的占59％，粒徑＜1μm的占70％，粒徑＜4μm的占100％，有效粒徑1.2μm。
實(shí)施例二選用平均粒度為30μm的石墨粉，按重量百分比石墨15％，懸浮介質(zhì)飽和食鹽水85％的配比配制成石墨懸浮液，加入0.5％的十二烷基磺酸鈉作為分散劑，攪拌均勻。在700PMa壓力下粉碎三次，再在1000MPa壓力下粉碎三次，用激光衍射粒度儀進(jìn)行測(cè)試，其中粒徑＜1μm的占4.01％，粒徑＜2μm的占18.02％，粒徑＜5μm的占65.88％，粒徑＜10μm的占94.18％，體積中位粒徑4.86μm。
實(shí)施例三選用平均粒度為30μm的石墨粉，按重量百分比石墨10％，懸浮介質(zhì)蒸餾水90％的配比配制成石墨懸浮液，加入0.5％的吐溫-80作為分散劑，攪拌均勻。在800MPa壓力下粉碎三次，再在1500MPa壓力下粉碎三次，用激光衍射粒度儀進(jìn)行測(cè)試，其中粒徑＜1μm的占15.08％，粒徑＜2μm的占35.20％，粒徑＜5μm的占78.92％，粒徑＜8μm的占96.24％，體積中位粒徑3.68μm。
實(shí)施例四選用平均粒度為2μm的石墨粉，按重量百分比石墨3％，懸浮介質(zhì)蒸餾水97％的配比配制成石墨懸浮液，加入2％的十二烷基苯磺酸鈉作為分散劑，攪拌均勻。在1800MPa壓力下粉碎五次，用激光散射粒度儀進(jìn)行測(cè)試，其中粒徑＜0.2μm的占10.41％，粒徑＜0.5μm的占65.72％，粒徑＜1μm的占94.00％，粒徑＜8μm的占96.24％，有效粒度0.6523μm。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)石墨粉體制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟一、配制石墨懸浮液將石墨顆粒、懸浮液介質(zhì)、分散劑混合配制成石墨懸浮液，其中石墨與懸浮液介質(zhì)的重量百分比為石墨0.5～40，懸浮介質(zhì)60～99.5，分散劑的加入量為懸浮介質(zhì)的0.2～5％，分散劑采用非離子型、陰離子型、氟表面活性劑或它們配合使用；二、石墨顆粒超細(xì)化粉碎使配制好的石墨懸浮液在高壓下通過(guò)單晶金剛石的十字微孔發(fā)生射流對(duì)撞，進(jìn)行粉碎，并重復(fù)這一過(guò)程至石墨顆粒的粒度達(dá)到要求，射流對(duì)撞時(shí)的工作壓力選擇為當(dāng)石墨顆粒粒徑大于10μm時(shí)，工作壓力為500～1000MPa；當(dāng)石墨粒徑在5μm到10μm之間時(shí)，工作壓力為800～1500MPa；當(dāng)石墨粒徑在2μm到5μm之間時(shí)，工作壓力為1000～1800MPa；當(dāng)石墨粒徑小于2μm時(shí)，工作壓力為1500～2000MPa。
2.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)石墨粉體制備方法，其特征在于，所述石墨懸浮液中石墨與懸浮液介質(zhì)的重量百分比為石墨8～18，懸浮介質(zhì)82～92。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超細(xì)石墨粉體制備方法，其特征在于，在所述分散劑中，陰離子型表面活性劑采用高級(jí)脂肪酸鹽類、烷基苯磺酸鹽類、硫酸脂鹽類；非離子型表面活性劑采用長(zhǎng)鏈脂肪醇聚氧乙烯醚類、烷基酚聚氧乙烯醚類、甘油脂肪酸脂和季戊四醇脂肪酸酯類、山梨醇脂肪酸脂和失水山梨醇脂肪酸酯類。
4.如權(quán)利要求1或2所述的超細(xì)石墨粉體制備方法，其特征在于，在石墨顆粒超細(xì)化粉碎步驟后還包括石墨懸浮液后處理步驟，該步驟包括將石墨顆粒從懸浮液中分離和將分離后的石墨顆粒進(jìn)行干燥。
5.如權(quán)利要求4所述的超細(xì)石墨粉體制備方法，其特征在于，所述分離后的石墨顆粒進(jìn)行干燥時(shí)的干燥溫度小于50℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用射流對(duì)撞及輔助物理效應(yīng)進(jìn)行粉碎的方法,具體說(shuō)是一種超細(xì)石墨粉體的制備方法。目的是提供一種低能耗、高效率的制備方法,該方法可以制得純度高、雜質(zhì)少的石墨顆粒,并且可以使平均粒徑< 2μm的超細(xì)石墨得率大大提高。本發(fā)明技術(shù)解決方案依次包括如下步驟:第一,按石墨0.5～40,懸浮介質(zhì)占60～99.5的重量百分比配制石墨懸浮液,其中加入選定的分散劑的量為懸浮介質(zhì)的0.2～5%;第二,超細(xì)化粉碎,根據(jù)懸浮液中石墨顆粒粒度不同對(duì)應(yīng)一定的壓力重復(fù)粉碎多次。該方法用于制做各行業(yè)所需要的超細(xì)石墨粉體。
文檔編號(hào)C01B31/04GK1244495SQ9811293
公開日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1998年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月10日
發(fā)明者張小寧 申請(qǐng)人:張小寧