專利名稱：一種天然隱晶質(zhì)石墨提純的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然石墨提純方法，尤其是對(duì)天然隱晶質(zhì)石墨為原料進(jìn)行提純且對(duì)環(huán)境污染小和能耗小的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)天然石墨(包括鱗片石墨和隱晶質(zhì)石墨)資源豐富，石墨儲(chǔ)量、產(chǎn)量及出口量均居世界之首，但由于技術(shù)開(kāi)發(fā)投入不夠，產(chǎn)品深加工水平較低，目前仍以原料生產(chǎn)及初加工產(chǎn)品為主。天然隱晶質(zhì)石墨是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源之一，主要用于鑄造、石墨電極、電池碳棒和增碳劑等方面，消耗量相對(duì)較小，因此我國(guó)的隱晶質(zhì)石墨一直存在供大于求的局面，天然隱晶質(zhì)石墨資源得不到充分的利用，甚至盲目出口，造成資源的浪費(fèi)。鑒于天然隱晶質(zhì)石墨 產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值極低，而我國(guó)市場(chǎng)需要的高純超細(xì)石墨則多數(shù)依賴進(jìn)口，開(kāi)展天然隱晶質(zhì)石墨的提純新方法尤為緊迫。IU期對(duì)石墨提純主要集中在天然鱗片石墨，對(duì)隱晶質(zhì)石墨的提純研究相對(duì)較少，同時(shí)隱晶質(zhì)石墨的提純技術(shù)難度較大，也是制約其應(yīng)用范圍的主要原因之一，目前隱晶質(zhì)石墨的提純很多還是借鑒天然鱗片石墨的技術(shù)，常見(jiàn)的提純方法包括(I)浮選法；(2)堿酸兩步法；(3)氫氟酸法；(4)氫氟酸-鹽(硫)酸法等。其中，浮選法成本最低，能耗和試劑消耗最少，但要獲得含碳量95%以上的石墨很難；氫氟酸法和氫氟酸-鹽(硫)酸法的除雜效率高，能耗也比較低，但由于氫氟酸的毒性大和強(qiáng)腐蝕性對(duì)環(huán)境造成污染而使該法的應(yīng)用范圍受到限制。堿酸法提純后的石墨含量可達(dá)99%以上，但在堿煅燒過(guò)程中需要高溫?zé)Y(jié)、能量消耗大、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、提純工藝步驟長(zhǎng)，因此有必要優(yōu)化工藝條件，降低能量損耗，盡可能降低成本，提高效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有堿酸法提純石墨技術(shù)存在的缺陷，提供一種能量消耗小、環(huán)境污染小，而且提純效率高的天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的?！N天然隱晶質(zhì)石墨提純的方法，包括以下步驟I)以天然隱晶質(zhì)石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得堿洗石墨；2)再將堿洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應(yīng)容器中，加熱，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨，洗滌后進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得含碳量在99%以上的隱晶質(zhì)石墨。上述作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨的固定碳含量為80% 85% ;其在反應(yīng)前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米。上述作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨、氫氧化鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別是30% 70%、30% 70%ο所述的助劑包括硼酸、偏硼酸鈉中的一種或兩種。上述助劑添加量為氫氧化鈉質(zhì)量的1% 10%。上述步驟I)中加熱至60 150°C，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)4 8h，然后將溶液和
石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7 8時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得堿洗石
O上述步驟I)所使用的水和步驟2)使用的鹽酸、硫酸和氫氟酸以浸過(guò)固體原料即可。上述步驟2)使用的鹽酸的質(zhì)量濃度為30% 37%，硫酸的質(zhì)量濃度為85% 98% ；氫氟酸的質(zhì)量濃度為30% 40% ;優(yōu)先使用鹽酸或硫酸。上述步驟2)加熱到60 90°C時(shí)，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)2 8小時(shí)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨用水洗滌至洗滌液PH值在5 7時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得含碳量在99%以上的隱晶質(zhì)石墨。上述步驟I)反應(yīng)時(shí)加入的水和洗滌石墨的水以及步驟2)洗滌石墨的水包括自來(lái)水?！け景l(fā)明堿洗過(guò)程中，為了降低能耗、盡可能除去隱晶質(zhì)石墨中的二氧化硅和三氧化二鋁，達(dá)到高溫煅燒堿熔融的效果，需要添加合適的助劑和水。也就是說(shuō)本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)是采用了助劑和水，達(dá)到堿熔融狀態(tài)的效果，無(wú)需加熱到很高溫度，這樣可以降低能量損耗。而且尤其在酸洗堿性石墨時(shí)使用鹽酸或硫酸，更加可以減少對(duì)環(huán)境的污染。本發(fā)明提純方法能夠?qū)⒐潭ㄌ己吭?0 85%的隱晶質(zhì)石墨提純到固定碳含量不小于99%，灰分含量不大于1%的高純度石墨，大大提升了隱晶質(zhì)石墨的深加工水平，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。


圖I是本發(fā)明的一種實(shí)施流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例I參照?qǐng)DI,將50g含碳量80%的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，其在反應(yīng)前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米；加入30g氫氧化鈉和I. 8g硼酸，加入自來(lái)水配置成150ml溶液，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蛑糜谟驮t中，將電爐升溫至100°C攪拌4小時(shí)，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時(shí)沉淀；過(guò)濾，隨后放于恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干2小時(shí)。將堿溶樣品烘干后稱取20g，加入37%鹽酸18. 5ml,自來(lái)水41. 5ml，在溫度為90 V反應(yīng)2小時(shí)，反應(yīng)后溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為6 7時(shí)沉淀；過(guò)濾，又重新放于干燥箱中烘干2小時(shí)，獲得含碳量99. 1%的石墨粉。實(shí)施例2參照?qǐng)DI,將IOOg的含碳量85%的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，其在反應(yīng)前粉碎至50 200目，粒徑為O. 074 O. 28毫米；加入70g氫氧化鈉和3. 5g偏硼酸鈉，加入自來(lái)水配置成300ml溶液，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蛑糜谟驮t中，將電爐升溫至70°C攪拌4小時(shí)，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時(shí)沉淀；過(guò)濾，隨后放于恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干2小時(shí)。將濃度為37%、密度為I. 17g/cm3的鹽酸412ml與堿洗石墨80g加入反應(yīng)容器，將反應(yīng)容器加熱到60°C，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)8小時(shí)，排除氣體。用抽濾瓶將溶液和石墨分離，分離出的溶液返回反應(yīng)容器繼續(xù)使用，含酸的石墨經(jīng)過(guò)濾洗滌至洗滌液PH值為7時(shí)，進(jìn)行沉淀，取樣，再用37%的鹽酸浸泡3小時(shí)，過(guò)濾，水洗，過(guò)濾，設(shè)置烘箱溫度為110°C，烘干10小時(shí)后制得含碳量99. 0%的石墨粉。實(shí)施例3參照?qǐng)D1，將IOOg的含碳量83. 08%的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，加入50g氫氧化鈉和3. 5g硼酸,加入自來(lái)水配置成300ml溶液,用玻璃棒充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蛑糜谟驮?爐中，將電爐升溫至100°C攪拌4小時(shí)，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液PH值為7 8時(shí)沉淀；過(guò)濾，隨后放于恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干2小時(shí)。并將濃度為98%、密度為I. 84g/cm3的硫酸195ml與堿洗石墨55g加入反應(yīng)容器，將反應(yīng)容器加熱到80°C，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)5小時(shí)，排除氣體。用抽濾瓶將溶液和石墨分離，分離出的溶液返回反應(yīng)容器繼續(xù)使用，含酸的石墨經(jīng)過(guò)濾洗滌至洗滌液PH值為6時(shí)，進(jìn)行沉淀，過(guò)濾，最后在烘箱內(nèi)110°C下烘干12小時(shí)后制得含碳量99%的石墨粉。本提純工藝技術(shù)采用氫氧化鈉、偏硼酸鈉或硼酸、鹽酸或硫酸或氫氟酸為主的兩步法提純隱晶質(zhì)石墨，關(guān)鍵技術(shù)措施是加入助劑和水，從而可以使純化過(guò)程不需加熱到高溫而同樣可以獲得純度達(dá)99%以上的石墨。采用這種工藝，以能夠?qū)⒑紴?0 85%的天然隱晶質(zhì)石墨提純?yōu)楹剂坎恍∮?9%、灰分不大于1%的石墨，降低能量損耗及環(huán)境污染程度，使隱晶質(zhì)石墨原礦增值數(shù)十倍，能創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求
1.一種天然隱晶質(zhì)石墨提純的方法，其特征在于，包括以下步驟 .1)以天然隱晶質(zhì)石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得堿洗石墨； .2)再將堿洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應(yīng)容器中，加熱，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨，洗滌后進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得含碳量在99%以上的隱晶質(zhì)石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨的固定碳含量為80% 85% ;其在反應(yīng)前粉碎至50 200目，粒徑為0. 074 0. 28毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨、氫氧化鈉的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別是30% 70%、30% 70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的助劑包括硼酸、偏硼酸鈉中的一種或兩種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于，助劑添加量為氫氧化鈉質(zhì)量的1% .10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟I)中加熱至60 150°C，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)4 8h，然后將溶液和石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7 8時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得堿洗石墨。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于， 步驟I)所使用的水和步驟2)使用的鹽酸、硫酸和氫氟酸以浸過(guò)固體原料即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或7所述的方法，其特征在于，步驟2)使用鹽酸的質(zhì)量濃度為30% .37%，硫酸的質(zhì)量濃度為85% 98%，氫氟酸的質(zhì)量濃度為30% 40%。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2)加熱到60 90°C時(shí)，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸潰反應(yīng)2 8小時(shí)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在.5 7時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、供干，制得含碳量在99%以上的隱晶質(zhì)石墨。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或6或7或9所述的方法，其特征在于，步驟I)反應(yīng)時(shí)加入的水和洗滌石墨的水以及步驟2 )洗滌石墨的水包括自來(lái)水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法。以天然隱晶質(zhì)石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得堿洗石墨；再將堿洗石墨和鹽酸或硫酸或氫氟酸一起加入反應(yīng)容器中，加熱，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸漬反應(yīng)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨，洗滌后進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得含碳量在99%以上的隱晶質(zhì)石墨。本發(fā)明提純方法能夠?qū)⒐潭ㄌ己吭?0%～85%的天然隱晶質(zhì)石墨提純到固定碳含量不小于99%，灰分含量不大于1%的石墨，降低了能量損耗，避免了環(huán)境污染，大大提升了隱晶質(zhì)石墨的深加工水平，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102701198SQ201210223039
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者匡加才, 唐維, 彭順文, 徐華, 曾麗舟, 謝煒, 鄧應(yīng)軍 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)