天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法，該方法以天然隱晶質(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，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成；再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應(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；將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得含碳量在99.90％以上的石墨。該提純方法能量消耗小、環(huán)境污染小，而且提純效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]微晶石墨是許多工業(yè)生產(chǎn)中重要的原材料和添加劑，也被廣泛認(rèn)為是工業(yè)味精。微晶石墨在亞洲、美洲、歐洲等一些國(guó)家和地區(qū)都有儲(chǔ)藏，而我國(guó)是亞洲乃至世界現(xiàn)已探明最大的微晶石墨儲(chǔ)藏地，經(jīng)反復(fù)勘探的儲(chǔ)量大于3400萬(wàn)噸。近年來(lái)，隨著電子信息工業(yè)、核工業(yè)、國(guó)防工業(yè)及汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，石墨市場(chǎng)也發(fā)生了巨大變化。首先，市場(chǎng)對(duì)“量”的需求加大，其次是對(duì)石墨“質(zhì)”的要求提高，市場(chǎng)需求推動(dòng)了石墨價(jià)位大幅上揚(yáng)。石墨是重要的戰(zhàn)略資源，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有十分重要的地位。隨著高端技術(shù)的發(fā)展，石墨的深度開(kāi)發(fā)應(yīng)用要求向高純度、高細(xì)度發(fā)展，這已成為石墨業(yè)界不爭(zhēng)的共識(shí)。
[0003]前期對(duì)石墨提純主要集中在天然鱗片石墨，對(duì)隱晶質(zhì)石墨的提純研宄相對(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(1)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?，F(xiàn)有報(bào)道的堿酸兩步法提純的石墨的含碳量很難達(dá)到99.90%以上，即使將熔融溫度提高至800度，含碳量最多也只能提高到99.80%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]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。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法，包括以下步驟:
[0007]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，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成；
[0008]2)再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應(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；
[0009]3)將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得成品石墨。
[0010]進(jìn)一步，作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨的固定碳含量為80 %?85 %，粒徑為
0.044mm ?0.150mm。
[0011]進(jìn)一步，作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨、氫氧化鈉、助劑的質(zhì)量比為40?70:100:2 ?8。
[0012]進(jìn)一步，所述助劑中偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉的質(zhì)量比為10?30:90?70。
[0013]進(jìn)一步，步驟1)中加熱至150?300°C，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)1?2h，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。
[0014]進(jìn)一步，所述可溶性氟鹽為氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨。
[0015]進(jìn)一步，步驟2)的硝酸質(zhì)量濃度為55?65%。
[0016]進(jìn)一步，步驟2)加熱到60?90°C時(shí)，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸漬反應(yīng)2?6小時(shí)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；步驟3)含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在6?7時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得成品石墨。
[0017]本發(fā)明在堿洗過(guò)程中，在天然隱晶質(zhì)石墨與氫氧化鈉固體煅燒時(shí)，加入由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成的助劑以及水，不僅無(wú)需加熱到很高溫度，就能達(dá)到高溫煅燒堿熔融的效果，還能夠盡可能除去隱晶質(zhì)石墨中的二氧化硅和三氧化二鋁，這樣可以降低能量損耗。
[0018]本發(fā)明在酸洗過(guò)程中，采用可溶性氟鹽和硝酸與堿洗石墨一起反應(yīng)，能夠除去了一般采用鹽酸、硫酸或者鹽酸-硝酸難以除去的雜質(zhì)，使得提純得到的石墨含碳量達(dá)到99.90%以上。進(jìn)一步，可溶性氟鹽可選用氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨等含氟的無(wú)機(jī)鹽，這樣可以降低對(duì)環(huán)境的污染程度。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
[0020]將60g含碳量80%、粒徑為0.044mm的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，加入100g氫氧化鈉和4g助劑(由1.2g偏硼酸鈉和2.8g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來(lái)水配置，成400ml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150°C攪拌2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(chēng)取20g，40ml 65%硝酸和15g氟化氨一起加入反應(yīng)容器，在溫度為90°C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99.94%的石墨粉。
[0021]實(shí)施例2
[0022]將40g含碳量80%、粒徑為0.150mm的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，加入100g氫氧化鈉和2g助劑(由0.4g偏硼酸鈉和1.6g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來(lái)水配置，成450ml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300°C攪拌1.5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(chēng)取20g，50ml 55%硝酸和20g氟化鈉一起加入反應(yīng)容器，在溫度為60°C反應(yīng)6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99.90%的石墨粉。
[0023]實(shí)施例3
[0024]將70g含碳量85%、粒徑為0.120mm的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，加入100g氫氧化鈉和8g助劑(由2.4g偏硼酸鈉和5.6g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來(lái)水配置，成500ml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200°C攪拌2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(chēng)取20g，50ml 60%硝酸和16g 二氟氫氨一起加入反應(yīng)容器，在溫度為80°C反應(yīng)4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99.92%的石墨粉。
[0025]實(shí)施例4
[0026]將50g含碳量85%、粒徑為0.066mm的隱晶質(zhì)石墨加入反應(yīng)容器中，加入100g氫氧化鈉和6g助劑(由0.6g偏硼酸鈉和5.4g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來(lái)水配置，成400ml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250°C攪拌2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(chēng)取20g，45ml 60%硝酸和20g氟化鈉一起加入反應(yīng)容器，在溫度為70°C反應(yīng)3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99.91 %的石墨粉。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.天然隱晶質(zhì)石墨的提純方法，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，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成； 2)再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應(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； 3)將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得成品石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，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%，粒徑為0.044mm?0.150mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于，作為原料的天然隱晶質(zhì)石墨、氫氧化鈉、助劑的質(zhì)量比為40?70:100:2?8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于，所述助劑中偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉的質(zhì)量比為10?30:90?70。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的提純方法，其特征在于，步驟1)中加熱至150?300°C，同時(shí)充分?jǐn)嚢枞芤悍磻?yīng)1?2h，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于，所述可溶性氟鹽為氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于，步驟2)的硝酸質(zhì)量濃度為55?65%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提純方法，其特征在于，步驟2)加熱到60?90°C時(shí)，同時(shí)進(jìn)行攪拌、浸漬反應(yīng)2?6小時(shí)，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；步驟3)含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在6?7時(shí)，進(jìn)行沉淀，最后經(jīng)過(guò)濾、烘干，制得成品石墨。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104495797SQ201410693623
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】林前鋒 申請(qǐng)人:林前鋒