專利名稱：片狀石墨的精選的制作方法
專利說明本發(fā)明涉及一種通過擦洗來精選高純度石墨的方法。石墨，尤其是片狀石墨，被用于耐火材料、鑄造(作為表面蓋覆劑)、制動器磨擦襯片、電池、碳刷、可延伸的石墨(作為前本)和作為潤滑劑。
在耐火材料中使用片狀石墨，能提高耐火導(dǎo)熱性和改善其抗渣性。在高溫狀態(tài)下的長期使用過程中，片狀石墨中的雜質(zhì)會降低其高溫穩(wěn)定性。因此，目前在耐火材料的應(yīng)用中，正傾向于使用高純度片狀石墨。例如，美國專利4，912，068曾揭示，使用純度99%的片狀石墨可顯著增加其高溫強(qiáng)度。向電池生產(chǎn)廠家銷售的片狀石墨，其雜質(zhì)含量必須小于或等于300ppm。向可延伸石墨市場銷售的片狀石墨，其純度不得低于96%。大塊而純度高的片狀石墨能贏得較高的售價，并正越來越得到歡迎。所有這一切都促使石墨生產(chǎn)廠家去發(fā)現(xiàn)一種生產(chǎn)高純度片狀石墨的方法。
純度異常高的石墨可存在于礦脈中，斯里蘭卡脈石墨即是一例。僅用簡單的手工選擇，就可將這種脈石的塊按不同純度分級。
與之形成對比的是，片狀石黑系作為散布于主巖中的片狀物而存在的，很難在不破壞片狀石墨情況下將其從巖石中分離出來和保證從片狀石墨中除去脈石以獲得高純度的產(chǎn)品。含片狀石墨的巖石必須經(jīng)過粉碎，釋放出片狀石墨，然后進(jìn)行浮選，除去巖石和其他雜質(zhì)。
所述浮選是按下述方法進(jìn)行，在攪拌浮選槽中加入粉碎料的含水礦漿，通過油助浮力從脈石中分離出游離的石墨。也可以使用分離柱或其他選礦設(shè)備，例如搖床、旋風(fēng)分離器等。然后將尾砂進(jìn)一步粉碎，釋放出殘余的片狀石墨。這一粉碎步驟使片狀石墨的尺寸變得更小。為提高石墨的純度，需要將精砂進(jìn)一步地精選。為獲得更高的純度，尤其是對細(xì)石墨(100目篩下或更細(xì)的級分)，可以使用酸或堿，或結(jié)合使用兩者化學(xué)處理石墨。該工藝昂貴、耗時，會改變片狀石墨的性狀，并會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。另一個提高精砂純度的手段是將其在高于4000F的加熱爐中灼熱，蒸去不純物。
因此，需要一種不用化學(xué)或熱處理工藝除去雜質(zhì)和/或不使片狀石墨尺寸顯著減小而有效生產(chǎn)純度在96%以上的片狀石墨的方法，近年來，為達(dá)到上述目的，人們進(jìn)行了許多努力，例如對各種粉磨技術(shù)(卵石球磨、棒磨、立式攪拌磨等)進(jìn)行了評價，但未找到經(jīng)濟(jì)地獲得純度既高、石墨片狀仍保持較大尺寸的理想方法。業(yè)已意外地發(fā)現(xiàn)，擦洗可用于顯著提高片狀石墨的純度而不引起片狀石墨尺寸顯著地減小。
本發(fā)明的主要目的在于迅速、經(jīng)濟(jì)地提高片狀石墨的純度而不顯著破壞片狀石墨尺寸。
采用本發(fā)明，可顯著地減少在精選片狀石墨時所遇到的上述問題。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，擦洗可用于除去附著片狀石墨上的雜質(zhì)而不顯著損壞片狀石墨片本身。這樣，可以獲得99%以上的純度，而石墨尺寸沒有明顯的減小。
優(yōu)選的方法是，將重量比約為1∶2∶0.8-10的石墨，擦洗輔助劑和水的混合物進(jìn)行粉磨來精選。

圖1為片狀石墨的碳含量和回收率(%)與擦洗粉碎機(jī)葉輪片末端速度的關(guān)系圖。
圖2為在葉輪片末端速度固定情況下片狀石墨碳含量與擦洗時間的關(guān)系圖。
圖3為在葉輪片末端速度固定情況下不同粒度級分的的關(guān)系圖。雖然可以使用僅含片狀石墨和水的礦泥或礦漿來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但最好在礦漿中再加入擦洗輔助劑來促進(jìn)從片狀石墨表面上除去雜質(zhì)。若不使用擦洗輔助劑，則無法得到很高的，例如高達(dá)90%的片狀石墨。所述輔助劑可以是粗砂、粗石墨礦石或它們的組合或其他有棱角的顆粒物質(zhì)。下面，結(jié)合使用這些輔助劑的例子，對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。
這里使用的“擦洗”一詞表示各個片狀石墨在攪拌的含水礦漿中互相磨擦，這時攪拌礦漿的力的驅(qū)動作用足以使片狀石墨之間或石墨片與輔助劑顆粒之間進(jìn)行物理去除石墨表面上雜質(zhì)所需的有效磨擦。如上所述，優(yōu)選的方法是使用擦洗輔助劑以促進(jìn)擦洗并由此減少獲取高純度片狀石墨所需的時間。
這種擦洗工藝可以使用目前市場上銷售的擦洗槽，例如WEMCO擦洗機(jī)或DENVER擦洗機(jī)并獲得滿意的結(jié)果。最佳的方法是，使用具有至少一組反向設(shè)置的葉輪的擦洗槽。這些機(jī)器常用于擦洗玻璃級砂石、從鐵礦石中除去粘土和破裂粘合的塊集巖。所述物料在這些設(shè)備中通過各個顆粒間的相互磨擦得到清洗。葉輪提供使礦漿中的顆粒相互之間磨擦所需的能量，和在礦漿中產(chǎn)生使顆粒進(jìn)行有效磨擦所需要的紊流程度。
對于一種給定的片狀石墨礦漿，所要求的一定紊流程度主要根據(jù)礦泥的固體濃度、使用的顆粒擦洗機(jī)和礦石的礦物學(xué)性質(zhì)而有所不同。對于給定的片狀石墨和擦洗機(jī)，最佳的操作條件(葉輪速度、礦漿固體濃度、擦洗時間等)可容易地根據(jù)這里提供的細(xì)節(jié)進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)來加以確定。這些最佳條件可以容易地通過比較擦洗后所得片狀石墨的純度和不同粒度石墨片的百分比來確定。以上述擦洗后片狀石墨的純度和一定粒度的石墨的百分比達(dá)到最大值時為最佳。可以通過改變礦漿的固體濃度、葉輪速度和擦洗時間來獲得最佳條件。
將片狀石墨按照常規(guī)開采、粉碎，經(jīng)浮選得到片狀石墨精砂之后，就可采用本發(fā)明方法進(jìn)行精選。
最好是將浮選出的片狀石墨精礦漿與擦洗輔助劑按石墨精礦、擦洗輔助劑和水的重量比等于1∶2∶0.8-10的比例(1∶2∶2.5的比例更佳)混合。所得礦漿的固體含量可在約30-70%固體的范圍，約55%最佳。
在擦洗設(shè)備中的擦洗過程在環(huán)境溫度下進(jìn)行，擦洗時間主要視礦漿中的固體含量而異，固體含量越高，擦洗時間越短。對一種片狀石墨精礦、礦漿固體含量和擦洗槽操作的最佳條件可通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定。
擦洗后，將礦漿過篩，除去粗的擦洗輔助劑顆粒以供再用，然后對過了篩的礦漿進(jìn)行常規(guī)浮選，將精選的片狀石墨也雜質(zhì)分開。若存在非常粗大的石墨片，宜先浮選，然后過篩。
下面結(jié)合一些實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。
實(shí)施例1使用0.5升規(guī)格的Denver擦洗槽，加入過了100目篩的片狀石墨礦漿和粗砂。用葉輪試驗(yàn)在不同時間和速度下攪拌礦漿進(jìn)行擦洗，另用普通的浮選轉(zhuǎn)子攪拌進(jìn)行碾磨試驗(yàn)用作比較。
與使用擦洗葉輪比較，使用槽底安有浮選轉(zhuǎn)子的浮選槽會顯著地?fù)p壞粗大的石墨片。結(jié)果見下表。
-100目使用浮選使用擦洗進(jìn)料精礦轉(zhuǎn)子攪拌后葉輪攪拌后+100目12.2%3.1%4.9%100/15019.69.012.5150/20020.415.719.0200/27017.122.422.1270/3256.314.29.8-32524.435.631.7上表結(jié)果表明，與使用浮選轉(zhuǎn)子比較，使用擦洗葉輪對片狀石墨的破壞性較小。這些使用過100目篩片狀石墨的初步研究顯示，1945英尺/分的葉輪片開端速度和石墨∶擦洗輔助劑∶水=1∶2∶2.5的比例是可以接受的。
圖1顯示將葉輪片末端速度從1195英尺/分增加至1945英尺/分時所產(chǎn)生的效果。每個試驗(yàn)都進(jìn)行了30分鐘。擦洗后，試樣中碳含量從約68%增至90%以。當(dāng)葉輪片末端速度增大時，試樣中整個100目篩下的級分和325目篩上的級分的碳含量都明顯增加，325目篩下級分的碳含量則增加不明顯。由于工藝過程中的損失，100目篩下度樣的量略有減小。然而葉輪片末端速度較大時，100目篩下試中的325目篩上級分損失較為顯著，這表明速度較大時，較粗大石墨的級分受到更多的磨損，形成更多的325目篩下的顆粒。葉輪片末端速度為1945英尺/分時，原來度樣中325目篩上級分的約80%經(jīng)30分鐘擦洗后得到了保存。較粗顆粒能有這樣的高收率，這被認(rèn)為是非常不錯的。
圖2顯示擦洗時間效果。僅僅擦洗15分鐘，此100目篩下試樣的碳含量即從約69%增至94-95%。然而，擦洗時間的進(jìn)一步增加只導(dǎo)致碳含量的略微增加。關(guān)于擦洗時間較粗石墨純度的影響未進(jìn)行研究。整個100目篩下試樣與試樣的325目篩上級分在碳含量上，差異微小。
不過，圖3顯示，在粗于325目的各個級分試樣中，篩目越細(xì)的級分，其碳含量越低。例如，100目篩上級分和150目篩上級分具有大致相同的碳含量，200目篩上級分和270目篩上級分的碳含量急劇減少。圖3還表明，擦洗時間增加一般能提高各級分的碳含量。
實(shí)施例2和3分別使用固體含量為30%和70%的礦泥進(jìn)行了試驗(yàn)。使用實(shí)施例1中的擦洗槽。礦泥配方和擦洗后的結(jié)果如下面的表1所示。將含固體30%和70%的兩種礦泥都擦洗30分鐘，對前者葉輪速度為3，000轉(zhuǎn)/分；對后者葉輪速度為2，700轉(zhuǎn)/分。
在實(shí)施例2和3中用作輔助劑的各號砂粒的篩分析表示在后述的實(shí)施例4中。
表1實(shí)施例No.23%(重量)%(重量)片狀石墨*10 23.34#16砂1023.33#24砂1023.33水7030石墨:輔助劑:水1:2:71:2:1.3擦洗后的碳%97%97%*100目篩下片狀石墨，作為進(jìn)料時的含碳量為65%。
實(shí)施例4本試驗(yàn)在擦洗槽中進(jìn)行，進(jìn)料石墨含碳量約為69%，其尺寸是過100目篩的，石墨∶擦洗輔助劑∶水為1∶2∶2.5，葉輪處末端速度為1945英尺/分，擦洗時間為30分鐘。以下列不同的擦洗輔助劑進(jìn)行了試驗(yàn)。
輔助劑#40砂#24砂#16砂#14砂+14目石墨礦石#10砂+10目砂上述輔助劑的篩分析結(jié)果如下#40砂#24砂#16砂35目12%14目4%10目<1%48目2320目2414目3465目3028目3820目4780目1335目2528目17100目748目735目2150目865目248目<1-150目7-65目<165目<1共計100共計100共計100#14石墨礦石+10目砂#10砂-10/+24目100%-8/+10目100%10目55%#14砂14目4120目328目<1-10/+14目100%48目<1共計100在上述篩分析和以后的篩分析中，使用的都是泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩。
這些擦洗試驗(yàn)的結(jié)果如下
100目篩下100目篩下試樣的碳含量試樣中325目篩上級分的碳含量輔助劑%%#40砂89.389.3#24砂93.894.7#16砂95.396.4#14砂95.797.4+14目石墨礦石95.196.5#10砂95.497.4+10砂95.297.4上述數(shù)據(jù)清楚地表明，#10至#24的砂粒在除去100目篩下片狀石墨中的雜質(zhì)方面是很有效的。數(shù)據(jù)還表明，類似尺寸的石墨礦石也可有效地用作輔助劑。這是很有利的。因?yàn)閺慕?jīng)濟(jì)角度看，使用礦石比引入外來物料作擦洗輔助劑更好。除使用#40砂粒時情況不同外，試樣各粒度級分的回收率(%)沒有明顯差異。使用上述細(xì)砂?？墒共料催^程中產(chǎn)生的325目篩下部分最少。
在另一實(shí)驗(yàn)中，使用10/14目砂粒擦洗如下所示尺寸的粗片狀石墨精砂。其他參數(shù)與前述實(shí)驗(yàn)相同(即，1945公尺/分，石墨∶砂∶水的重量比為1∶2∶2.5)。
石墨片大小進(jìn)料%C擦洗后，%C28/48目95.399.248/65目93.099.448/150目95.799.365/150目94.699.3由擦洗產(chǎn)生的細(xì)粒具有下述碳含量
石墨片大小-泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩號%C20098.827098.332597.9-32590.8在另一實(shí)驗(yàn)中，使用其碳含量測得為96-97%的片狀石墨精砂，擦洗時間10分鐘，葉輪片末速度為1945公尺/分，石墨∶砂∶水為1∶2∶2.5。使用#16砂粒作為研磨輔助劑。浮選和篩選后，得到下列分析結(jié)果擦洗后產(chǎn)物的48目篩上部分目碳含量(%)回收率(%)2099.34.72899.444.03599.038.44899.312.899.9擦洗后產(chǎn)物的48/80目部分目碳含量(%)回收率(%)6599.074.78098.925.3100.0擦洗后產(chǎn)物的150目篩下部分目碳含量(%)回收率(%)20099.117.827098.320.332597.912.8-32595.949.1100.0上述結(jié)果再一次表明，僅擦洗10分鐘，即可使純度96%的片狀石墨提高品位至純度98%。只有由研磨產(chǎn)生的細(xì)粒的純度低于98%。
實(shí)施例5使用實(shí)施例1中的擦洗槽擦洗由片狀石墨精砂和水組成的、固體占30%的礦泥30分鐘。未添加擦洗輔助劑，使用的精砂的進(jìn)料品位為52%碳。經(jīng)過30分鐘的擦洗，試樣的碳純度為78%。純度的這一大幅度提高系統(tǒng)在未使用任何擦洗的情況下獲得的。但其他試驗(yàn)顯示，使用輔助劑(這是優(yōu)選的方法)時，在擦洗時間相同的情況下純度可提高至90%的高水平。
實(shí)施例6使用市場上銷售的八立方英尺的擦洗槽，對其進(jìn)料品位為52%碳的、100目篩下片狀石墨進(jìn)行了處理。
固體占60%的礦漿系由45kg片狀石墨精砂、90kg10目篩上砂粒和90升水組成。擦洗槽的葉輪速度為300轉(zhuǎn)/分，擦洗時間為1小時。擦洗后，回收片狀石墨，所得片狀石墨的純度為92%碳，回收率為82%。分析試樣中325目篩上部分的碳含量，為98.2%。
上述試驗(yàn)清楚地表明，粗石墨片也能夠通過料短時間的擦洗，迅速地提高品位至很高的碳含量。由于用試驗(yàn)的粗石墨片只是來自一個礦床，尚不清楚來自在不同地質(zhì)條件下形成的各個礦床的粗石墨片可否同樣地通過擦洗工藝進(jìn)行精洗。然而，可以宣稱的是，采用本發(fā)明的方法，已經(jīng)完全達(dá)到了本發(fā)明的主要目的，即迅速而經(jīng)濟(jì)上合算地提高片狀石墨的碳品位而不引起其尺寸的很大減小。
由于擦洗輔助劑例如砂粒比石墨片還堅硬，本來預(yù)料它會引起石墨片快速粉碎的，因此，上述結(jié)果是很令人驚異和出乎意料的。
雖然是結(jié)合最佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明者無意將本發(fā)明的范圍限制在上述細(xì)節(jié)中，相反，根據(jù)本發(fā)明的精髓進(jìn)行的變換、修飾和等效替換，都應(yīng)被認(rèn)為是屬于由附后的權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍的。
權(quán)利要求
1.一種精選片狀石墨至更高碳含量的方法，其步驟是，先配成片狀石墨的含水礦漿，然后將其進(jìn)行擦洗，最后從上述礦漿中分離出片狀石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于礦漿中還含有一種擦洗輔助劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，礦漿基本上由重量比約1∶2∶0.8-10的片狀石墨、擦洗輔助劑和水組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，擦洗輔助劑為硅砂、石墨礦石或它們的混合物。
5.一種提高片狀石墨純度的方法，其步驟是先配成由重量比約1∶2∶0.8-10的片狀石墨精砂，35目篩上砂粒、35目篩上石墨礦石或它們的混合物，水組成的含水礦漿，然后進(jìn)行從上述片狀石墨表面除去雜質(zhì)所需時間的擦洗，最后從上述礦漿中分離出經(jīng)擦洗的片狀石墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過擦洗去除石墨表面上的雜質(zhì)從而精選高純度石墨的方法。擦洗時最好使用具有至少一組反向設(shè)置的葉輪的擦洗槽。先配成礦漿，其組成最好基本上為1∶2∶0.8—10的片狀石墨∶擦洗輔助劑∶水(重量化)，然后將其在擦洗槽中擦洗。
文檔編號C01B31/04GK1112357SQ94190496
公開日1995年11月22日 申請日期1994年8月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月3日
發(fā)明者托尼·格羅丁, 讓-居伊·圣伊萊爾 申請人:印德萊斯科股份有限公司