天然石墨的深加工产品及生产方法:
我国晶质石墨矿石档次相差比较大,多数矿床的矿石档次在3-15%,入选档次在5%左右,片度在0.1-1.5毫米之间,矿石的可选性一般较好。
一、石墨的采矿
石墨矿床挖掘简略,运输便利。晶质石墨矿一般选用露天挖掘,依照矿山地形条件不同,又有山坡露天挖掘和挖陷露天挖掘两种办法。内蒙、山西、黑龙江等山地丘陵区域的石墨矿,选用山坡露天挖掘;山东等平原区域选用挖陷露天挖掘。其中,露天挖掘能够取得较高的收回率和较低的贫化率, 回采率可到达90%以上,矿石贫化率操控在10%以下。
二、石墨的选矿工艺介绍
由于石墨的可浮性较好,石墨的选矿多选用浮选法。在现在技能条件下,运用浮选办法只能将其纯度(固定碳含量)进步到94~98%左右;而要出产纯度更高的高碳石墨和高纯石墨,则需选用化学提纯等其他办法。
石墨选矿首要的流程包含:破碎、分级、浮选。以下是晶质石墨浮选工艺流程示意图:
在晶质石墨的选矿中,为维护和收回大鳞片,浮选工艺选用多段磨矿、多段选别、中矿顺序或集中返回的闭路流程;多段再磨再选又有精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨三种形式。
三,石墨的深加工产品及出产办法
现在,石墨的深加工产品首要包含高纯石墨、可胀大石墨、柔性石墨、氟化石墨、球形石墨以及石墨乳等。以下分别是对这几种产品及其出产办法的介绍。
1.高纯石墨
出产高纯石墨,首要选用化学提纯和高温气化提纯法。化学提纯工艺即用酸、碱处理以去除石墨中的杂质,具体办法包含苛性钠熔融法、酸碱法、氢氟酸法、活性气体法等。
氢氧化钠高温熔融法
氢氧化钠高温熔融法是运用石墨中的杂质(硅酸盐等),在500℃以上的高温下与氢氧化钠起反响,一部分生成溶于水的反响产品,被水浸出除去;另一些杂质,如铁的氧化物等,在碱熔后用盐酸中和,生成溶于水的氯化铁等,经过洗刷除去。
酸碱法
酸碱法又称酸碱提纯法,即将石墨的提纯办法分为碱熔进程和酸解进程。
碱熔进程是将必定量的石墨、氢氧化钠与水混合均匀,放入反响器中,加热熔融。反响一段时间后冷却至100℃以下,过滤至水洗液的pH 为7~8。酸解进程是把碱溶(熔) 后的石墨与必定浓度的盐酸溶液混合进行热浸滤,在必定温度下反响一段时间后,过滤水洗至中性,枯燥,纯化,经过酸解后即取得高纯石墨。
碱酸法的缺陷在于需求高温烧结、熔融,能量消耗大,且反响时间长,设备腐蚀严峻。
氢氟酸提纯法
氢氟酸提纯法是运用氢氟酸能与大部分物质反响生成可溶性物质的原理进行石墨提纯。即将石墨与必定浓度的氢氟酸浸泡后,过滤水洗至中性,枯燥,纯化,即得到高纯石墨。
运用氢氟酸提纯法取得的高纯石墨纯度可到达99.95%,氢氟酸提纯法的缺陷在于操作条件恶劣,环境污染严峻,对工人的操作晦气。
高温提纯法
高温气化提纯法是运用石墨耐高温的性质,将石墨置于特殊的电炉中阻隔空气加热到2500℃,此时石墨中的灰分杂质被蒸腾出去,石墨则再结晶,然后使石墨的纯度大大进步。这种办法能将石墨提纯到99.9%以上。如果在纯化炉内通入氯气和氟,最终通入氮气,可使杂质更容易蒸发,可将石墨提纯到99.99%以上。
此种办法尽管能够得到光谱纯的石墨产品,但需求消耗很多电能。
2.可胀大石墨(酸化石墨)
可胀大石墨是经过特殊改性处理而得到的一种柔性石墨产品,也称为石墨酸、酸化石墨、氧化石墨。它是一种理想的新型密封资料,在石油、化工、电业、航空、汽车、船只和仪器仪表等职业的动、静密封中有着广泛的应用。
可胀大石墨经高温瞬时处理,鳞片状变成蠕虫状,体积可胀大100-400倍,这种胀大石墨依然保持天然石墨的性质,而且具有良好的成型可塑性、柔韧延展性和密封性,是各种石墨板材、密封件的优质质料,也可用于冶金工业的新型维护渣、发热剂。
可胀大石墨的出产工艺首要有强酸浸渍工艺和电解氧化工艺。两种工艺除氧化工序不同外,脱酸、水洗、脱水、枯燥等其它工序相同。电化学法是将天然鳞片石墨和辅助阳极一同构成阳极室,浸泡在浓硫酸电解液中,通直流或脉冲电流,氧化必定时间后取出,水洗枯燥后即可得到可胀大石墨。
电化学法的最大特点是,可经过调节电参数和反响时间来操控石墨反响程度和产品的性能指标,而且污染小,成本低,质量稳定,性能优异。可是,如何处理插层工艺中的拌和问题,进步效率,下降电耗,是该法急需处理的课题。
3.柔性石墨
柔性石墨是以胀大石墨为质料,经限制或轧制成型的石墨产品,它克服了天然鳞片石墨硬而脆的缺陷,具有新的柔韧性。
柔性石墨常用于密封资料,同时还具有导电、导热、润滑、耐高低温、抗腐蚀等优异特性。因此,多年来柔性石墨的用处在不断扩展,并逐步应用在电气工业、新能源的燃料电池工业中。
柔性石墨的出产进程是,将天然鳞片石墨经过浓硫酸插层制备成酸化石墨(可胀大石墨),然后再快速加热,使层间插入物气化,形成高压,使石墨粒子胀大,形成蠕虫石墨或石墨蠕虫,即胀大石墨。胀大石墨经过限制或轧制,蠕虫之间相互啮合,然后压轧成石墨卷材或板材,即为柔性石墨。
4.氟化石墨
氟化石墨是一种新式的工业资料,不会对金属和其他资料产生腐蚀作用,可作为固体润滑剂、电池电极资料、憎水疏油剂、核反响堆资料等,特别是在高速、高压、高温条件下运用,效果更佳。在防水、防油、涂料等领域也有着广泛应用前景。现在氟化石墨的组成办法首要有以下几种:
直接组成法
石墨与气体氟在350~600℃内的反响器中加热组成氟化石墨,这是最早选用的组成办法。
催化剂组成法
该办法是在300℃的石墨与氟的反响体系中加入微量金属氟化物(LiF、MgF2等)作催化剂组成氟化石墨。
固体氟化物组成工艺
该办法是用含氟固体聚合物(如四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯基萤石等制成的聚合物)与石墨混合,在氦、氖、氩、氮等慵懒气氛下,加热至320~600℃,在管式电炉中的石英管内制得氟化石墨。
5.球形石墨
球形石墨是锂离子电池负极资料的首要质料。
球形石墨的制备是借助专用设备来完成的:石墨微粒经过对撞、卷曲、揉搓、密实、包覆等外表处理技能完成球形化,然后使鳞片石墨完成从各向异性到各向同性的球形石墨的改变。改性球形石墨的出产首要有以下两种办法:
先破坏后提纯法
先提纯后破坏法
6.石墨乳
石墨乳也称胶体石墨,是以石墨作为分散相,用水、油、有机溶剂、组成树脂溶液等作为分散媒所形成的固-液分散体系,其依照运用用处分为显像管石墨乳、锻造石墨乳和拉丝石墨乳。
石墨乳以其特有的耐温性、耐腐蚀、自润滑、无毒、无汚染等特性,被作为密封资料广泛用于军工、电站等职业。石墨乳还具有良好的导电性,振实密度高、储能量大、容量高、迴圈性能好,然后被广泛应用在电子束管石墨乳、拉丝石墨乳产品上。
石墨乳的出产工艺,首要包含石墨粒子的微细化处理工艺和石墨超微粒子在溶剂中的分散处理工艺。
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