天然石墨的深加工產(chǎn)品及生產(chǎn)方法:
我國晶質(zhì)石墨礦石檔次相差比較大,多數(shù)礦床的礦石檔次在3-15%,入選檔次在5%左右,片度在0.1-1.5毫米之間,礦石的可選性一般較好。
一、石墨的采礦
石墨礦床挖掘簡略,運(yùn)輸便利。晶質(zhì)石墨礦一般選用露天挖掘,依照礦山地形條件不同,又有山坡露天挖掘和挖陷露天挖掘兩種辦法。內(nèi)蒙、山西、黑龍江等山地丘陵區(qū)域的石墨礦,選用山坡露天挖掘;山東等平原區(qū)域選用挖陷露天挖掘。其中,露天挖掘能夠取得較高的收回率和較低的貧化率, 回采率可到達(dá)90%以上,礦石貧化率操控在10%以下。
二、石墨的選礦工藝介紹
由于石墨的可浮性較好,石墨的選礦多選用浮選法。在現(xiàn)在技能條件下,運(yùn)用浮選辦法只能將其純度(固定碳含量)進(jìn)步到94~98%左右;而要出產(chǎn)純度更高的高碳石墨和高純石墨,則需選用化學(xué)提純等其他辦法。
石墨選礦首要的流程包含:破碎、分級、浮選。以下是晶質(zhì)石墨浮選工藝流程示意圖:
在晶質(zhì)石墨的選礦中,為維護(hù)和收回大鱗片,浮選工藝選用多段磨礦、多段選別、中礦順序或集中返回的閉路流程;多段再磨再選又有精礦再磨、中礦再磨和尾礦再磨三種形式。
三,石墨的深加工產(chǎn)品及出產(chǎn)辦法
現(xiàn)在,石墨的深加工產(chǎn)品首要包含高純石墨、可脹大石墨、柔性石墨、氟化石墨、球形石墨以及石墨乳等。以下分別是對這幾種產(chǎn)品及其出產(chǎn)辦法的介紹。
1.高純石墨
出產(chǎn)高純石墨,首要選用化學(xué)提純和高溫氣化提純法?;瘜W(xué)提純工藝即用酸、堿處理以去除石墨中的雜質(zhì),具體辦法包含苛性鈉熔融法、酸堿法、氫氟酸法、活性氣體法等。
氫氧化鈉高溫熔融法
氫氧化鈉高溫熔融法是運(yùn)用石墨中的雜質(zhì)(硅酸鹽等),在500℃以上的高溫下與氫氧化鈉起反響,一部分生成溶于水的反響產(chǎn)品,被水浸出除去;另一些雜質(zhì),如鐵的氧化物等,在堿熔后用鹽酸中和,生成溶于水的氯化鐵等,經(jīng)過洗刷除去。
酸堿法
酸堿法又稱酸堿提純法,即將石墨的提純辦法分為堿熔進(jìn)程和酸解進(jìn)程。
堿熔進(jìn)程是將必定量的石墨、氫氧化鈉與水混合均勻,放入反響器中,加熱熔融。反響一段時(shí)間后冷卻至100℃以下,過濾至水洗液的pH 為7~8。酸解進(jìn)程是把堿溶(熔) 后的石墨與必定濃度的鹽酸溶液混合進(jìn)行熱浸濾,在必定溫度下反響一段時(shí)間后,過濾水洗至中性,枯燥,純化,經(jīng)過酸解后即取得高純石墨。
堿酸法的缺陷在于需求高溫?zé)Y(jié)、熔融,能量消耗大,且反響時(shí)間長,設(shè)備腐蝕嚴(yán)峻。
氫氟酸提純法
氫氟酸提純法是運(yùn)用氫氟酸能與大部分物質(zhì)反響生成可溶性物質(zhì)的原理進(jìn)行石墨提純。即將石墨與必定濃度的氫氟酸浸泡后,過濾水洗至中性,枯燥,純化,即得到高純石墨。
運(yùn)用氫氟酸提純法取得的高純石墨純度可到達(dá)99.95%,氫氟酸提純法的缺陷在于操作條件惡劣,環(huán)境污染嚴(yán)峻,對工人的操作晦氣。
高溫提純法
高溫氣化提純法是運(yùn)用石墨耐高溫的性質(zhì),將石墨置于特殊的電爐中阻隔空氣加熱到2500℃,此時(shí)石墨中的灰分雜質(zhì)被蒸騰出去,石墨則再結(jié)晶,然后使石墨的純度大大進(jìn)步。這種辦法能將石墨提純到99.9%以上。如果在純化爐內(nèi)通入氯氣和氟,最終通入氮?dú)猓墒闺s質(zhì)更容易蒸發(fā),可將石墨提純到99.99%以上。
此種辦法盡管能夠得到光譜純的石墨產(chǎn)品,但需求消耗很多電能。
2.可脹大石墨(酸化石墨)
可脹大石墨是經(jīng)過特殊改性處理而得到的一種柔性石墨產(chǎn)品,也稱為石墨酸、酸化石墨、氧化石墨。它是一種理想的新型密封資料,在石油、化工、電業(yè)、航空、汽車、船只和儀器儀表等職業(yè)的動(dòng)、靜密封中有著廣泛的應(yīng)用。
可脹大石墨經(jīng)高溫瞬時(shí)處理,鱗片狀變成蠕蟲狀,體積可脹大100-400倍,這種脹大石墨依然保持天然石墨的性質(zhì),而且具有良好的成型可塑性、柔韌延展性和密封性,是各種石墨板材、密封件的優(yōu)質(zhì)質(zhì)料,也可用于冶金工業(yè)的新型維護(hù)渣、發(fā)熱劑。
可脹大石墨的出產(chǎn)工藝首要有強(qiáng)酸浸漬工藝和電解氧化工藝。兩種工藝除氧化工序不同外,脫酸、水洗、脫水、枯燥等其它工序相同。電化學(xué)法是將天然鱗片石墨和輔助陽極一同構(gòu)成陽極室,浸泡在濃硫酸電解液中,通直流或脈沖電流,氧化必定時(shí)間后取出,水洗枯燥后即可得到可脹大石墨。
電化學(xué)法的最大特點(diǎn)是,可經(jīng)過調(diào)節(jié)電參數(shù)和反響時(shí)間來操控石墨反響程度和產(chǎn)品的性能指標(biāo),而且污染小,成本低,質(zhì)量穩(wěn)定,性能優(yōu)異。可是,如何處理插層工藝中的拌和問題,進(jìn)步效率,下降電耗,是該法急需處理的課題。
3.柔性石墨
柔性石墨是以脹大石墨為質(zhì)料,經(jīng)限制或軋制成型的石墨產(chǎn)品,它克服了天然鱗片石墨硬而脆的缺陷,具有新的柔韌性。
柔性石墨常用于密封資料,同時(shí)還具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤滑、耐高低溫、抗腐蝕等優(yōu)異特性。因此,多年來柔性石墨的用處在不斷擴(kuò)展,并逐步應(yīng)用在電氣工業(yè)、新能源的燃料電池工業(yè)中。
柔性石墨的出產(chǎn)進(jìn)程是,將天然鱗片石墨經(jīng)過濃硫酸插層制備成酸化石墨(可脹大石墨),然后再快速加熱,使層間插入物氣化,形成高壓,使石墨粒子脹大,形成蠕蟲石墨或石墨蠕蟲,即脹大石墨。脹大石墨經(jīng)過限制或軋制,蠕蟲之間相互嚙合,然后壓軋成石墨卷材或板材,即為柔性石墨。
4.氟化石墨
氟化石墨是一種新式的工業(yè)資料,不會(huì)對金屬和其他資料產(chǎn)生腐蝕作用,可作為固體潤滑劑、電池電極資料、憎水疏油劑、核反響堆資料等,特別是在高速、高壓、高溫條件下運(yùn)用,效果更佳。在防水、防油、涂料等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用前景?,F(xiàn)在氟化石墨的組成辦法首要有以下幾種:
直接組成法
石墨與氣體氟在350~600℃內(nèi)的反響器中加熱組成氟化石墨,這是最早選用的組成辦法。
催化劑組成法
該辦法是在300℃的石墨與氟的反響體系中加入微量金屬氟化物(LiF、MgF2等)作催化劑組成氟化石墨。
固體氟化物組成工藝
該辦法是用含氟固體聚合物(如四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯基螢石等制成的聚合物)與石墨混合,在氦、氖、氬、氮等慵懶氣氛下,加熱至320~600℃,在管式電爐中的石英管內(nèi)制得氟化石墨。
5.球形石墨
球形石墨是鋰離子電池負(fù)極資料的首要質(zhì)料。
球形石墨的制備是借助專用設(shè)備來完成的:石墨微粒經(jīng)過對撞、卷曲、揉搓、密實(shí)、包覆等外表處理技能完成球形化,然后使鱗片石墨完成從各向異性到各向同性的球形石墨的改變。改性球形石墨的出產(chǎn)首要有以下兩種辦法:
先破壞后提純法
先提純后破壞法
6.石墨乳
石墨乳也稱膠體石墨,是以石墨作為分散相,用水、油、有機(jī)溶劑、組成樹脂溶液等作為分散媒所形成的固-液分散體系,其依照運(yùn)用用處分為顯像管石墨乳、鍛造石墨乳和拉絲石墨乳。
石墨乳以其特有的耐溫性、耐腐蝕、自潤滑、無毒、無汚染等特性,被作為密封資料廣泛用于軍工、電站等職業(yè)。石墨乳還具有良好的導(dǎo)電性,振實(shí)密度高、儲(chǔ)能量大、容量高、迴圈性能好,然后被廣泛應(yīng)用在電子束管石墨乳、拉絲石墨乳產(chǎn)品上。
石墨乳的出產(chǎn)工藝,首要包含石墨粒子的微細(xì)化處理工藝和石墨超微粒子在溶劑中的分散處理工藝。