一種高純石墨的制備方法

種高純石墨的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及石墨化工技術(shù)領(lǐng)域，更具體設(shè)及一種高純石墨的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 局純石墨是含碳量達(dá)到99. 9%W上的石墨，生廣局純石墨主要是通過(guò)提純?nèi)コ?墨中的雜質(zhì)。石墨生產(chǎn)需要逐步提純，一般將浮選法作為選礦提純第一步，可將石墨礦石粉 碎后提純至中碳（純度為80%~93% )和高碳（94%~98% )。而對(duì)于裡離子二次電池的 新能源材料、石墨締的制造、納米涂料、冶金工業(yè)的高級(jí)耐火材料、軍工安定劑、航天耐高溫 材料等場(chǎng)合，運(yùn)種純度無(wú)法滿足某些場(chǎng)合的要求。
[0003] 石墨中含有的主要雜質(zhì)成分是鐘、鋼、儀、鐵、巧、侶等的娃酸鹽礦物，對(duì)石墨的進(jìn) 一步提純就是采取有效手段去除運(yùn)部分雜質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)高純石墨的方法通常有化學(xué) 法（氨氣酸法和氯化賠燒法）和高溫法。氨氣酸法是利用石墨中的雜質(zhì)和氨氣酸反應(yīng)生成 溶于水的氣化物及揮發(fā)物而達(dá)到提純的目的，該法對(duì)設(shè)備腐蝕性大，而且毒性強(qiáng)；氯化賠燒 法是采用氯氣將石墨中的雜質(zhì)轉(zhuǎn)換成揮發(fā)物，氯氣具有強(qiáng)的腐蝕性和毒性，嚴(yán)重污染環(huán)境， 且工藝系統(tǒng)不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高，在一定程度上限制了該工藝的推廣應(yīng)用。高溫法主要利用 石墨的沸點(diǎn)遠(yuǎn)高于所含雜質(zhì)娃酸鹽的沸點(diǎn)運(yùn)一特性，能夠生產(chǎn)99. 99%W上的超高純石墨， 對(duì)設(shè)備性能要求高，但隨著國(guó)內(nèi)高溫設(shè)備制備水平的逐漸提升，高溫法逐漸發(fā)展成為最具 潛力的高純石墨制備方法。高溫法主要是通過(guò)將中碳或高碳石墨置于較高的工藝溫度下持 續(xù)加熱，使石墨中的雜質(zhì)能充分揮發(fā)來(lái)達(dá)到提純的目的。
[0004] 然而，采用高溫法制備高純石墨，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中存在W下幾點(diǎn)問題：一是將中 碳或高碳石墨一步提純到99. 99%W上的純度，需要設(shè)備在2600°CW上高溫下持續(xù)工作5 小時(shí)W上，對(duì)設(shè)備提出較高的要求，且能耗高；二是提純過(guò)程產(chǎn)生大量的雜質(zhì)揮發(fā)物，對(duì)設(shè) 備爐膛的抗污染能力要求高；=是隨著提純過(guò)程的進(jìn)行，加熱區(qū)內(nèi)雜質(zhì)揮發(fā)物濃度增加且 難W完全及時(shí)排出，導(dǎo)致石墨提純環(huán)境惡化，石墨的純度難W進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種兩步法制備高純石墨的方法。
[0006] 本發(fā)明提供的方法將石墨先通入第一段石墨提純裝置，在較低溫度條件下進(jìn)行長(zhǎng) 時(shí)間處理；再通入第二段石墨提純裝置，在較高溫度條件下進(jìn)行短時(shí)間處理，從而獲得高純 石墨。本發(fā)明所述方法的流程可參考圖1所示。
[0007] 本發(fā)明提供的方法包括W下具體步驟：
[0008] (1)取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提純裝置，在1000~2000°c條件下處理 0.5~2.Oh,得固體產(chǎn)物；
[0009] (2)將經(jīng)步驟（1)處理所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，在2000~ 3000°C條件下處理0. 5~1.Oh,即得高純石墨。
[0010] 其中，步驟（1)所述溫度優(yōu)選為1600~2000°C;步驟（2)所述溫度優(yōu)選為2600~ 3000 °C。
[0011] 本發(fā)明所述方法采用的原料為中碳石墨或高碳石墨。其中，所述中碳石墨的純度 為80~93%，所述高碳石墨的純度為94~98%。為了實(shí)現(xiàn)資源的合理開發(fā)和充分利用， 本發(fā)明優(yōu)選W純度較低的中碳石墨為原料，制備高純石墨。
[0012] 本發(fā)明所述石墨提純裝置為非間歇式裝置，即能實(shí)現(xiàn)待提純物料的連續(xù)進(jìn)料、提 純后物料的連續(xù)出料，提純過(guò)程中不經(jīng)歷升溫、降溫過(guò)程，兩段裝置分別控制在較恒定的溫 度范圍內(nèi)，W實(shí)現(xiàn)提純過(guò)程的高效、節(jié)能。
[0013] 在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行檢測(cè)可知，經(jīng)本發(fā)明所述步驟（1)處理后，石墨中的含碳量一 般可接近99% ;經(jīng)步驟（2)處理后，含碳量可達(dá)到99. 99%W上。
[0014] 為了促進(jìn)石墨原料中雜質(zhì)快速、充分地?fù)]發(fā)，本發(fā)明優(yōu)選在制備前對(duì)石墨原料進(jìn) 行研磨預(yù)處理。具體而言，本發(fā)明將所述中碳或高碳石墨研磨至粒徑小于500ym，優(yōu)選為粒 徑200~300ym，從而提高純化效率。
[0015] 為了促進(jìn)雜質(zhì)的充分去除，進(jìn)一步提高石墨提純的效率，本發(fā)明在制備高純石墨 的過(guò)程中通入面素氣體。具體而言，本發(fā)明在步驟（1)或/和步驟（2)中持續(xù)通入面素氣 體；優(yōu)選在步驟（1)中通入氯氣，步驟（2)可通可不通。所述面素氣體優(yōu)選為氣氣或氯氣， 進(jìn)一步優(yōu)選為純度99%W上的氯氣。由于面素氣體性質(zhì)比較活潑，本發(fā)明控制氯氣流量為 0. 5~lOmVh，在提高提純效率的基礎(chǔ)上確保生產(chǎn)安全。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明同時(shí)優(yōu)化處理 效率W及生產(chǎn)成本，優(yōu)選步驟（1)中的氯氣流量為8~10m3/h，步驟（2)中的氯氣流量為 0.5~2m3/h。本發(fā)明所述氣體流量是指每立方米的提純裝置內(nèi)腔中通入的氣體流量。
[0016] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法包括W下具體步驟：
[0017] (1)取中碳石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段石墨提純裝置，處理 0.5~比，得固體產(chǎn)物；
[0018] 所述第一段的處理?xiàng)l件為：溫度1600~2000°C，W流速8~IOm3A持續(xù)通入純度 99%W上的氯氣；
[0019] (2)將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，處理0.5~0.化，即 得；
[0020] 所述第二段的處理?xiàng)l件為：溫度2600~3000°C，W流速0. 5~2mVh持續(xù)通入純 度99%W上的氯氣。
[0021] 上述方法中，步驟（1)所需的溫度相對(duì)較低，步驟（2)所需的處理時(shí)間較短，從而 大大降低對(duì)設(shè)備的運(yùn)行要求；且步驟（1)中將大部分的雜質(zhì)去除后，可確保步驟（2)中石墨 純化的環(huán)境較為純凈，利于經(jīng)步驟（1)提純后石墨的進(jìn)一步高效提純。本發(fā)明采用上述兩 步法，可W使單位產(chǎn)量高純石墨制備所需時(shí)間明顯縮短，顯著提高生產(chǎn)效率，且大大降低耗 能W及生產(chǎn)成本。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步保護(hù)W所述方法制備得到的高純石墨。本發(fā)明所述方法可W獲得純 度99. 99%W上的高純石墨。
[0023] 在一些特殊的工業(yè)領(lǐng)域中，如原子反應(yīng)堆，要求使用的石墨中雜質(zhì)含量不應(yīng)超過(guò) 幾十個(gè)ppm。因此，本發(fā)明提供的純度在99. 99%W上的石墨具有極高的實(shí)用價(jià)值。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的高純石墨的制備方法可降低高溫法對(duì)石墨純化裝 備的要求，為高溫法的工業(yè)化推廣、含碳量99. 99%W上高純石墨的工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件， 同時(shí)具備生產(chǎn)效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有極強(qiáng)的實(shí)際推廣價(jià)值?！靖綀D說(shuō)明】
[00巧]圖1為本發(fā)明所述高純石墨制備方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] W下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。 W27] 本發(fā)明實(shí)施例采用的第一段和第二段石墨提純裝置的內(nèi)腔尺寸均為 00.15~LOOmx1.5~2.5m。

[0028] W下各實(shí)施例中的石墨原料均為含碳量85~90%的中碳石墨。 陽(yáng)〇29] 實(shí)施例1
[0030] 按照W下步驟制備高純石墨：
[0031] (1)取石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段石墨提純裝置，處理0.化，得固 體產(chǎn)物；
[0032] 所述第一段的處理?xiàng)l件為：溫度2000°C，W流速Sm3A持續(xù)通入純度99%W上的 氯氣；
[0033] (2)將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，處理0.化，即得；
[0034] 所述第二段的處理?xiàng)l件為：溫度3000°C，W流速Im3A持續(xù)通入純度99%W上的 氯氣。
[0035] 經(jīng)檢測(cè)，經(jīng)步驟（1)處理后石墨含碳量為99%，經(jīng)步驟（2)處理后石墨中含碳量為 99. 99999%。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] 按照W下步驟制備高純石墨：
[0038] (1)取石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段石墨提純裝置，處理比，得固體 產(chǎn)物；
[0039] 所述第一段的處理?xiàng)l件為：溫度1600°C，W流速Sm3A持續(xù)通入純度99%W上的 氯氣；
[0040] (2)將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，處理0.化，即得；
[0041] 所述第二段的處理?xiàng)l件為：溫度2600。W流速Im3A持續(xù)通入純度99%W上的 氯氣。
[0042] 經(jīng)檢測(cè)，經(jīng)步驟（1)處理后石墨含碳量為99%，經(jīng)步驟似處理后石墨中含碳量為 99. 9999%。 陽(yáng)0創(chuàng)實(shí)施例3
[0044] 按照W下步驟制備高純石墨：
[0045] (1)取石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段石墨提純裝置，處理化，得固體 產(chǎn)物；
[0046] 所述第一段的處理?xiàng)l件為：溫度1000°C;
[0047] (2)將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，處理比，即得；
[0048] 所述第二段的處理?xiàng)l件為：溫度2000°C，W流速2mVh持續(xù)通入純度99%W上的 氯氣。
[0049] 經(jīng)檢測(cè)，經(jīng)步驟（I)處理后石墨含碳量為98%，經(jīng)步驟（2)處理后石墨中含碳量為 99. 999%。
[0050] 實(shí)施例4
[0051] 與實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于：步驟（1)和似中W相同的流量通入氮?dú)?；所得?墨的純度為99. 99%，低于實(shí)施例1所得的99. 99999%。 陽(yáng)0巧實(shí)施例5
[0053] 與實(shí)施例1相比，區(qū)別僅在于：步驟（1)和似均不通入氣體；步驟（1)處理時(shí)間 不變，步驟（2)經(jīng)過(guò)比后，才能獲得純度99. 99%的石墨。
[0054] 對(duì)比例1 陽(yáng)化日]按照W下步驟制備高純石墨：取中碳石墨，研磨至粒徑250ym，通入石墨提純裝 置，采用一步法在2600°C下持續(xù)處理，經(jīng)過(guò)8~1化后，才獲得純度99. 99%的高純石墨，而 且繼續(xù)延長(zhǎng)處理時(shí)間，石墨的純度也難W進(jìn)一步提高。
[0056] 由該對(duì)比例可知，本發(fā)明所述方法可明顯提高提純石墨的生產(chǎn)效率，提純石墨的 時(shí)間大大縮短，則降低了提純石墨對(duì)設(shè)備的要求。
[0057] W上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要 求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高純石墨的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提純裝置，在1000~2000°C條件下處理 0. 5 ~2.Oh; (2) 將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，在2000~3000°C條件下處 理0. 5~1. 0h，即得高純石墨。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)所述溫度為1600~200(TC。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟（2)所述溫度為2600~3000 °C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)還包括：在通 入第一段石墨提純裝置前，對(duì)中碳或高碳石墨進(jìn)行研磨預(yù)處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述研磨預(yù)處理為研磨至粒徑小于 500μm，優(yōu)選為粒徑200~300μm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟（1)或/和步驟（2) 處理過(guò)程中持續(xù)通入氟氣或氯氣，優(yōu)選通入純度99%以上的氯氣。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣體的通入量為0. 5~10m3/h，優(yōu)選 為 5 ~10m3/h。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟（1)中以流量8~10m3/h通入純 度99 %以上的氯氣，在步驟（2)中的以流量8~10m3/h通入純度99 %以上的氯氣。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 取中碳石墨，研磨至粒徑200~300μm，通入第一段石墨提純裝置，處理0. 5~lh; 所述第一段的處理?xiàng)l件為：溫度1600~2000°C，以流速8~10m3/h持續(xù)通入純度99% 以上的氯氣； (2) 將步驟（1)所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，處理0. 5~0. 7h，即得； 所述第二段的處理?xiàng)l件為：溫度2600~3000°C，以流速0. 5~2m3/h持續(xù)通入純度 99%以上的氯氣。10. 權(quán)利要求1~9任意一項(xiàng)所述方法制備而成的高純石墨。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純石墨的制備方法，該方法包括以下具體步驟：(1)取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提純裝置，在1000～2000℃條件下處理0.5～2.0h；(2)將經(jīng)步驟(1)處理所得的固體產(chǎn)物通入第二段石墨提純裝置，在2000～3000℃條件下處理0.5～1.0h，即得高純石墨。本發(fā)明提供的高純石墨的制備方法可降低高溫法對(duì)石墨純化裝備的要求，為高溫法的工業(yè)化推廣、含碳量99.99％以上高純石墨的工業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造條件，同時(shí)具備生產(chǎn)效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，具有極強(qiáng)的實(shí)際推廣價(jià)值。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號(hào)】CN105271216
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510891382
【發(fā)明人】胡祥龍, 戴煜, 湯賢, 王艷艷
【申請(qǐng)人】湖南頂立科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日