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怎样提高石墨的纯度?

2021-03-15 16:05:37

  在工业生产中,石墨是很常见的材料,很多工业生产都用到了这种材料,为工业的生产做出了很大的贡献。想要制取石墨材料,做好石墨的提纯工作是很重要的。那么想要提高石墨的纯度有哪些具体的方法呢?应该怎样进行操作呢?一起来看一下吧。


  一、浮选提纯法


  浮选法是最常用的选矿方法之一,该方法原理是依据石墨良好的天然疏水性,使其表面不易被水浸润,利用石墨自身疏水性或经浮选药剂作用获得疏水特性,在矿浆体系借助气泡浮力,在液-气界面发生聚集使其与杂质矿物分离从而达到提纯的目的。一般情况下先采用正浮选,然后对精选产品进行反浮选。


  浮选法优点是:能耗低、药剂用量少,成本低。缺点是:提纯的石墨纯度有限,品位一般为85%~90%且再次提高品位不易,回收率不高,石墨产品多属于中碳石墨(80.0≤C<94.0)。因此浮选法主要用于石墨的初步提纯,获得高碳石墨还需用化学或火法提纯方法对产品进行再加工处理。


  二、碱酸法


  碱酸法包括两个反应过程:碱熔过程和酸浸过程。碱熔过程是在高温条件下,利用熔融状态下的碱和石墨中酸性杂质发生化学反应,特别是含硅的杂质(如硅酸盐、硅铝酸 盐、石英等),生成可溶性盐,再经洗涤去除杂质,使石墨纯度得以提高。酸浸过程的基本原理是利用酸和金属氧化物杂质反应,这部分杂质在碱熔过程中没有和碱发生反应。使金属氧化物转化为可溶性盐,再经洗涤使其与石墨分离,经过碱熔和酸浸相结合对石墨提纯有较好的效果。


  碱酸法优点是:具有一次性投资少、产品品位较高、适应性强等特点,以及设备简单、通用性强的优点。不足是需要高温煅烧,能量消耗大,工艺流程长,设备腐蚀严重,石墨流失量大以及废水污染严重,因而利用石墨提纯废水制取聚合氯化硅酸铝铁(PAFSiC)等综合利用技术显得十分重要。


  三、氢氟酸法


  氢氟酸是强酸,几乎可以与石墨中的任何杂质发生反应,而石墨具有良好的耐酸性,特别是可以耐氢氟酸,决定了石墨可以用氢氟酸进行提纯。氢氟酸法的主要流程为石墨和氢氟酸混合,氢氟酸和杂质反应一段时间产生可溶性物质或挥发物,经洗涤去除杂质,脱水烘干后得到提纯石墨。


  氢氟酸提纯法优点为:提纯效率高、产品纯度较高、能耗低、对产品性能影响不大等。缺点是:HF易挥发且有毒性,生产过程必须有严格的安全防护和废水处理系统。存在工艺复杂、成本高、腐蚀性强、环境污染较大等缺点,难以推行大规模生产。


  四、氯化焙烧法


  氯化焙烧法是常见的火法提纯法,其原理是利用石墨中的硅酸盐、硅铝酸盐、石英等杂质在高温加热条件下可分解成二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等氧化物。在石墨粉中添加一定量的还原剂,在高温和特定氛围下焙烧,氧化物杂质与氯气发生氯化反应,使氧化物转化成氯化物。由于氯化物熔沸点相对较低,从而使这些氯化物受高温焙烧汽化逸出,从而达到除杂提纯目的。


  氯化焙烧法优点是:具有节约能源、提纯效率高、回收率高等优点。缺点是工艺条件不稳定、纯化成本较高、尾气难处理造成空气污染严重等。此外,氯气有一定毒性、对设备腐蚀严重等一系列缺点,可控性差,限制了该法很难被推广应用。


  五、高温提纯法


  高温提纯法工作原理是利用石墨耐高温的特性及其与杂质之间的熔沸点差异,将石墨添加到石墨化的石墨坩埚中,在通入惰性气体和保护气体的特定条件下,利用特定的纯化炉加热到2700℃,反应发生一段时间便能使杂质发生气化从石墨中溢出,实现除杂的目的。该技术可以将除杂后产品的纯度提升至99.99%以上。


  高温提纯法优点是产品纯度高,高纯度石墨(C≥99.995%)。缺点是高温法仅限于对高纯度原料提纯,需要特定的高温炉因而造成投资、生产成本高、对操作技术要求严格等弊端。

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