高純石墨的制備工藝

石墨是煤或者碳質(zhì)巖石(或沉積物)受到區(qū)域變質(zhì)作用或巖漿侵入作用而形成的一種礦物，是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系，顏色大都為黑色，呈現(xiàn)金屬光澤。雖然石墨礦資源地球中儲(chǔ)量極大，而且我國的石墨資源儲(chǔ)量及其產(chǎn)量均居世界第一，但是我國對(duì)石墨的利用大部分還處于低端且產(chǎn)能過剩的階段。隨著科技的發(fā)展，普通石墨已經(jīng)無法滿足高新科技產(chǎn)業(yè)的要求，高純石墨的生產(chǎn)研究就被提上日程，逐漸成為當(dāng)今世界發(fā)展的至關(guān)重要的技術(shù)。

高純石墨的提純方法

1、浮選法

晶質(zhì)石墨（鱗片狀石墨）具備直徑大，可浮性好等優(yōu)點(diǎn)，因此很容易通過簡單的物理浮選方法進(jìn)行提純。微晶石墨雖然雜質(zhì)含量沒有晶質(zhì)石墨高，但其中雜質(zhì)的賦存形態(tài)卻讓浮選效果變得極差，這是因?yàn)槲⒕木ЯＭ^小，且與其中雜質(zhì)礦物結(jié)合致密，并鑲嵌在黏土中，因此在浮選過程中無法實(shí)現(xiàn)充分解離，造成浮選效果低下，從而影響了最終精礦的品質(zhì)。影響浮選效果關(guān)鍵因素是浮選劑的選擇，浮選劑的研究制備一直是研究熱點(diǎn)。

2、高溫法

利用石墨（沸點(diǎn)4827℃）比石墨礦中其他雜質(zhì)沸點(diǎn)都高的特點(diǎn)，通過超高溫煅燒，使其中的雜質(zhì)氣化脫除，從而獲得超高純度的石墨提純產(chǎn)品。高溫法可以使石墨的純度達(dá)到 99.995%左右，并且可以保護(hù)石墨的結(jié)構(gòu)，提高石墨產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品可用于國防、核工業(yè)、航天等高科技領(lǐng)域。由于石墨是碳材料，在高溫下會(huì)與氧氣反應(yīng)，故高溫法只能真空或無氧環(huán)境中進(jìn)行，高溫法所需溫度較高，對(duì)設(shè)備的耐高溫性及加熱設(shè)備要求極高。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中一般是利用石墨坩堝盛放石墨粉，放入高溫爐后設(shè)定溫度，將溫度升高至雜質(zhì)氣化溫度以上(并通入保護(hù)氣防止物料氧化)，然后在高溫條件下進(jìn)行保溫，將低沸點(diǎn)的雜質(zhì)從坩堝之中揮發(fā)去除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)石墨提純。

3、酸堿法

根據(jù)原料的不同衍生出許多堿酸體系，其中以 NaOH-HCl法工藝應(yīng)用最廣泛，以 NaOH-HCl 法為例，除了常見的高溫堿焙燒酸浸法，還有加壓浸出和超聲等處理手段，可以進(jìn)一步提高提純效果。酸堿法擁有提純效果較好、污染小和能耗小等優(yōu)點(diǎn)。堿熔過程可以除去石墨中的硅、鋁等部分雜質(zhì)，酸浸過程可將石墨中的其他大部分雜質(zhì)溶解并除去。

4、氫氟酸法

將石墨與氫氟酸按一定比例混合，放入帶有攪拌器的反應(yīng)釜浸出，利用 HF 與石墨中的雜質(zhì)反應(yīng)，將石墨中不可溶雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶的氟化物，經(jīng)過過濾脫除，處理后將廢酸處理循環(huán)使用，將提純后石墨洗滌、過濾、烘干得到最終提純產(chǎn)品。

5、混合法制備高純石墨

以鹽酸—高溫氯化聯(lián)合法制備高純石墨為例，對(duì)鱗片石墨采用鹽酸酸浸，高溫氯化法對(duì)酸浸后的石墨進(jìn)一步提純，調(diào)整通入氬氣和氯化劑（四氯化碳）的通氣流量、不同的溫度階段和不同保溫時(shí)間，確定較優(yōu)的高溫氯化法方案。

酸浸主要將碳含量 90%左右的石墨原料提純到 92%左右，主要除去石墨中的 Fe2O3等可溶鹽酸的雜質(zhì)化合物。根據(jù)石墨雜質(zhì)中的 Fe、Mg、Ca 等金屬氧化物雜質(zhì)溶于鹽酸且石墨不與鹽酸反應(yīng)的特性差和 Si、Al 元素的氯化物熔沸點(diǎn)較低的特性差，采用先酸浸預(yù)處理，后高溫氯化法，二者結(jié)合，在降低能耗及成本的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高純石墨的高效制備。