一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法。其包括下列步驟：步驟一，向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；步驟二，以石墨物料重量的20％-75％比例加入混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為6～16小時(shí)，反應(yīng)溫度為80℃～230℃；步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，浮選機(jī)內(nèi)充滿去離子水，物料在浮選機(jī)內(nèi)經(jīng)攪拌，多次浮選，至物料接近中性；步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.9％-99.99％。本發(fā)明將間歇進(jìn)料、洗料、卸料，變?yōu)檫B續(xù)式的；形成自動(dòng)化流水線作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，操作方便。
【專利說明】一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨生產(chǎn)方法，尤其涉及一種高純石墨的化學(xué)提純生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明所述的聞純石墨是含碳量達(dá)到99.9%以上的石墨，生廣聞純石墨王要是通過提純?nèi)コ械碾s質(zhì)。石墨生產(chǎn)需要逐步提純，一般采用浮選法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)于鋰離子二次電池的新能源材料、石墨烯的制造、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)合這種純度無法滿足某些場(chǎng)合的要求。
[0003]石墨中含有的雜質(zhì)主要成份是鉀、鈉、鎂、鐵、鈣、鋁等的硅酸鹽礦物，對(duì)石墨的進(jìn)一步提純就是采取有效手段去除這部分雜質(zhì)，目前國內(nèi)外提純石墨的方法主要有浮選法、堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法，高溫法。
[0004]堿酸法的缺點(diǎn)是需要高溫鍛燒，能量消耗大，且反應(yīng)時(shí)間長，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，其石墨最聞純度達(dá)不到99.9%,只能用于生廣聞碳石墨。
[0005]浮選法提純主要是針對(duì)選礦，其提純的極限是石墨含碳量< 98%，因部分雜質(zhì)呈極細(xì)粒狀浸染在石墨鱗片中，即使細(xì)磨也不能完全單體解離，所以采用物理選礦法難以去除這部分雜質(zhì)，一般只作為選礦提純第一步，只能生產(chǎn)高碳石墨。進(jìn)一步提純石墨的方法，即生產(chǎn)高純石墨的方法通常有化學(xué)法(氫氟酸法和氯化焙燒法)和高溫法。
[0006]而氯化焙燒法因氯氣具有腐蝕性和毒性，嚴(yán)重污染環(huán)境，且工藝系統(tǒng)不穩(wěn)定，生產(chǎn)成本高，沒有采用的。
[0007]當(dāng)前，生產(chǎn)高純石墨(碳含量在99.9%以上)的方法主要有氫氟酸法和高溫法。市場(chǎng)上采用較多的還是氫氟酸法，因其生產(chǎn)穩(wěn)定，成本較低，易于控制，產(chǎn)生廢水可處理在行業(yè)中多數(shù)被采用。
[0008]第一種采用高溫爐法來生產(chǎn)，其原理就是利用石墨中各種雜質(zhì)的沸點(diǎn)低于石墨的沸點(diǎn)，在高溫狀態(tài)下使石墨中各種雜質(zhì)元素物質(zhì)氣化而得到高純石墨。高溫爐溫度可達(dá)到36000C，其它雜質(zhì)的沸點(diǎn)均低于3600°C，而石墨的熔點(diǎn)可達(dá)3850°C，沸點(diǎn)可達(dá)4250°C。這樣高溫下通入化學(xué)氣體使雜質(zhì)快速氣化再冷卻后即得到高純石墨。此法最大的缺點(diǎn)就是投資大，生產(chǎn)成本高，有廢氣排出，屬高耗能項(xiàng)目。通常只有附加值較高的產(chǎn)品才會(huì)采用此法，因此這種方法受一定限制，現(xiàn)在的石墨行業(yè)較少采用。
[0009]第二種方法則是同行業(yè)內(nèi)普遍采用的化學(xué)提純法，該方法的原理是利用任何硅酸鹽礦物都可以和氫氟酸反應(yīng)生成能溶于水的鹽和氣體，通過過濾洗滌而得到高純度石墨。這種方法的酸液在較高溫度100-150°C下，液體中的F-離子能夠游離并浸染在石墨鱗片中。此法主要步驟:1.將篩分好的物料和混合酸依次加入反應(yīng)容器內(nèi)，攪拌并加熱,待反應(yīng)結(jié)束后放料，將物料放入離心機(jī)內(nèi)脫酸，再用大量的清水洗滌，最后用純水洗滌、脫水、卸料、與高溫法相比成本較低，產(chǎn)生廢水可以處理，產(chǎn)品價(jià)格低，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)竟?fàn)幜Α?br> [0010]業(yè)內(nèi)大多采用反應(yīng)釜或反應(yīng)罐和離心機(jī)來生產(chǎn)高純石墨，但此法生產(chǎn)的方式是間歇式，即離心機(jī)一次進(jìn)約350公斤物料，洗滌至中性后再脫水卸料，再進(jìn)第二次物料，直到把這一罐內(nèi)的物料全部處理完，其進(jìn)料、洗料、脫水、卸料均是間歇式，這種生產(chǎn)方式勞動(dòng)工作量較大，用工相對(duì)于連續(xù)式生產(chǎn)要多，而且離心機(jī)反復(fù)的停止和啟動(dòng)，耽誤了生產(chǎn)時(shí)間，影響了產(chǎn)量，增加了人工工作量，操作很不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明旨在解決上述缺陷，提供一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法。本發(fā)明將間歇進(jìn)料、洗料、卸料，變?yōu)檫B續(xù)式的；形成自動(dòng)化流水線作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，操作方便。
[0012]為解決上述問題，一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其包括下列步驟:
[0013]步驟一，向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0014]步驟二，以石墨物料重量的20% -75%比例加入混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為6~16小時(shí)，反應(yīng)溫度為80°C~230°C ；
[0015]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，浮選機(jī)內(nèi)充滿去離子水，物料在浮選機(jī)內(nèi)經(jīng)攪拌，多次浮選，至物料接近中性；
[0016]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.9% -99.99%。
[0017]所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，所述步驟二的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選10-16小時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選120°C -160°C ；
[0018]所述步驟一的混合酸包括30-60%的氫氟酸、30%的鹽酸和92_98%的硫酸按照一定比例混合而成。
[0019]所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，所述步驟三包括:
[0020]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；
[0021]b.重復(fù)a，6~9次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0022]最后浮選出的泡沫料漿其pH值達(dá)到6~8。
[0023]所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，所述步驟一中的混合酸按照氫氟酸:鹽酸:硫酸為1:0.5-2:0.5-1的比例混合而成。
[0024]同行業(yè)傳統(tǒng)做法通常采用離心機(jī)，其放料、洗料、脫水、卸料到第二次的放料、洗料、脫水、卸料有一個(gè)時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)離心機(jī)處于工作狀態(tài)，不能再進(jìn)料，須等本次卸料結(jié)束才能進(jìn)第二次料，其生產(chǎn)時(shí)間和產(chǎn)量受限。而本發(fā)明所述的生產(chǎn)方法采用浮選機(jī)來洗料，反應(yīng)釜的投放料不受時(shí)間限制，只要反應(yīng)結(jié)束隨時(shí)就可以往浮選機(jī)內(nèi)放料。浮選機(jī)是連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備，本發(fā)明中所涉及的浮選機(jī)可以是機(jī)械挑攪拌式浮選機(jī)、充氣攪拌式浮選機(jī)、氣體析出式浮選機(jī)、充氣式浮選機(jī)中的一種或多種。進(jìn)一步的本發(fā)明所采用真空過濾機(jī)作為脫水設(shè)備，其工作方式是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用真空讓濕物料顆粒附著在扇形板上，真空產(chǎn)生的負(fù)壓將物料中的部分水份抽出，物料在扇形板上形成濾餅，經(jīng)刮刀刮下進(jìn)入卸料槽。礦漿槽料漿不間斷，則扇形板滾筒不停轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到連續(xù)卸料的效果。本發(fā)明形成自動(dòng)化流水線作業(yè)，提高生產(chǎn)效率，操作方便?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
[0026]本發(fā)明一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其包括下列步驟:
[0027]步驟一，向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0028]步驟二，以石墨物料重量的20% -75%比例加入混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為6~16小時(shí)，反應(yīng)溫度為80°C~230°C ；
[0029]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，浮選機(jī)內(nèi)充滿去離子水，物料在浮選機(jī)內(nèi)經(jīng)攪拌，多次浮選，至物料接近中性；
[0030]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.9% -99.99% ；
[0031]所述步驟一的混合酸包括30-60%的氫氟酸、30%的鹽酸和92_98%的硫酸混合--? 。
[0032]實(shí)施例1
[0033]向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將250kg石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0034]加入IOOkg混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為6~8小時(shí)，反應(yīng)溫度為80°C~100°C ;所述混合酸包括40%的氫氟酸、30%的鹽酸和95%的硫酸按照質(zhì)量比1:0.7:1的比例混合而成；
[0035]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，多次浮選，至物料接近中性；
[0036]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；
[0037]b.重復(fù)a六次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0038]最后浮選出的泡沫料漿其pH值6~8。
[0039]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.94%。
[0040]實(shí)施例2
[0041]向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將300kg石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0042]加入125kg混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為9-12小時(shí)，反應(yīng)溫度為100°C~120°C ;所述混合酸包括35%的氫氟酸、30%的鹽酸和95 %的硫酸按照質(zhì)量比1:1:1的比例混合而成；
[0043]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，多次浮選，至物料接近中性；
[0044]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；
[0045]b.重復(fù)a九次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0046] 最后浮選出的泡沫料漿其pH值7.9。[0047]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.98%。
[0048]實(shí)施例3
[0049]向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將500kg石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0050]加入330kg混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為10-14小時(shí)，反應(yīng)溫度為200°C~220°C ;所述混合酸包括48%的氫氟酸、30%的鹽酸和98%的硫酸按照質(zhì)量比1: 1.5:1的比例混合而成；
[0051]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，多次浮選，至物料接近中性；
[0052]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；
[0053]b.重復(fù)a八次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0054]最后浮選出的泡沫料漿其pH值7.4。
[0055]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.97%。
[0056]實(shí)施例4
[0057]向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將1000kg石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0058]加入500kg混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為15-16小時(shí)，反應(yīng)溫度為210°C~230°C ;所述混合酸包括40%的氫氟酸、30%的鹽酸和95%的硫酸按照質(zhì)量比1:2:1的比例混合而成；
[0059]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，多次浮選，至物料接近中性；
[0060]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；
[0061]b.重復(fù)a八次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0062]最后浮選出的泡沫料漿其pH值7.5。
[0063]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.94%。
[0064]實(shí)施例5
[0065]向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將800kg石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)；
[0066]加入400kg混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為13-14小時(shí)，反應(yīng)溫度為190°C~210°C ;所述混合酸包括60%的氫氟酸、30%的鹽酸和98%的硫酸按照質(zhì)量比1: 1.5:1的比例混合而成；
[0067]步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，多次浮選，至物料接近中性；
[0068]a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水，通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序；[0069]b.重復(fù)a八次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；
[0070]最后浮選出的泡沫料漿其pH值7.1。
[0071]步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.95%。
【權(quán)利要求】
1.一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:其包括下列步驟: 步驟一，向反應(yīng)釜內(nèi)加水，將石墨物料投入反應(yīng)釜內(nèi)； 步驟二，以石墨物料重量的20% -75%比例加入混合酸液，打開加熱裝置，再開啟攪拌使物料混合均勻進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間為6~16小時(shí)，反應(yīng)溫度為80°C~230°C ； 步驟三，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)釜內(nèi)物料加入浮選機(jī)內(nèi)，浮選機(jī)內(nèi)充滿去離子水，物料在浮選機(jī)內(nèi)經(jīng)攪拌，多次浮選，至物料接近中性； 步驟四，把步驟三浮選后接近中性的物料送入真空過濾機(jī)中經(jīng)真空過濾后，得到高純石墨，高純石墨的純度為99.9%-99.99% ； 所述步驟一的混合酸包括30-60%的氫氟酸、30%的鹽酸和92-98%的硫酸混合而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟二的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選10-16小時(shí)，反應(yīng)溫度優(yōu)選120°C -160°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于:所述步驟三包括: a.浮選機(jī)內(nèi)加入少量浮選藥劑和大量清水,通入高壓氣體使槽內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡,底部攪拌器將底部石墨不斷攪拌起來，經(jīng)藥劑捕收形成泡沫，由浮選機(jī)刮板將泡沫漿料送入下一道浮選工序； b.重復(fù)a，6~9次，每一次均由經(jīng)過濾的純凈水沖洗并由高號(hào)柴油將其捕收再進(jìn)入下一次浮選工序；最后一次浮選用去離子水；所述高號(hào)柴油是-30號(hào)至-60號(hào)柴油； 最后浮選出的泡沫料漿其PH值達(dá)到6~8。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高純石墨化學(xué)提純連續(xù)生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟一中的混合酸按照氫氟酸:鹽酸:硫酸為1:0.5-2:0.5-1的比例混合而成，所述比例為質(zhì)量比。
5.如權(quán)利要求1中步驟三所述的去離子水是經(jīng)過濾并通過離子交換，經(jīng)過反滲透膜所產(chǎn)生的純凈水，其純度≤10 μ s/cm。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK104003382SQ201410268162
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】趙振宇, 張韜, 張憲森, 呂德祥, 喬波 申請(qǐng)人:雞西市同泰石墨制品有限公司