專利名稱：低堿量稀堿液制造精制石墨的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種礦物的精制方法，是用堿法制造精制石墨＊的化學(xué)提純方法。
石墨的提純方法主要有兩種，即高溫電熱法和化學(xué)處理法。高溫電熱法是利用石墨的耐高溫性能，將其置于電爐中隔絕空氣加熱到2500℃，使灰分揮發(fā)，從而制得固定碳含量99.9%以上的高純石墨，但其電能消耗太大?；瘜W(xué)處理法是利用氫氧化鈉、氟氫酸、碳酸鈉等進行處理，利用氫氧化鈉處理的方法稱為堿法。
堿法精制石墨的工藝原理是利用石墨中的雜質(zhì)(硅酸鹽等)在500℃以上與氫氧化鈉起化學(xué)反應(yīng)，一部分雜質(zhì)(二氧化硅)生成溶于水的反應(yīng)物，用水浸取反應(yīng)物而被清除。另一部分，如鐵等的氧化物，在堿熔后用鹽酸中和處理時生成溶于水的氯化物，通過洗滌除去。
提純過程的主要化學(xué)反應(yīng)如下熔煉過程
(可溶于水)
＊所謂精制石墨系指固定碳含量為98%以上，99.9%以下的石墨。
酸浸過程
目前國內(nèi)外普遍使用化學(xué)處理方法精制石墨，經(jīng)查日本石墨工業(yè)公司是用氟氫酸提純石墨(請詳見日文刊物“化學(xué)裝置”1978.No9.P91-94)，我國山東南墅石墨礦是用氫氧化鈉提純石墨(詳見中國建筑工業(yè)出版社出版的“石墨選礦”一書中第6章第1節(jié)P205～216)。從二者的生產(chǎn)工藝流程中可看出存在如下問題(1)混料采用錨式或螺旋式攪拌機(常溫)進行，浸漬作用差，需水量大(水量多于石墨原料的重量)，混料效果不好，致使熔煉時溫度高，時間長，能耗大。為此要達到良好的反應(yīng)效果必須使用高堿量(為石墨原料重量的40%以上)高濃度(＞50%)的堿液才可，所以提高了成本。(2)熔煉操作采用間歇式回轉(zhuǎn)熔煉爐，熱效率低，能耗高，易結(jié)圈，難清理。另外由于間歇式操作，所以工作效率低。(3)洗滌操作采用兩段多級V型洗滌槽，有大量浮渣外溢，污染操作環(huán)境;而且需要有溢流管、溢流槽，為防止石墨的流失，還要設(shè)擋板，因此使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外難以控制產(chǎn)品質(zhì)量。(4)脫水采用離心式過瀘機(或真空回轉(zhuǎn)過瀘機)一次脫水，脫水效果不理想，瀘并水份高(約35～45%)。因此造成干燥工序的干燥溫度高，能耗高，產(chǎn)量低。(5)干燥采用轉(zhuǎn)筒干燥機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱效率低，能耗高，還需帶兩三級除塵設(shè)備。
鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的目的是尋求一種工藝先進、設(shè)備簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、能耗低、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高的低堿量、稀堿液制造精制石墨的生產(chǎn)方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的措施及其產(chǎn)生的積極效果如下(1)混料采用全封閉的雙壁配料釜進行熱態(tài)混合。通過蒸汽加熱，浸潤性好，混合效果好，大大減少了水的使用量，可減少水量達40%以上。而且使用低堿量、稀濃度的堿液就可以獲得良好的反應(yīng)效果，從而降低了成本。由于配料釜是全封閉的，操作時無石墨飛揚，不污染環(huán)境。(2)熔煉采用固定式連續(xù)操作的雙層高溫熔煮爐?；旌玫牧鲜紫仍谏蠈舆吳斑M邊利用煙氣廢熱蒸煮至干，再在下層進行熔煉。熱效率高，省能耗，而且便于清除粘結(jié)料和拆換易損件。(3)精制是在特種反應(yīng)釜中進行，無溢流系統(tǒng)，無污染，結(jié)構(gòu)簡單，石墨流失量少。能夠人為地控制精制過程和產(chǎn)品質(zhì)量。(4)脫水采用真空過瀘槽抽瀘和油壓機壓瀘兩步脫水，脫水效率高，使濾并水份降低一半以上，這樣可以大大降低干燥爐溫度，提高干燥爐產(chǎn)量，節(jié)省能耗40～75%左右。(5)干燥是在全封閉的、無級變速的螺旋干燥爐內(nèi)進行，物料邊前進邊干燥?？筛鶕?jù)瀘并水份調(diào)節(jié)干燥爐轉(zhuǎn)速，干燥均勻，能耗低，不揚塵，不用安裝除塵設(shè)施。(6)篩分使用四倉(或六倉)六路吊晃篩進行，可一次同時篩出6種不同粒度的產(chǎn)品，篩分效率高，篩分效果好。
附圖
為本發(fā)明的低堿量稀堿液制造精制石墨的工藝流程圖。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的生產(chǎn)工藝加以詳細(xì)說明。
如附圖所示，首先將固定碳含量為80～85%的低質(zhì)石墨原料裝入全封閉雙壁配料釜(2)中，再用水環(huán)真空泵(15)將事先在化堿槽(1)中制備的稀堿液(固堿量占石墨原料重量的25～35%，濃度小于40%)吸入雙壁配料釜(2)中。然后一邊向雙壁配料釜(2)的夾壁之間通入蒸汽，一邊進行充分地攪拌，在80～100℃溫度下攪拌30～40分鐘后出料。由于是熱態(tài)混料，浸潤性好，混合效果好，可大大減少水的使用量。出料后用單斗卷揚機(3)提升到高位料槽(4)，再經(jīng)園盤出料機(5)向全封閉雙層熔煮爐(6)中加料，在雙層熔煮爐(6)的上層物料邊前進邊利用下層煙氣廢熱進行蒸煮，在下層物料邊前進邊進行熔煉。熔煉溫度在500℃以上，熔煉時間1～1.5小時。由于是連續(xù)操作，所以提高了工作效率。加之前面混合的效果好，使熱效率高，能耗少。然后將熔煉好的物料經(jīng)碎料機(7)打碎熔塊后再經(jīng)斗式提升機(8)，螺旋運輸機(9)送入每個精制反應(yīng)釜(12)的計量料槽(10)。打開卸料閘板(11)向精制反應(yīng)釜(12)內(nèi)加料。在精制反應(yīng)釜(12)內(nèi)加水浸取石墨原料中的雜質(zhì)與堿液反應(yīng)生成的可溶性化合物，排除原料中的一部分雜質(zhì)。用水洗滌6～10次，每次洗滌邊加水邊攪拌3～5分鐘，沉降30～40分鐘，加上加水和放水的時間，大約每隔40～50分鐘循環(huán)一次，直到洗至中性。然后從高位酸罐(13)中向精制反應(yīng)釜(12)內(nèi)加入工業(yè)鹽酸(濃度為31%，用量為石墨原料重量的30%)進行中和反應(yīng)，反應(yīng)1小時之后，加水浸取另一部分可溶性化合物，這樣就排除了石墨原料中的另一部分雜質(zhì)。用水洗滌6～10次，每次洗滌邊加水邊攪拌3～5分鐘，沉降30～40分鐘，加上加水和放水的時間，大約每隔40～50分鐘循環(huán)一次，直到洗至中性為止。精制反應(yīng)釜(12)上設(shè)有觀察孔和排水孔，易于分離排放雜質(zhì)懸浮物，而且能精確地控制精制過程和產(chǎn)品質(zhì)量。
精制后石墨產(chǎn)品從精制反應(yīng)釜(12)中放入到真空過濾槽(14)內(nèi)進行一步抽瀘脫水，其真空度為0.09Mpa，抽瀘時間為15～30分鐘。然后再送入油壓機(17)內(nèi)進行二步壓瀘脫水，單位壓力為4～10Mpa，保壓時間為5～10秒鐘。兩步脫水后使瀘并水份為10～15%。這可使干燥爐節(jié)省燃料40～75%左右。將瀘并通過螺旋運輸機(19)送入全封閉螺旋干燥爐(20)內(nèi)，在200～400℃的溫度下進行干燥。最后用螺旋運輸機(21)將干燥好的料送入儲料槽(22)，再經(jīng)格式給料機(23)送入4倉(或6倉)6路吊晃篩(24)篩分成不同粒度的精制石墨產(chǎn)品，送入裝料袋(25)包裝。本發(fā)明工藝還根據(jù)需要設(shè)置一些“三廢”回收利用系統(tǒng)，諸如利用多級沉淀池(16)回收從精制反應(yīng)釜(12)中流失的石墨，采用蓄水池(18)回收油壓機壓瀘帶出的精制石墨，采用浸煮器[即雙層熔煮爐(6)的上層]回收利用煙氣廢熱以及采用噴淋器回收干燥爐排氣管帶出的石墨粉料等。
實施例1以黑龍江省東麻山石墨礦粒度為-100目，含固定碳為85%的低質(zhì)石墨為原料，向雙壁配料釜(2)加入24袋共600Kg，并用水環(huán)真空泵(15)吸入在化堿槽(1)內(nèi)事先配制好的稀堿液540Kg，其中固堿(含NaOH＞95%)210Kg，水330Kg，堿液濃度為36.9%。向雙壁配料釜(2)的夾壁之間邊通蒸汽邊攪拌，混料時間為30分鐘，出料溫度為85℃。在雙層熔煮爐(6)中的熔煉溫度為850℃，熔煉時間為1.2小時。在精制反應(yīng)釜(12)中，浸堿洗滌8次，每次攪拌5分鐘，沉降35分鐘。加入的工業(yè)鹽酸濃度為31%，加入量為180Kg。反應(yīng)1小時后，用水洗滌8次，每次攪拌5分鐘，沉降35分鐘，在真空過瀘槽(14)內(nèi)的真空度為0.09Mpa，抽瀘時間為25分鐘。在100噸的油壓機(17)內(nèi)的單位壓力為4Mpa，保壓時間為10秒鐘，兩步脫水后瀘并水份為13.8%。在全封閉的螺旋干燥爐(20)內(nèi)的干燥溫度為350℃。最后經(jīng)4倉6路吊晃篩篩分，篩除大塊夾雜物。制得的最終產(chǎn)品的固定碳含量為99.20%，水份為0.15%。
實施例2以黑龍江省東麻山石墨礦的混合目石墨為原料，固定碳含量為85%，在實施例1的操作條件下，按前述工藝過程制造出-100目、100目、80目、50目和35目五種不同粒度產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量為-100目成品的固定碳含量為98.86%，100目的成品的固定碳含量為99.21%，80目成品的固定碳含量為99.55%，50目～35目成品的固定碳含量為99.86%，以上成品的水份均為0.15%。
權(quán)利要求
1.一種低堿量、稀堿液生產(chǎn)精制石墨的方法，以低質(zhì)石墨為原料，用氫氧化鈉堿液作精制劑，經(jīng)混料和在500℃以上的高溫下熔煉之后，用水洗至中性，再用工業(yè)鹽酸中和處理，反應(yīng)后用水洗至中性，經(jīng)脫水、干燥、篩分獲得精制石墨，其特征在于a)混料是在全封閉的雙壁配料釜(2)中熱態(tài)進行的，其溫度為80～100℃，b)熔煉是在全封閉的雙層熔煮爐(6)內(nèi)連續(xù)操作的，熔煉時間為1～1.5小時，c)精制過程是在精制反應(yīng)釜(12)內(nèi)進行的，d)脫水是經(jīng)真空過瀘槽(14)抽瀘和油壓機(17)壓瀘兩步進行，e)干燥是在全封閉無級變速螺旋干燥爐(20)內(nèi)進行的，干燥溫度為200～400℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于所使用的低質(zhì)石墨原料的固定碳含量可為80～85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于在雙壁配料釜(2)中加入的堿液為低堿量(固堿量為石墨重量的25～35%)、低濃度(＜40%)的氫氧化鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于在雙壁配料釜(2)中混料的加水量為石墨原料重量的60%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于原料在雙壁配料釜(2)中是熱態(tài)混合，混合溫度為80～100℃。
6.根據(jù)權(quán)利1所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于混好的料先在雙層熔煮爐(6)的上層邊前進邊利用煙氣余熱進行蒸煮，在雙層熔煮爐(6)的下層邊前進邊熔煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于熔煉后的料在精制反應(yīng)釜(12)中用水洗滌6～10次，每次洗滌邊加水邊攪拌3～5分鐘，沉降30～40分鐘，洗至中性后加入工業(yè)鹽酸(濃度為31%，用量為石墨原料重量的30%)，反應(yīng)一小時之后再用水洗滌6～10次，每次洗滌邊加水邊攪拌3～5分鐘，沉降30～40分鐘，洗至中性為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于一步真空抽瀘的真空度為0.09Mpa，抽瀘時間為15～30分鐘，二步油壓壓瀘的單位壓力為4～10Mpa，保壓時間為5～10秒，兩步脫水后的瀘并水份為10～15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)精制石墨的方法，其特征在于瀘并在螺旋干燥爐(20)內(nèi)干燥時可根據(jù)瀘并水份的多少調(diào)節(jié)干燥爐轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)物料的行進速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種精制石墨的化學(xué)提純方法，其特點是使用含碳量低(固定碳含量80～85％)的原料，采用的堿液精制劑低堿量(固堿量占石墨原料重量的25～35％)、稀濃度(40％)，熱態(tài)混合(80～100℃)，熔煉連續(xù)操作，可人為地控制精制過程和產(chǎn)品質(zhì)量，二步脫水，濾餅水分低(10～15％)，全封閉干燥。所以本精制石墨的方法成本低，工藝簡單，熱效率高，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量高，并能充分利用回收“三廢”，不污染環(huán)境。因此本發(fā)明是一種較為理想的生產(chǎn)固定碳含量98～99％以上的精制石墨方法。
文檔編號C01B31/04GK1051154SQ90106420
公開日1991年5月8日 申請日期1990年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月5日
發(fā)明者王慶賢, 康兆德, 張玉福, 王春迪 申請人:鞍山市精制石墨廠