一種高純石墨的制備方法

種高純石墨的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及石墨化工技術領域，更具體設及一種高純石墨的制備方法。
【背景技術】
[0002] 局純石墨是含碳量達到99. 9%W上的石墨，生廣局純石墨主要是通過提純去除石 墨中的雜質。石墨生產需要逐步提純，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、冶金工業的高級耐火材料、軍工安定劑、航天耐高溫 材料等場合，運種純度無法滿足某些場合的要求。
[0003] 石墨中含有的主要雜質成分是鐘、鋼、儀、鐵、巧、侶等的娃酸鹽礦物，對石墨的進 一步提純就是采取有效手段去除運部分雜質。目前國內外生產高純石墨的方法通常有化學 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和氨氣酸反應生成 溶于水的氣化物及揮發物而達到提純的目的，該法對設備腐蝕性大，而且毒性強；氯化賠燒 法是采用氯氣將石墨中的雜質轉換成揮發物，氯氣具有強的腐蝕性和毒性，嚴重污染環境， 且工藝系統不穩定，生產成本高，在一定程度上限制了該工藝的推廣應用。高溫法主要利用 石墨的沸點遠高于所含雜質娃酸鹽的沸點運一特性，能夠生產99. 99%W上的超高純石墨， 對設備性能要求高，但隨著國內高溫設備制備水平的逐漸提升，高溫法逐漸發展成為最具 潛力的高純石墨制備方法。高溫法主要是通過將中碳或高碳石墨置于較高的工藝溫度下持 續加熱，使石墨中的雜質能充分揮發來達到提純的目的。
[0004] 然而，采用高溫法制備高純石墨，在實際生產過程中存在W下幾點問題：一是將中 碳或高碳石墨一步提純到99. 99%W上的純度，需要設備在2600°CW上高溫下持續工作5 小時W上，對設備提出較高的要求，且能耗高；二是提純過程產生大量的雜質揮發物，對設 備爐膛的抗污染能力要求高；=是隨著提純過程的進行，加熱區內雜質揮發物濃度增加且 難W完全及時排出，導致石墨提純環境惡化，石墨的純度難W進一步提高。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種兩步法制備高純石墨的方法。
[0006] 本發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行長 時間處理；再通入第二段石墨提純裝置，在較高溫度條件下進行短時間處理，從而獲得高純 石墨。本發明所述方法的流程可參考圖1所示。
[0007] 本發明提供的方法包括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,得固體產物；
[0009] (2)將經步驟（1)處理所得的固體產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)所述溫度優選為1600~2000°C;步驟（2)所述溫度優選為2600~ 3000 °C。
[0011] 本發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%。為了實現資源的合理開發和充分利用， 本發明優選W純度較低的中碳石墨為原料，制備高純石墨。
[0012] 本發明所述石墨提純裝置為非間歇式裝置，即能實現待提純物料的連續進料、提 純后物料的連續出料，提純過程中不經歷升溫、降溫過程，兩段裝置分別控制在較恒定的溫 度范圍內，W實現提純過程的高效、節能。
[0013] 在生產過程中進行檢測可知，經本發明所述步驟（1)處理后，石墨中的含碳量一 般可接近99% ;經步驟（2)處理后，含碳量可達到99. 99%W上。
[0014] 為了促進石墨原料中雜質快速、充分地揮發，本發明優選在制備前對石墨原料進 行研磨預處理。具體而言，本發明將所述中碳或高碳石墨研磨至粒徑小于500ym，優選為粒 徑200~300ym，從而提高純化效率。
[0015] 為了促進雜質的充分去除，進一步提高石墨提純的效率，本發明在制備高純石墨 的過程中通入面素氣體。具體而言，本發明在步驟（1)或/和步驟（2)中持續通入面素氣 體；優選在步驟（1)中通入氯氣，步驟（2)可通可不通。所述面素氣體優選為氣氣或氯氣， 進一步優選為純度99%W上的氯氣。由于面素氣體性質比較活潑，本發明控制氯氣流量為 0. 5~lOmVh，在提高提純效率的基礎上確保生產安全。在此基礎上，本發明同時優化處理 效率W及生產成本，優選步驟（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。本發明所述氣體流量是指每立方米的提純裝置內腔中通入的氣體流量。
[0016] 作為本發明的一種優選方案，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，得固體產物；
[0018] 所述第一段的處理條件為：溫度1600~2000°C，W流速8~IOm3A持續通入純度 99%W上的氯氣；
[0019] (2)將步驟（1)所得的固體產物通入第二段石墨提純裝置，處理0.5~0.化，即 得；
[0020] 所述第二段的處理條件為：溫度2600~3000°C，W流速0. 5~2mVh持續通入純 度99%W上的氯氣。
[0021] 上述方法中，步驟（1)所需的溫度相對較低，步驟（2)所需的處理時間較短，從而 大大降低對設備的運行要求；且步驟（1)中將大部分的雜質去除后，可確保步驟（2)中石墨 純化的環境較為純凈，利于經步驟（1)提純后石墨的進一步高效提純。本發明采用上述兩 步法，可W使單位產量高純石墨制備所需時間明顯縮短，顯著提高生產效率，且大大降低耗 能W及生產成本。
[0022] 本發明進一步保護W所述方法制備得到的高純石墨。本發明所述方法可W獲得純 度99. 99%W上的高純石墨。
[0023] 在一些特殊的工業領域中，如原子反應堆，要求使用的石墨中雜質含量不應超過 幾十個ppm。因此，本發明提供的純度在99. 99%W上的石墨具有極高的實用價值。
[0024] 與現有技術相比，本發明提供的高純石墨的制備方法可降低高溫法對石墨純化裝 備的要求，為高溫法的工業化推廣、含碳量99. 99%W上高純石墨的工業化生產創造條件， 同時具備生產效率高、能耗低等優點，利于大規模工業化生產，具有極強的實際推廣價值?！靖綀D說明】
[00巧]圖1為本發明所述高純石墨制備方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0026] W下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。 W27] 本發明實施例采用的第一段和第二段石墨提純裝置的內腔尺寸均為 00.15~LOOmx1.5~2.5m。

[0028] W下各實施例中的石墨原料均為含碳量85~90%的中碳石墨。 陽〇29] 實施例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 體產物；
[0032] 所述第一段的處理條件為：溫度2000°C，W流速Sm3A持續通入純度99%W上的 氯氣；
[0033] (2)將步驟（1)所得的固體產物通入第二段石墨提純裝置，處理0.化，即得；
[0034] 所述第二段的處理條件為：溫度3000°C，W流速Im3A持續通入純度99%W上的 氯氣。
[0035] 經檢測，經步驟（1)處理后石墨含碳量為99%，經步驟（2)處理后石墨中含碳量為 99. 99999%。
[0036] 實施例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 產物；
[0039] 所述第一段的處理條件為：溫度1600°C，W流速Sm3A持續通入純度99%W上的 氯氣；
[0040] (2)將步驟（1)所得的固體產物通入第二段石墨提純裝置，處理0.化，即得；
[0041] 所述第二段的處理條件為：溫度2600。W流速Im3A持續通入純度99%W上的 氯氣。
[0042] 經檢測，經步驟（1)處理后石墨含碳量為99%，經步驟似處理后石墨中含碳量為 99. 9999%。 陽0創實施例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 產物；
[0046] 所述第一段的處理條件為：溫度1000°C;
[0047] (2)將步驟（1)所得的固體產物通入第二段石墨提純裝置，處理比，即得；
[0048] 所述第二段的處理條件為：溫度2000°C，W流速2mVh持續通入純度99%W上的 氯氣。
[0049] 經檢測，經步驟（I)處理后石墨含碳量為98%，經步驟（2)處理后石墨中含碳量為 99. 999%。
[0050] 實施例4
[0051] 與實施例1相比，區別僅在于：步驟（1)和似中W相同的流量通入氮氣；所得石 墨的純度為99. 99%，低于實施例1所得的99. 99999%。 陽0巧實施例5
[0053] 與實施例1相比，區別僅在于：步驟（1)和似均不通入氣體；步驟（1)處理時間 不變，步驟（2)經過比后，才能獲得純度99. 99%的石墨。
[0054] 對比例1 陽化日]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下持續處理，經過8~1化后，才獲得純度99. 99%的高純石墨，而 且繼續延長處理時間，石墨的純度也難W進一步提高。
[0056] 由該對比例可知，本發明所述方法可明顯提高提純石墨的生產效率，提純石墨的 時間大大縮短，則降低了提純石墨對設備的要求。
[0057] W上實施方式僅用于說明本發明，而非對本發明的限制。盡管參照實施例對本發 明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行各種組合、 修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要 求范圍當中。
【主權項】
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. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)所述溫度為1600~200(TC。3. 根據權利要求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. 根據權利要求1~3任意一項所述的方法，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，對中碳或高碳石墨進行研磨預處理。5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述研磨預處理為研磨至粒徑小于 500μm，優選為粒徑200~300μm。6. 根據權利要求1~5任意一項所述的方法，其特征在于，在步驟（1)或/和步驟（2) 處理過程中持續通入氟氣或氯氣，優選通入純度99%以上的氯氣。7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述氣體的通入量為0. 5~10m3/h，優選 為 5 ~10m3/h。8. 根據權利要求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. 根據權利要求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; 所述第一段的處理條件為：溫度1600~2000°C，以流速8~10m3/h持續通入純度99% 以上的氯氣； (2) 將步驟（1)所得的固體產物通入第二段石墨提純裝置，處理0. 5~0. 7h，即得； 所述第二段的處理條件為：溫度2600~3000°C，以流速0. 5~2m3/h持續通入純度 99%以上的氯氣。10. 權利要求1~9任意一項所述方法制備而成的高純石墨。
【專利摘要】本發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)將經步驟(1)處理所得的固體產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。本發明提供的高純石墨的制備方法可降低高溫法對石墨純化裝備的要求，為高溫法的工業化推廣、含碳量99.99％以上高純石墨的工業化生產創造條件，同時具備生產效率高、能耗低等優點，利于大規模工業化生產，具有極強的實際推廣價值。
【IPC分類】C01B31/04
【公開號】CN105271216
【申請號】CN201510891382
【發明人】胡祥龍, 戴煜, 湯賢, 王艷艷
【申請人】湖南頂立科技有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年12月7日