天然隱晶質石墨的提純方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種天然隱晶質石墨的提純方法，該方法以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經過濾、烘干，制得堿洗石墨，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成；再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸漬反應，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經過濾、烘干，制得含碳量在99.90％以上的石墨。該提純方法能量消耗小、環(huán)境污染小，而且提純效率高。
【專利說明】天然隱晶質石墨的提純方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及天然石墨提純方法，尤其是對天然隱晶質石墨為原料進行提純且對環(huán)境污染小和能耗小的方法。
【背景技術】
[0002]微晶石墨是許多工業(yè)生產中重要的原材料和添加劑，也被廣泛認為是工業(yè)味精。微晶石墨在亞洲、美洲、歐洲等一些國家和地區(qū)都有儲藏，而我國是亞洲乃至世界現(xiàn)已探明最大的微晶石墨儲藏地，經反復勘探的儲量大于3400萬噸。近年來，隨著電子信息工業(yè)、核工業(yè)、國防工業(yè)及汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，石墨市場也發(fā)生了巨大變化。首先，市場對“量”的需求加大，其次是對石墨“質”的要求提高，市場需求推動了石墨價位大幅上揚。石墨是重要的戰(zhàn)略資源，在經濟社會發(fā)展中占有十分重要的地位。隨著高端技術的發(fā)展，石墨的深度開發(fā)應用要求向高純度、高細度發(fā)展，這已成為石墨業(yè)界不爭的共識。
[0003]前期對石墨提純主要集中在天然鱗片石墨，對隱晶質石墨的提純研宄相對較少，同時隱晶質石墨的提純技術難度較大，也是制約其應用范圍的主要原因之一，目前隱晶質石墨的提純很多還是借鑒天然鱗片石墨的技術，常見的提純方法包括(1)浮選法；(2)堿酸兩步法；(3)氫氟酸法；(4)氫氟酸-鹽(硫)酸法等。其中，浮選法成本最低，能耗和試劑消耗最少，但要獲得含碳量95%以上的石墨很難；氫氟酸法和氫氟酸-鹽(硫)酸法的除雜效率高，能耗也比較低，但由于氫氟酸的毒性大和強腐蝕性對環(huán)境造成污染而使該法的應用范圍受到限制。堿酸法提純后的石墨含量可達99%以上，但在堿煅燒過程中需要高溫燒結、能量消耗大、設備腐蝕嚴重、提純工藝步驟長，因此有必要優(yōu)化工藝條件，降低能量損耗，盡可能降低成本，提高效益?，F(xiàn)有報道的堿酸兩步法提純的石墨的含碳量很難達到99.90%以上，即使將熔融溫度提高至800度，含碳量最多也只能提高到99.80%。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有堿酸法提純石墨技術存在的缺陷，提供一種能量消耗小、環(huán)境污染小，而且提純效率高的天然隱晶質石墨的提純方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]天然隱晶質石墨的提純方法，包括以下步驟:
[0007]1)以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經過濾、烘干，制得堿洗石墨，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成；
[0008]2)再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸漬反應，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；
[0009]3)將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經過濾、烘干，制得成品石墨。
[0010]進一步，作為原料的天然隱晶質石墨的固定碳含量為80 %?85 %，粒徑為
0.044mm ?0.150mm。
[0011]進一步，作為原料的天然隱晶質石墨、氫氧化鈉、助劑的質量比為40?70:100:2 ?8。
[0012]進一步，所述助劑中偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉的質量比為10?30:90?70。
[0013]進一步，步驟1)中加熱至150?300°C，同時充分攪拌溶液反應1?2h，然后將溶液和石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7?8時，進行沉淀，最后經過濾、烘干，制得堿洗石墨。
[0014]進一步，所述可溶性氟鹽為氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨。
[0015]進一步，步驟2)的硝酸質量濃度為55?65%。
[0016]進一步，步驟2)加熱到60?90°C時，同時進行攪拌、浸漬反應2?6小時，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；步驟3)含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在6?7時，進行沉淀，最后經過濾、烘干，制得成品石墨。
[0017]本發(fā)明在堿洗過程中，在天然隱晶質石墨與氫氧化鈉固體煅燒時，加入由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成的助劑以及水，不僅無需加熱到很高溫度，就能達到高溫煅燒堿熔融的效果，還能夠盡可能除去隱晶質石墨中的二氧化硅和三氧化二鋁，這樣可以降低能量損耗。
[0018]本發(fā)明在酸洗過程中，采用可溶性氟鹽和硝酸與堿洗石墨一起反應，能夠除去了一般采用鹽酸、硫酸或者鹽酸-硝酸難以除去的雜質，使得提純得到的石墨含碳量達到99.90%以上。進一步，可溶性氟鹽可選用氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨等含氟的無機鹽，這樣可以降低對環(huán)境的污染程度。
【具體實施方式】
[0019]實施例1
[0020]將60g含碳量80%、粒徑為0.044mm的隱晶質石墨加入反應容器中，加入100g氫氧化鈉和4g助劑(由1.2g偏硼酸鈉和2.8g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來水配置，成400ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置于油浴爐中，將電爐升溫至150°C攪拌2小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液pH值為8時沉淀；過濾，隨后放于恒溫鼓風干燥箱烘干2小時。將堿溶樣品烘干后稱取20g，40ml 65%硝酸和15g氟化氨一起加入反應容器，在溫度為90°C反應2小時，反應后溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，又重新放于干燥箱中烘干2小時，獲得含碳量99.94%的石墨粉。
[0021]實施例2
[0022]將40g含碳量80%、粒徑為0.150mm的隱晶質石墨加入反應容器中，加入100g氫氧化鈉和2g助劑(由0.4g偏硼酸鈉和1.6g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來水配置，成450ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置于油浴爐中，將電爐升溫至300°C攪拌1.5小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，隨后放于恒溫鼓風干燥箱烘干2小時。將堿溶樣品烘干后稱取20g，50ml 55%硝酸和20g氟化鈉一起加入反應容器，在溫度為60°C反應6小時，反應后溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為6時沉淀；過濾，又重新放于干燥箱中烘干2小時，獲得含碳量99.90%的石墨粉。
[0023]實施例3
[0024]將70g含碳量85%、粒徑為0.120mm的隱晶質石墨加入反應容器中，加入100g氫氧化鈉和8g助劑(由2.4g偏硼酸鈉和5.6g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來水配置，成500ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置于油浴爐中，將電爐升溫至200°C攪拌2小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，隨后放于恒溫鼓風干燥箱烘干2小時。將堿溶樣品烘干后稱取20g，50ml 60%硝酸和16g 二氟氫氨一起加入反應容器，在溫度為80°C反應4小時，反應后溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，又重新放于干燥箱中烘干2小時，獲得含碳量99.92%的石墨粉。
[0025]實施例4
[0026]將50g含碳量85%、粒徑為0.066mm的隱晶質石墨加入反應容器中，加入100g氫氧化鈉和6g助劑(由0.6g偏硼酸鈉和5.4g 二異丁基萘磺酸鈉組成)，加入自來水配置，成400ml溶液，用玻璃棒充分攪拌混合均勻置于油浴爐中，將電爐升溫至250°C攪拌2小時，取出，自然冷卻至室溫，溶液和石墨分離，水洗樣品至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，隨后放于恒溫鼓風干燥箱烘干2小時。將堿溶樣品烘干后稱取20g，45ml 60%硝酸和20g氟化鈉一起加入反應容器，在溫度為70°C反應3小時，反應后溶液和石墨分離，水洗石墨至洗滌溶液pH值為7時沉淀；過濾，又重新放于干燥箱中烘干2小時，獲得含碳量99.91 %的石墨粉。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.天然隱晶質石墨的提純方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)以天然隱晶質石墨為原料，加入氫氧化鈉固體和助劑，再加入水，加熱，同時充分攪拌溶液反應，然后將溶液和石墨分離，洗滌后沉淀，最后經過濾、烘干，制得堿洗石墨，所述助劑由偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉組成； 2)再將堿洗石墨、可溶性氟鹽和硝酸一起加入反應容器中，加熱，同時進行攪拌、浸漬反應，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨； 3)將含酸石墨洗滌、沉淀，最后經過濾、烘干，制得成品石墨。
2.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，作為原料的天然隱晶質石墨的固定碳含量為80%?85%，粒徑為0.044mm?0.150mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，作為原料的天然隱晶質石墨、氫氧化鈉、助劑的質量比為40?70:100:2?8。
4.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，所述助劑中偏硼酸鈉和二異丁基萘磺酸鈉的質量比為10?30:90?70。
5.根據(jù)權利要求1或3所述的提純方法，其特征在于，步驟1)中加熱至150?300°C，同時充分攪拌溶液反應1?2h，然后將溶液和石墨分離，用水洗滌至洗滌液pH值在7?8時，進行沉淀，最后經過濾、烘干，制得堿洗石墨。
6.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，所述可溶性氟鹽為氟化鈉、氟化氨或二氟氫氨。
7.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，步驟2)的硝酸質量濃度為55?65%。
8.根據(jù)權利要求1所述的提純方法，其特征在于，步驟2)加熱到60?90°C時，同時進行攪拌、浸漬反應2?6小時，然后將溶液和石墨分離，制得含酸石墨；步驟3)含酸石墨用水洗滌至洗滌液pH值在6?7時，進行沉淀，最后經過濾、烘干，制得成品石墨。
【文檔編號】C01B31/04GK104495797SQ201410693623
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權日:2014年11月26日
【發(fā)明者】林前鋒 申請人:林前鋒