一种高纯石墨的制备方法

种高纯石墨的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及石墨化工技术领域，更具体设及一种高纯石墨的制备方法。
【背景技术】
[0002] 局纯石墨是含碳量达到99. 9%W上的石墨，生广局纯石墨主要是通过提纯去除石 墨中的杂质。石墨生产需要逐步提纯，一般将浮选法作为选矿提纯第一步，可将石墨矿石粉 碎后提纯至中碳（纯度为80%~93% )和高碳（94%~98% )。而对于裡离子二次电池的 新能源材料、石墨締的制造、纳米涂料、冶金工业的高级耐火材料、军工安定剂、航天耐高溫 材料等场合，运种纯度无法满足某些场合的要求。
[0003] 石墨中含有的主要杂质成分是钟、钢、儀、铁、巧、侣等的娃酸盐矿物，对石墨的进 一步提纯就是采取有效手段去除运部分杂质。目前国内外生产高纯石墨的方法通常有化学 法（氨氣酸法和氯化赔烧法）和高溫法。氨氣酸法是利用石墨中的杂质和氨氣酸反应生成 溶于水的氣化物及挥发物而达到提纯的目的，该法对设备腐蚀性大，而且毒性强；氯化赔烧 法是采用氯气将石墨中的杂质转换成挥发物，氯气具有强的腐蚀性和毒性，严重污染环境， 且工艺系统不稳定，生产成本高，在一定程度上限制了该工艺的推广应用。高溫法主要利用 石墨的沸点远高于所含杂质娃酸盐的沸点运一特性，能够生产99. 99%W上的超高纯石墨， 对设备性能要求高，但随着国内高溫设备制备水平的逐渐提升，高溫法逐渐发展成为最具 潜力的高纯石墨制备方法。高溫法主要是通过将中碳或高碳石墨置于较高的工艺溫度下持 续加热，使石墨中的杂质能充分挥发来达到提纯的目的。
[0004] 然而，采用高溫法制备高纯石墨，在实际生产过程中存在W下几点问题：一是将中 碳或高碳石墨一步提纯到99. 99%W上的纯度，需要设备在2600°CW上高溫下持续工作5 小时W上，对设备提出较高的要求，且能耗高；二是提纯过程产生大量的杂质挥发物，对设 备炉膛的抗污染能力要求高；=是随着提纯过程的进行，加热区内杂质挥发物浓度增加且 难W完全及时排出，导致石墨提纯环境恶化，石墨的纯度难W进一步提高。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种两步法制备高纯石墨的方法。
[0006] 本发明提供的方法将石墨先通入第一段石墨提纯装置，在较低溫度条件下进行长 时间处理；再通入第二段石墨提纯装置，在较高溫度条件下进行短时间处理，从而获得高纯 石墨。本发明所述方法的流程可参考图1所示。
[0007] 本发明提供的方法包括W下具体步骤：
[0008] (1)取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提纯装置，在1000~2000°c条件下处理 0.5~2.Oh,得固体产物；
[0009] (2)将经步骤（1)处理所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，在2000~ 3000°C条件下处理0. 5~1.Oh,即得高纯石墨。
[0010] 其中，步骤（1)所述溫度优选为1600~2000°C;步骤（2)所述溫度优选为2600~ 3000 °C。
[0011] 本发明所述方法采用的原料为中碳石墨或高碳石墨。其中，所述中碳石墨的纯度 为80~93%，所述高碳石墨的纯度为94~98%。为了实现资源的合理开发和充分利用， 本发明优选W纯度较低的中碳石墨为原料，制备高纯石墨。
[0012] 本发明所述石墨提纯装置为非间歇式装置，即能实现待提纯物料的连续进料、提 纯后物料的连续出料，提纯过程中不经历升溫、降溫过程，两段装置分别控制在较恒定的溫 度范围内，W实现提纯过程的高效、节能。
[0013] 在生产过程中进行检测可知，经本发明所述步骤（1)处理后，石墨中的含碳量一 般可接近99% ;经步骤（2)处理后，含碳量可达到99. 99%W上。
[0014] 为了促进石墨原料中杂质快速、充分地挥发，本发明优选在制备前对石墨原料进 行研磨预处理。具体而言，本发明将所述中碳或高碳石墨研磨至粒径小于500ym，优选为粒 径200~300ym，从而提高纯化效率。
[0015] 为了促进杂质的充分去除，进一步提高石墨提纯的效率，本发明在制备高纯石墨 的过程中通入面素气体。具体而言，本发明在步骤（1)或/和步骤（2)中持续通入面素气 体；优选在步骤（1)中通入氯气，步骤（2)可通可不通。所述面素气体优选为氣气或氯气， 进一步优选为纯度99%W上的氯气。由于面素气体性质比较活泼，本发明控制氯气流量为 0. 5~lOmVh，在提高提纯效率的基础上确保生产安全。在此基础上，本发明同时优化处理 效率W及生产成本，优选步骤（1)中的氯气流量为8~10m3/h，步骤（2)中的氯气流量为 0.5~2m3/h。本发明所述气体流量是指每立方米的提纯装置内腔中通入的气体流量。
[0016] 作为本发明的一种优选方案，所述方法包括W下具体步骤：
[0017] (1)取中碳石墨，研磨至粒径200~300ym，通入第一段石墨提纯装置，处理 0.5~比，得固体产物；
[0018] 所述第一段的处理条件为：溫度1600~2000°C，W流速8~IOm3A持续通入纯度 99%W上的氯气；
[0019] (2)将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，处理0.5~0.化，即 得；
[0020] 所述第二段的处理条件为：溫度2600~3000°C，W流速0. 5~2mVh持续通入纯 度99%W上的氯气。
[0021] 上述方法中，步骤（1)所需的溫度相对较低，步骤（2)所需的处理时间较短，从而 大大降低对设备的运行要求；且步骤（1)中将大部分的杂质去除后，可确保步骤（2)中石墨 纯化的环境较为纯净，利于经步骤（1)提纯后石墨的进一步高效提纯。本发明采用上述两 步法，可W使单位产量高纯石墨制备所需时间明显缩短，显著提高生产效率，且大大降低耗 能W及生产成本。
[0022] 本发明进一步保护W所述方法制备得到的高纯石墨。本发明所述方法可W获得纯 度99. 99%W上的高纯石墨。
[0023] 在一些特殊的工业领域中，如原子反应堆，要求使用的石墨中杂质含量不应超过 几十个ppm。因此，本发明提供的纯度在99. 99%W上的石墨具有极高的实用价值。
[0024] 与现有技术相比，本发明提供的高纯石墨的制备方法可降低高溫法对石墨纯化装 备的要求，为高溫法的工业化推广、含碳量99. 99%W上高纯石墨的工业化生产创造条件， 同时具备生产效率高、能耗低等优点，利于大规模工业化生产，具有极强的实际推广价值。【附图说明】
[00巧]图1为本发明所述高纯石墨制备方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0026] W下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。 W27] 本发明实施例采用的第一段和第二段石墨提纯装置的内腔尺寸均为 00.15~LOOmx1.5~2.5m。

[0028] W下各实施例中的石墨原料均为含碳量85~90%的中碳石墨。 阳〇29] 实施例1
[0030] 按照W下步骤制备高纯石墨：
[0031] (1)取石墨，研磨至粒径200~300ym，通入第一段石墨提纯装置，处理0.化，得固 体产物；
[0032] 所述第一段的处理条件为：溫度2000°C，W流速Sm3A持续通入纯度99%W上的 氯气；
[0033] (2)将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，处理0.化，即得；
[0034] 所述第二段的处理条件为：溫度3000°C，W流速Im3A持续通入纯度99%W上的 氯气。
[0035] 经检测，经步骤（1)处理后石墨含碳量为99%，经步骤（2)处理后石墨中含碳量为 99. 99999%。
[0036] 实施例2
[0037] 按照W下步骤制备高纯石墨：
[0038] (1)取石墨，研磨至粒径200~300ym，通入第一段石墨提纯装置，处理比，得固体 产物；
[0039] 所述第一段的处理条件为：溫度1600°C，W流速Sm3A持续通入纯度99%W上的 氯气；
[0040] (2)将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，处理0.化，即得；
[0041] 所述第二段的处理条件为：溫度2600。W流速Im3A持续通入纯度99%W上的 氯气。
[0042] 经检测，经步骤（1)处理后石墨含碳量为99%，经步骤似处理后石墨中含碳量为 99. 9999%。 阳0创实施例3
[0044] 按照W下步骤制备高纯石墨：
[0045] (1)取石墨，研磨至粒径200~300ym，通入第一段石墨提纯装置，处理化，得固体 产物；
[0046] 所述第一段的处理条件为：溫度1000°C;
[0047] (2)将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，处理比，即得；
[0048] 所述第二段的处理条件为：溫度2000°C，W流速2mVh持续通入纯度99%W上的 氯气。
[0049] 经检测，经步骤（I)处理后石墨含碳量为98%，经步骤（2)处理后石墨中含碳量为 99. 999%。
[0050] 实施例4
[0051] 与实施例1相比，区别仅在于：步骤（1)和似中W相同的流量通入氮气；所得石 墨的纯度为99. 99%，低于实施例1所得的99. 99999%。 阳0巧实施例5
[0053] 与实施例1相比，区别仅在于：步骤（1)和似均不通入气体；步骤（1)处理时间 不变，步骤（2)经过比后，才能获得纯度99. 99%的石墨。
[0054] 对比例1 阳化日]按照W下步骤制备高纯石墨：取中碳石墨，研磨至粒径250ym，通入石墨提纯装 置，采用一步法在2600°C下持续处理，经过8~1化后，才获得纯度99. 99%的高纯石墨，而 且继续延长处理时间，石墨的纯度也难W进一步提高。
[0056] 由该对比例可知，本发明所述方法可明显提高提纯石墨的生产效率，提纯石墨的 时间大大缩短，则降低了提纯石墨对设备的要求。
[0057] W上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发 明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、 修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要 求范围当中。
【主权项】
1. 一种高纯石墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提纯装置，在1000~2000°C条件下处理 0. 5 ~2.Oh; (2) 将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，在2000~3000°C条件下处 理0. 5~1. 0h，即得高纯石墨。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1)所述温度为1600~200(TC。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤（2)所述温度为2600~3000 °C。4. 根据权利要求1~3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤（1)还包括：在通 入第一段石墨提纯装置前，对中碳或高碳石墨进行研磨预处理。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述研磨预处理为研磨至粒径小于 500μm，优选为粒径200~300μm。6. 根据权利要求1~5任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤（1)或/和步骤（2) 处理过程中持续通入氟气或氯气，优选通入纯度99%以上的氯气。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气体的通入量为0. 5~10m3/h，优选 为 5 ~10m3/h。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤（1)中以流量8~10m3/h通入纯 度99 %以上的氯气，在步骤（2)中的以流量8~10m3/h通入纯度99 %以上的氯气。9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 取中碳石墨，研磨至粒径200~300μm，通入第一段石墨提纯装置，处理0. 5~lh; 所述第一段的处理条件为：温度1600~2000°C，以流速8~10m3/h持续通入纯度99% 以上的氯气； (2) 将步骤（1)所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，处理0. 5~0. 7h，即得； 所述第二段的处理条件为：温度2600~3000°C，以流速0. 5~2m3/h持续通入纯度 99%以上的氯气。10. 权利要求1~9任意一项所述方法制备而成的高纯石墨。
【专利摘要】本发明涉及一种高纯石墨的制备方法，该方法包括以下具体步骤：(1)取中碳或高碳石墨，通入第一段石墨提纯装置，在1000～2000℃条件下处理0.5～2.0h；(2)将经步骤(1)处理所得的固体产物通入第二段石墨提纯装置，在2000～3000℃条件下处理0.5～1.0h，即得高纯石墨。本发明提供的高纯石墨的制备方法可降低高温法对石墨纯化装备的要求，为高温法的工业化推广、含碳量99.99％以上高纯石墨的工业化生产创造条件，同时具备生产效率高、能耗低等优点，利于大规模工业化生产，具有极强的实际推广价值。
【IPC分类】C01B31/04
【公开号】CN105271216
【申请号】CN201510891382
【发明人】胡祥龙, 戴煜, 汤贤, 王艳艳
【申请人】湖南顶立科技有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年12月7日