一种高纯度天然石墨的提纯方法

专利名称：一种高纯度天然石墨的提纯方法
技术领域：
本发明涉及一种石墨的提纯方法，具体的说是一种高纯度天然石墨的提纯方法。
背景技术：
石墨具有润滑的作用，以及具有良好的耐高温和优良的导电性、导热性等特性，应 用领域广泛。在电气工业中应用于生产碳素电极、电极碳棒、电池等方面；在机械领域中常 用于高速运转机械的润滑剂；在化学工业中用于制造各种抗腐蚀器皿和设备；天然石墨颗 粒的形状、晶体结构、表面结构、杂质含量等均与石墨材料的嵌锂性能有密切关系。常见的 天然石墨形状主要为致密结晶状石墨、鳞片石墨、隐晶质石墨，自然界中不存在纯净的天然 石墨，天然石墨常含有不同程度的杂质，包括Si02、A1203、MgO、CaO、P2O5> CuO等。石墨作为 工业原料，尤其在一些特殊行业以及原子能工业、汽车工业、航天技术、生物技术等高新技 术工业，不但对石墨的碳含量要求极高，同时也要求在石墨的成分中不能含有过多的微量 元素，必须是99. 9%以上的高纯度石墨，然而现在一般的天然石墨含碳量均无法满足这些 行业对高纯度石墨的要求，为此必须对天然石墨进行提纯。目前对天然石墨采取的提纯法 仍是利用石墨的耐高温的性能，从而使用高温电热法提高石墨纯度，由于此工艺复杂，需要 建设大型电炉，电力资源浪费严重，同时需要不断通入惰性气体，造成成本高昂。尤其重要 一点，是当石墨纯度达到99. 93%时，已达到极限，无法使石墨的固定碳含量继续提高。中 国专利申请号200410015267. 4公开一种天然鳞片高纯石墨提纯方法，利用氧化剂和络合 剂在高温条件下对天然鳞片石墨进行提纯，该提纯方法的产品纯度较低，对石墨的回收效 率也较低。中国专利申请号94105051. 3公开了天然石墨的氯化提纯工艺，该工艺是在反 应炉中利用氯气与物料的散料层进行渗透或流态化的形式渗透催化剂或还原剂的作用进 行高温氯化提纯，该提纯技术复杂、存在着一定的安全隐患，而提纯后的石墨纯度为98%至 99.9%,目前对于氯气提纯尚未形成工业化生产。中国专利申请号200610127388. 7公开了 一种天然石墨超高纯度的提纯方法，该方法利用氧化处理、高温融化、脱碱得到99. 999%的 石墨，该技术存在工艺复杂、对原料的颗粒选择过大等缺点。另外国内外也有采用高温提纯 天然鳞片石墨，即将天然石墨装入已石墨化过的石墨坩埚内进行石墨化提纯，利用石墨坩 埚具有良好的导电、导热以及耐高温特性，石墨灰粉2700°C度以上高温气化逸出，该方法能 将纯度提高至99. 99%以上，但高温石墨纯化存在纯化时间长、工艺流程复杂、要求较高的 温度同时严重浪费电力资源，然而化学提纯石墨的方法由于工艺落后，对于小颗粒的石墨 不能较好的回收，对环境造成污染，并且纯度亦不能满足市场对产品的需求。

发明内容
本发明的目的主要针对上述问题，提供一种纯度高、工艺简单、节省电力资源、利 于石墨回收的高纯度天然石墨的的提纯方法。本发明为解决上述问题所采用的技术方案是一种高纯度天然石墨的提纯方法， 其提纯步骤为
步骤一、取含碳量> 60%的石墨400_600kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分 比依次加入乙二胺四乙酸7. 5% -8. 33%、氢氟酸13% -17%、硝酸0. 25% -0. 34%、盐酸 20% -25%，后加入100-150L水，开机搅拌，转速200-300转/分钟，搅拌时间20-30分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至 85-950C，反应4-7小时，反应过程中每隔50-70分钟搅拌一次，每次搅拌时间3_10分钟，搅 拌速度200-300转/分钟，反应完成后，再静置3-8小时，静置完成后排出反应釜内的尾气， 制得混合料浆A ；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，向冷却塔II内注入重量为混合料浆A两 倍量的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至冷却塔 II内的温度降至35-45°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入洗 涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速500-700转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的pH值呈6. 4-6. 9 止，后将洗涤器III的转速设置为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2 的含水量为20% -30%止，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入硫酸 20 % -25 %、氢氟酸10 %，然后加入纯水100-150L，搅拌20-30分钟，搅拌速度为200-300转 /分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 85-95°C，反应2-5小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间3_9分钟，每 次搅拌速度为200-300转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将 反应釜I内的废气排出，制得混合料浆C ；步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至35-45°C止，形成 混合料浆D ；步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为500-700转/分钟，洗涤至使混合料浆D的PH值呈6. 4-6. 9止，停 止洗涤，然后将洗涤器III的转速调整为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，制得混合料 浆E，脱水后的混合料浆E含水量为20% -30% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入氧化剂25% 和络合剂15% -20%,或氧化剂50%或络合剂30% -40%,然后加入纯水100-150L，搅拌 20-30分钟，搅拌速度200-300转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至85_95°C，反应5_8个小时，反应 过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为3-7分钟，每次搅拌速度为200-300转/ 分钟，反应完成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤i^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至35-45°C止，形 成混合料浆G ；步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为500-700转/分钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 4-6. 9止，后将洗 涤器III的转速调整为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料 浆H的含水量为20% -30% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为150-350°C， 烘干后的含水量< 0. 1%，碳含量为99. 9991% -99. 9995%，制得产品；所述的氧化剂由浓度为98%的硫酸、浓度为98%的硝酸、浓度为30% -33%的盐 酸和浓度为40% -45%氢氟酸组成，各物料的重量比为硫酸32% -38% 硝酸-2% 盐酸 32% -38% 氢氟酸 22% -35% ；所述的络合剂，为乙二胺四乙酸、氟化铵和二巯基丙醇组合，各物料的重量比为乙 二胺四乙酸30% -33% 氟化铵30% -33% 二巯基丙醇34% -40%。本发明所述的天然石墨的粒度为100-10000目。本发明所述的纯水为经过离子交换树脂处理过的不含Ca2+、Mg2+、CL_、Si2+等杂质 离子的纯水。本发明的有益效果是目前，在石墨提纯工艺中均采用化学提纯或氯化提纯工艺，对于6000目以上的天 然石墨则提纯的纯度很难达到99. 9以上。通过本工艺利用氧化剂和络合剂与天然石墨原 料进行化学反应，去除原料中Si02、A1203、MgO、CaO、P2O5> CuO等杂质，从而生产出微量元素 含量低，性能稳定的产品。目前，大多在提纯过程中采用自来水用于石墨的提纯工艺中，由于一般的水质中 均含有Ca2+、Mg2+、CL_、Si2+等离子物质，不利于去除石墨中本身所含有的Si02、A1203、MgO、 Ca0、P205、Cu0等杂质，本技术方案的工艺中采用经过离子交换树脂处理过的不含Ca2+、Mg2+、 CL_、Si2+等杂质离子的纯水，更好的去除石墨中所含有的Ca2+、Mg2+、CL-、Si2+等杂质离子，同 时可以使石墨中的PH值达到6. 4-6. 9。从而得到纯度高达99. 999%以上，灰粉< 1PPM，微 量元素< 0. 5PPM的石墨。本技术方案的工艺中用于提纯时按重量百分比依次加入7. 5% -8. 33%的乙二 胺四乙酸、13% -17%的氢氟酸、0. 25% -0. 34%的硝酸、20% -25%的盐酸，在提纯过程中 按上述比例和顺序加入乙二胺四乙酸、氢氟酸、硝酸、盐酸，并按照技术方案的方法调整反 应温度，能够对所加入的石墨原料进行充分的化学反应，去除石墨中本身所含有的Si02、 Al203、Mg0、Ca0、P205、Cu0等杂质，达到最佳去除杂质的效果。与原有技术相比，减少了化学 试剂的用量，降低了生产成本。在本技术方案的工艺中将反应釜内的温度加热至85-90°C，可以是石墨与所加入 的氢氟酸、盐酸、硝酸和乙二胺四乙酸与石墨中的所含的Ca2+、Mg2+、CL—、Si2+等杂质离子能 够进行充分的化学反应，通过洗涤、脱水后，去除石墨中含有的Si02、A1203、MgO、CaO、P2O5, CuO等杂质，本技术方案中所选用的温度范围，并按照所述的温度范围进行提纯，能够使提 纯达到最佳效果。络合剂具有分散、悬浮作用和很强的络合能力，在较小用量甚至极小用量就能达 到需要的络合程度，络合剂还能有Ca2+、Mg2+等金属离子发生络合，形成金属络合物，从而达 到去除金属离子的目的。而在本技术方案的工艺中加入的络合剂能是络合剂与石墨中的 Ca2+、Mg2+等离子发生络合，形成金属络合物，通过洗涤、脱水去除石墨中含有的Si02、Al203、Mg0、Ca0、P205、Cu0等杂质，本技术方案选用合适的络合剂，并按照所述的比例加入进行提纯 能够进一步提高纯化的效果。本技术方案的工艺中可对粒度为100-10000目，含碳量> 60%的石墨原料进行纯 化，得到纯度为99. 999%的石墨成品，具有工艺简单，易于操作，反应时间短，生产效率高， 耗电量低，在提纯过程中不需要大型的加工设备，节约生产成本。所得产品可应用于电子工 业、国防尖端工业、化学分析工业、核工业、航天工业等高科技领域。
具体实施例方式实施例一一种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为60%的石墨400kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入30kg的乙二胺四乙酸、50kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为40% )、2kg的硝酸(硝酸 的浓度为98% )和80kg的盐酸(盐酸的浓度为30% )，然后加入100L的水，搅拌速度为 200转/分钟，搅拌时间20分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至85°C， 在此温度下反应4小时，反应过程中每隔50分钟搅拌一次，每次搅拌时间3分钟，搅拌速度 200转/分钟，反应完成后，再静置3小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A的重量百分比向冷却塔II 内注入1322L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷 却塔II内的温度降至35°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入 洗涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速500转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 4止，后将 洗涤器III的转速设置为1000转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量为 20 %，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入80kg的硫 酸(硫酸的浓度为98% ) ,40kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为40% )，然后加入纯水100L，搅 拌20分钟，搅拌速度为200转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 850C，反应2小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间3分钟，每次搅拌速 度为200转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至35°C止，形成混合料 浆0;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为500转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 4止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1000转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合料浆E含水量为20% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入32kg的硫酸 (硫酸的浓度为98% )、lkg的硝酸(硝酸的浓度为98% )、32kg的盐酸(盐酸的浓度为 30%) ,35kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为40% ) ,20kg的乙二胺四乙酸、20kg的氟化铵、20kg 的二巯基丙醇，然后加入纯水100，搅拌20分钟，搅拌速度200转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至85°C，反应5个小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为3分钟，每次搅拌速度为200转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤^^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至35°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为500转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 4止，后将洗涤器III 的转速调整为1000转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 20% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为150°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9991%，制得产品。实施例二一种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为64%的石墨440kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入34kg的乙二胺四乙酸、60kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为41% )、2. 4kg的硝酸(硝 酸的浓度为98%)和95kg的盐酸(盐酸的浓度为30%)，然后加入IlOL的水，搅拌速度为 200转/分钟，搅拌时间22分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至87°C， 在此温度下反应4小时，反应过程中每隔54分钟搅拌一次，每次搅拌时间5分钟，搅拌速度 200转/分钟，反应完成后，再静置4小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A的重量百分比向冷却塔II 内注入1480L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷 却塔II内的温度降至37°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入 洗涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速500转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 5止，后将 洗涤器III的转速设置为1100转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量为 22%，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入95kg的硫 酸(硫酸的浓度为98% )、44kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为41%)，然后加入纯水110L，搅 拌22分钟，搅拌速度为200转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至87 V，反应2小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间5分钟，每次搅拌速 度为200转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至37°C止，形成混合料 浆0;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为500转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 5止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1100转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为22% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入38kg的硫酸 (硫酸的浓度为98% )、2kg的硝酸(硝酸的浓度为98% )、38kg的盐酸(盐酸的浓度为 31%)、22kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为41% )、40kg的乙二胺四乙酸、40kg的氟化铵、40kg 的二巯基丙醇，然后加入纯水110L，搅拌22分钟，搅拌速度200转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至87°C，反应5个小时，反应过程中 每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为4分钟，每次搅拌速度为200转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤^^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至37°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为500转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 5止，后将洗涤器III 的转速调整为1100转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 22% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为190°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9992%，制得产品。实施例三一种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为68%的石墨480kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入38kg的乙二胺四乙酸、70kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为42% )、2. 8kg的硝酸(硝 酸的浓度为98% )和80kg的盐酸(盐酸的浓度为31% )，然后加入120L水，开机搅拌，转 速200转/分钟，搅拌时间24分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至89°C， 在此温度下反应5小时，反应过程中每隔58分钟搅拌一次，每次搅拌时间7分钟，搅拌速度 200转/分钟，反应完成后，再静置5小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A的重量百分比向冷却塔II 内注入1579L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷 却塔II内的温度降至39°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入洗涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速600转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 6止，后将 洗涤器III的转速设置为1200转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量呈 24%止，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入IOOkg的硫 酸(硫酸的浓度为98% ) ,48kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为42% )，然后加入纯水120L，搅 拌24分钟，搅拌速度为200转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 890C，反应3小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间6分钟，每次搅拌速 度为200转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至39°C止，形成混合料 浆0;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为600转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 6止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1200转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为24% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入64kg的硫酸 (硫酸的浓度为98% )、2kg的硝酸(硝酸的浓度为98% )、64kg的盐酸(盐酸的浓度为 32% ) ,70kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为42% )，然后加入纯水130L，搅拌25分钟，搅拌速 度为200转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至89°C，反应6个小时，反应过程中 每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为5分钟，每次搅拌速度为200转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤^^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至39°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为600转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 6止，后将洗涤器III 的转速调整为1200转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 24% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为230°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9993%，制得产品。实施例四—种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为72%的石墨520kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入42kg的乙二胺四乙酸、80kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为43% )、3. 2kg的硝酸(硝酸的浓度为98% )和115kg的盐酸(盐酸的浓度为32% )，然后加入130L水，开机搅拌，转 速300转/分钟，搅拌时间26分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至91°C， 在此温度下反应6小时，反应过程中每隔62分钟搅拌一次，每次搅拌时间8分钟，搅拌速度 300转/分钟，反应完成后，再静置6小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A重量百分比向冷却塔II内 注入1777L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至冷却 塔II内的温度降至41°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入洗 涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速600转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 7止，后将 洗涤器III的转速设置为1300转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量呈 26%止，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入115kg的硫 酸(硫酸的浓度为98%)、52kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为40%)，然后加入纯水130L，搅 拌26分钟，搅拌速度为300转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 91°C，反应4小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间6分钟，每次搅拌速 度为300转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度200转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至41°C止，形成混合料 浆0;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为600转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 7止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1300转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为26% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入76kg的硫酸 (硫酸的浓度为98% )、4kg的硝酸(硝酸的浓度为98% )、76kg的盐酸(盐酸的浓度为 33% ) ,44kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为45% )，然后加入纯水130L，搅拌26分钟，搅拌速 度为300转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至91°C，反应7个小时，反应过程中 每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为6分钟，每次搅拌速度为300转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤^^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至41°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为600转/分钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 7止，后将洗涤器III 的转速调整为1300转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 26% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为270°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9994%，制得产品。实施例五一种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为76%的石墨560kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入46kg的乙二胺四乙酸、90kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为44% )、3. 6kg的硝酸(硝 酸的浓度为98% )、130kg的盐酸(盐酸的浓度为32% )，然后加入140L水，后加入140L的 水，搅拌速度为300转/分钟，搅拌时间28分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至93°C， 在此温度下反应7小时，反应过程中每隔66分钟搅拌一次，每次搅拌时间9分钟，搅拌速度 300转/分钟，反应完成后，再静置7小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A的重量百分比向冷却塔II 内注入1120L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌时间 使冷却塔II内的温度降至43°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2 置入洗涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速700转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 8止，后将 洗涤器III的转速设置为1400转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量呈 28%止，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入130kg的硫 酸(硫酸的浓度为98% )，然后加入纯水140L，搅拌28分钟，搅拌速度为300转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 930C，反应5小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间8分钟，每次搅拌速 度为300转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至43°C止，形成混合料 浆0;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为700转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 8止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1400转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为28% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入40kg的乙二 胺四乙酸、40kg的氟化铵、40kg的二巯基丙醇，然后加入纯水140L，搅拌28分钟，搅拌速度 为300转/分钟；
步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至93°C，反应8个小时，反应过程中 每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为7分钟，每次搅拌速度为300转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤i^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至43°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为700转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 8止，后将洗涤器III 的转速调整为1400转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 28% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为310°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9995%，制得产品。实施例六一种高纯度天然石墨的提纯方法，其提纯步骤为步骤一、取碳含量为80%的石墨600kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比依 次加入50kg的乙二胺四乙酸、IOOkg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为45% )、4kg的硝酸(硝酸 的浓度为98% )和150kg的盐酸(盐酸的浓度为33% )，然后加入150L水，搅拌速度为300 转/分钟，搅拌时间30分钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至95°C，在 此温度下反应7小时，反应过程中每隔70分钟搅拌一次，每次搅拌时间10分钟，搅拌速度 300转/分钟，反应完成后，再静置8小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混合料浆 A；步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，按混合料浆A的重量百分比向冷却塔II 内注入2104L的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至冷 却塔II内的温度降至45°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入 洗涤器III内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水 边洗涤，洗涤器III的洗涤转速700转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的PH值呈6. 9止，后将 洗涤器III的转速设置为1500转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的含水量为 30 %，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入150kg的硫 酸(硫酸的浓度为98% ) ,60kg的氢氟酸(氢氟酸的浓度为45% )，然后加入纯水150L，搅 拌30分钟，搅拌速度为300转/分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 950C，反应5小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间9分钟，每次搅拌速 度为300转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将反应釜I内的 废气排出，制得混合料浆C;步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至混合料浆D的温度降至45°C止，形成混合料Id;步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗 涤器III的洗涤转速为700转/分钟，洗涤至混合料浆D的PH值呈6. 9止，停止洗涤，然后 将洗涤器III的转速调整为1500转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为30% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入80kg的乙二 胺四乙酸、80kg的氟化铵、80kg的二巯基丙醇，然后加入纯水150L，搅拌30分钟，搅拌速度 为300转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至95°C，反应8个小时，反应过程中 每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为7分钟，每次搅拌速度为300转/分钟，反应完 成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤^^一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内， 边加入边搅拌，搅拌速度300转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至45°C止，形成混合料 浆G;步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为700转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 9止，后将洗涤器III 的转速调整为1500转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H的含水量 为 30% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为350°C，烘干 后的石墨中的含水量< 0. 1%，石墨的碳含量为99. 9995%，制得产品。
权利要求
1. 一种高纯度天然石墨的提纯方法，采用含碳量> 60%的石墨为原料，经提纯后的纯 度> 99. 9991%，步骤如下步骤一、取含碳量> 60%的石墨400-600kg，放入反应釜I内，按石墨的重量百分比 依次加入乙二胺四乙酸7. 5% -8. 33%、氢氟酸13% _17%、硝酸0. 25% -0. 34%、盐酸 20% -25%，然后加入100-150L水，开机搅拌，转速200-300转/分钟，搅拌时间20-30分 钟；步骤二、升温反应，开启反应釜I上的温控装置，使反应釜I内的温度升至85-95°C， 反应4-7小时，反应过程中每隔50-70分钟搅拌一次，每次搅拌时间3-10分钟，搅拌速度 200-300转/分钟，反应完成后，再静置3-8小时，静置完成后排出反应釜内的尾气，制得混 合料浆A;步骤三、将混合料浆A置入冷却塔II内，向冷却塔II内注入重量为混合料浆A两倍量 的纯水，形成混合料浆A-2，边注水边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至冷却塔II内 的温度降至35-45°C止，完成降温后，打开冷却塔II的放料阀，将混合料浆A-2置入洗涤器 III 内；步骤四、将混合料浆A-2置入洗涤器III中后，向洗涤器III中注入纯水，边注水边洗 涤，洗涤器III的洗涤转速500-700转/分钟，洗涤至混合料浆A-2的pH值呈6. 4-6. 9止， 后将洗涤器III的转速设置为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，脱水至混合料浆A-2的 含水量为20% -30%止，停止脱水，制得混合料浆B ；步骤五、将混合料浆B重新放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入硫酸 20 % -25 %、氢氟酸10 %，然后加入纯水100-150L，搅拌20-30分钟，搅拌速度为200-300转 /分钟；步骤六、第二次升温反应，开启反应釜I的温控装置，使反应釜I内的温度升至 85-95°C，反应2-5小时，反应过程中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间3_9分钟，每 次搅拌速度为200-300转/分钟，反应结束后，关闭电源，打开反应釜I上的尾气排放阀，将 反应釜I内的废气排出，制得混合料浆C ；步骤七、先在冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆C置入冷却塔II内，边加 入边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至混合料浆C的温度降至35-45°C止，形成混合 料浆D ；步骤八、将混合料浆D置入洗涤器III中，向洗涤器III中通入纯水，开机洗涤，洗涤器 III的洗涤转速为500-700转/分钟，洗涤至使混合料浆D的pH值呈6. 4-6. 9止，然后将洗 涤器III的转速调整为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，制得混合料浆E，脱水后的混合 料浆E含水量为20% -30% ；步骤九、再将混合料浆E放入反应釜I内，按石墨的重量百分比加入氧化剂25%和络 合剂15% -20%，或氧化剂50%或络合剂30% -40%，然后加入纯水100-150L，搅拌20-30 分钟，搅拌速度200-300转/分钟；步骤十、第三次升温反应，将反应釜I的温度升至85-95°C，反应5-8个小时，反应过程 中每隔1小时进行一次搅拌，每次搅拌时间为3-7分钟，每次搅拌速度为200-300转/分钟， 反应完成后，打开尾气阀，排出废气，制得混合料浆F ；步骤十一、先向冷却塔II内加入1000L的纯水，后将混合料浆F置入冷却塔II内，边加入边搅拌，搅拌速度200-300转/分钟，搅拌至冷却塔II内的温度降至35-45°C止，形成 混合料浆G ；步骤十二、先向洗涤器III中通入纯水，并将洗涤器III的转速调整为500-700转/分 钟，后加入混合料浆G，边加入边洗涤，洗涤至混合料浆G的pH值呈6. 4-6. 9止，后将洗涤器 III的转速调整为1000-1500转/分钟，进行离心脱水，脱水后制得混合料浆H，混合料浆H 的含水量为20% -30% ；步骤十三、将脱水后的混合料浆H送至烘干设备上烘干，烘干温度为150-350°C，烘干 后的含水量< 0. 1%，碳含量为99. 9991% -99. 9995%，制得产品；所述的氧化剂由浓度为98%的硫酸、浓度为98%的硝酸、浓度为30% -33%的盐酸和 浓度为40% -45%氢氟酸组成，各物料的重量比为硫酸32% -38% 硝酸-2% 盐酸 32% -38% 氢氟酸 22% -35% ；所述的络合剂，为乙二胺四乙酸、氟化铵和二巯基丙醇组合，各物料的重量比为乙二胺 四乙酸30% -33% 氟化铵30% -33% 二巯基丙醇34% -40%。
2.根据权利要求1所述的一种高纯度天然石墨的提纯方法，其特征在于所述的天然 石磨的粒度为100-10000目。
3.根据权利要求1所述的一种高纯度天然石墨的提纯方法，其特征在于所述的纯水， 为经过离子交换树脂处理过的不含Ca2+、Mg2+、CL—、Si2+杂质离子的水。
全文摘要
一种高纯度天然石墨的提纯方法，本发明采用高温提纯石墨的方法，经过高温反应、化学提纯、洗涤、脱水后获得高纯度的石墨，本方法利用氧化剂、络合剂与天然石墨进行反应，去除原料中杂质，得到微量元素含量低，性能稳定的石墨。本发明工艺对含碳量＞60％的石墨原料进行纯化，得到纯度大于99.9991％，灰粉＜1PPM，微量元素＜0.5PPM的石墨，具有工艺简单，易于操作，生产效率高，耗电量低，不需要大型的加工设备，节约生产成本。
文档编号C01B31/04GK102001649SQ20101055885
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者侯玉奇 申请人:洛阳市冠奇工贸有限责任公司