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(fā)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(yè)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(fā)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(fā)物，氯氣具有強的腐蝕性和毒性，嚴重污染環(huán)境， 且工藝系統(tǒng)不穩(wěn)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(fā)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(xù)加熱，使石墨中的雜質能充分揮發(fā)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(xù)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(fā)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(qū)內雜質揮發(fā)物濃度增加且 難W完全及時排出，導致石墨提純環(huán)境惡化，石墨的純度難W進一步提高。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(fā)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(fā)明所述方法的流程可參考圖1所示。
[0007] 本發(fā)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(yōu)選為1600~2000°C;步驟（2)所述溫度優(yōu)選為2600~ 3000 °C。
[0011] 本發(fā)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(xiàn)資源的合理開發(fā)和充分利用， 本發(fā)明優(yōu)選W純度較低的中碳石墨為原料，制備高純石墨。
[0012] 本發(fā)明所述石墨提純裝置為非間歇式裝置，即能實現(xiàn)待提純物料的連續(xù)進料、提 純后物料的連續(xù)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(xiàn)提純過程的高效、節(jié)能。
[0013] 在生產過程中進行檢測可知，經本發(fā)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(fā)，本發(fā)明優(yōu)選在制備前對石墨原料進 行研磨預處理。具體而言，本發(fā)明將所述中碳或高碳石墨研磨至粒徑小于500ym，優(yōu)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(fā)明在制備高純石墨 的過程中通入面素氣體。具體而言，本發(fā)明在步驟（1)或/和步驟（2)中持續(xù)通入面素氣 體；優(yōu)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(yōu)選為氣氣或氯氣， 進一步優(yōu)選為純度99%W上的氯氣。由于面素氣體性質比較活潑，本發(fā)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(fā)明同時優(yōu)化處理 效率W及生產成本，優(yōu)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(fā)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(fā)明的一種優(yōu)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(xù)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(xù)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(huán)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(fā)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(fā)明進一步保護W所述方法制備得到的高純石墨。本發(fā)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(yè)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(fā)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(xiàn)有技術相比，本發(fā)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(yè)化推廣、含碳量99. 99%W上高純石墨的工業(yè)化生產創(chuàng)造條件， 同時具備生產效率高、能耗低等優(yōu)點，利于大規(guī)模工業(yè)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(fā)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(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。 W27] 本發(fā)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(xù)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(xù)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(xù)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(xù)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(chuàng)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(xù)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(qū)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(qū)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(xù)處理，經過8~1化后，才獲得純度99. 99%的高純石墨，而 且繼續(xù)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(fā)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(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā) 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(fā)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(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(yōu)選為粒徑200~300μm。6. 根據(jù)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(xù)通入氟氣或氯氣，優(yōu)選通入純度99%以上的氯氣。7. 根據(jù)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(yōu)選 為 5 ~10m3/h。8. 根據(jù)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(jù)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(xù)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(xù)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(fā)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(fā)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(yè)化推廣、含碳量99.99％以上高純石墨的工業(yè)化生產創(chuàng)造條件，同時具備生產效率高、能耗低等優(yōu)點，利于大規(guī)模工業(yè)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?zhí)枴緾N201510891382
【發(fā)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