一種高純石墨的製備方法

種高純（chún）石墨的製備方法（fǎ）
【技術領域】
[0001] 本發明設及石墨化工技術（shù）領域，更具體設及一種高純石墨的製（zhì）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（zhōng）的雜質（zhì）。石墨生產需（xū）要逐步提純，一般將浮選法作為選礦提純第一步，可（kě）將石墨礦石粉 碎後（hòu）提純至中碳（純度為80%~93% )和高碳（94%~98% )。而對於裡離子二次電池的 新（xīn）能源材料、石墨締的製造、納米塗（tú）料、冶金工業（yè）的高級耐火材料、軍工安定（dìng）劑、航天耐高溫 材（cái）料等場合，運種純（chún）度無法滿足某些場（chǎng）合的要求。
[0003] 石墨中含有的主要雜質（zhì）成分是鍾、鋼、儀（yí）、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（zhì）。目前國內外生產高純石墨的方法通常（cháng）有化學 法（fǎ）（氨氣酸法和氯化賠燒法）和（hé）高（gāo）溫法。氨（ān）氣酸法是利用石墨中的雜質和（hé）氨氣酸反應生成 溶於水的氣化物及揮發（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（fǎ）是采用氯氣將石墨中的雜（zá）質轉換成揮發物，氯氣具有強的（de）腐蝕（shí）性和毒性，嚴重汙染環（huán）境， 且（qiě）工藝係統不穩定，生產成本高，在一定（dìng）程度上限製了該工藝的推廣應用。高溫法主要（yào）利用 石墨的沸點遠高於所含雜質娃酸鹽的沸點運一特性，能夠生產99. 99%W上的超（chāo）高純石墨， 對（duì）設備（bèi）性能要求高，但隨（suí）著（zhe）國內高溫（wēn）設備製備水平的逐漸提升，高（gāo）溫法逐（zhú）漸發展成為最具 潛力的高純石墨製備方法。高溫法主要是通過將中碳或高碳石墨置（zhì）於較高的工藝溫度下持 續加熱，使石墨中的雜質（zhì）能充分（fèn）揮發來達到提純的目的。
[0004] 然而（ér），采用高（gāo）溫法製備高純石墨，在實際生產過程中（zhōng）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（bèi）在2600°CW上高溫下持續工作5 小時W上，對（duì）設備提出（chū）較高的要求（qiú），且能耗（hào）高（gāo）；二是提純過程產（chǎn）生大量的（de）雜質揮發物，對設 備爐膛的抗汙染能力要（yào）求高；=是隨著提純過程的（de）進行，加熱區內雜質揮發物濃度增加且 難（nán）W完全及時排出，導致石墨提純環境惡化，石（shí）墨的純度（dù）難W進一步提高。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於克（kè）服現有技（jì）術的缺（quē）陷，提供（gòng）一種兩步法製備高純石墨的方（fāng）法。
[0006] 本發明提供的方法將石墨先通入第一（yī）段石墨提純裝置，在較低溫度條件下進行長（zhǎng） 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（shù）方（fāng）法的流程可參考圖1所示。
[0007] 本發明（míng）提（tí）供（gòng）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（chǎn）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（bù）驟（1)所述溫度優選為1600~2000°C;步（bù）驟（zhòu）（2)所述溫度優選為2600~ 3000 °C。
[0011] 本發（fā）明所述方（fāng）法采用（yòng）的（de）原料為中碳石墨或（huò）高碳石墨。其中，所述（shù）中碳石墨的純度 為80~93%，所述高碳石墨的（de）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，製（zhì）備高純石墨。
[0012] 本發明（míng）所述（shù）石墨（mò）提純裝置為非間歇式裝置，即能實現（xiàn）待提純物（wù）料的連續進料、提（tí） 純後物料的（de）連續出料，提純過程中不經（jīng）曆升溫、降（jiàng）溫（wēn）過（guò）程，兩段裝置分（fèn）別控製在較恒定的溫 度（dù）範圍內，W實現提純（chún）過程的高效（xiào）、節能。
[0013] 在生產過程中進行檢測可知（zhī），經本發（fā）明所述（shù）步驟（1)處理（lǐ）後，石墨中的含碳量一 般可接近99% ;經步驟（2)處理後，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，本發明優選在製備前對石墨原料進 行研磨預處理。具體而言，本發明將所（suǒ）述（shù）中碳（tàn）或高碳石墨研磨至粒徑小於500ym，優選（xuǎn）為（wéi）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（jìn）一步提高石墨提純的效率，本發明在製（zhì）備高（gāo）純石墨 的過程中通入麵素（sù）氣體。具體（tǐ）而言（yán），本發明在步驟（1)或/和步驟（2)中持續通入（rù）麵素氣 體；優選在步（bù）驟（1)中通入氯氣，步驟（zhòu）（2)可通可不通。所述麵素氣體優選為氣氣或氯氣， 進一步優選為（wéi）純度99%W上（shàng）的氯氣。由於麵素氣體（tǐ）性質比較活潑，本發明控（kòng）製氯氣流量為 0. 5~lOmVh，在提高提純效率的（de）基礎上確保（bǎo）生產安（ān）全。在此基礎上，本發明同時優化處理 效率W及生產成本（běn），優選步驟（1)中的氯（lǜ）氣流（liú）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（fāng）米的提純裝置內腔中通（tōng）入的氣體流量。
[0016] 作為本發明（míng）的一種優選方案，所述方法包括（kuò）W下具體（tǐ）步（bù）驟：
[0017] (1)取中碳石墨，研（yán）磨至粒徑200~300ym，通入第（dì）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（tiáo）件為：溫度1600~2000°C，W流速8~IOm3A持續通入（rù）純度 99%W上的（de）氯氣；
[0019] (2)將步驟（1)所得的固（gù）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（shù）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（shàng）的氯氣。
[0021] 上述方法中，步驟（1)所需的溫度相對較（jiào）低，步驟（2)所需的處理時間較短，從而 大大降低對設備（bèi）的運行要求；且步（bù）驟（1)中將大部分的雜質去除後，可確保步驟（2)中石（shí）墨 純化的環境較為純淨，利於經步驟（1)提純後石墨的進一步高效提純。本發明采用上述兩 步法（fǎ），可W使單位產量高純石墨製（zhì）備所（suǒ）需時（shí）間明顯縮（suō）短，顯著提高生產效率，且（qiě）大大降低耗 能W及（jí）生產（chǎn）成本（běn）。
[0022] 本發明進（jìn）一步保護W所述方法製備得到的（de）高純石墨。本發明所述方（fāng）法可W獲得（dé）純 度99. 99%W上的高純石墨。
[0023] 在（zài）一些特殊的（de）工業領域中，如原子反應堆，要求使用（yòng）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（jià）值。
[0024] 與現有技術相比，本發明提供的高（gāo）純石墨的製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（guǎng）、含碳量99. 99%W上高純石墨的工業化生（shēng）產創造條件， 同時具備（bèi）生產效率（lǜ）高（gāo）、能耗低等優點，利於大規模工業化生產，具有極強的實際推廣價值。【附圖（tú）說明】
[00巧]圖1為本發明所述高純（chún）石墨製備方法的（de）工藝流（liú）程圖。
【具體實施方式】
[0026] W下實施例用於說明本發明，但不能用來限製本發明的範圍。 W27] 本發明實施例采用的第一（yī）段和第（dì）二（èr）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（jun1）為含碳（tàn）量85~90%的中碳石墨。 陽〇29] 實施例1
[0030] 按照W下步驟製備高純石墨：
[0031] (1)取石墨，研（yán）磨至粒徑200~300ym，通入第（dì）一段石墨提純裝置，處理0.化，得固（gù） 體產物；
[0032] 所述第一段的處理條件為：溫度（dù）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（gù）體產物通入（rù）第二段石墨提純裝置，處理0.化，即得；
[0034] 所述（shù）第二段的處理條件為：溫（wēn）度3000°C，W流速Im3A持（chí）續通入純度99%W上的 氯氣。
[0035] 經檢測，經步驟（1)處理後石（shí）墨（mò）含碳量為99%，經步驟（2)處理後石墨中含碳量為 99. 99999%。
[0036] 實施例2
[0037] 按照W下步驟製備高純石墨：
[0038] (1)取（qǔ）石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段（duàn）石墨提純（chún）裝置，處（chù）理比，得固體 產物；
[0039] 所述第一段的（de）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（qì）；
[0040] (2)將步驟（1)所得的（de）固體產物通入（rù）第二段（duàn）石墨提（tí）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（sù）Im3A持續通入純（chún）度99%W上的 氯氣。
[0042] 經檢測，經（jīng）步驟（1)處理後石墨含碳量為（wéi）99%，經步（bù）驟似（sì）處理後石墨中（zhōng）含碳量為 99. 9999%。 陽0創實施例3
[0044] 按照W下步驟製備高純石墨：
[0045] (1)取石墨，研磨至粒徑200~300ym，通入第一段石（shí）墨（mò）提純裝置（zhì），處理化，得固體 產物；
[0046] 所（suǒ）述第一段的處理條件為：溫（wēn）度1000°C;
[0047] (2)將步驟（1)所得的固（gù）體產物通入第二段石（shí）墨（mò）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（lǜ）氣。
[0049] 經檢測，經步驟（I)處理後石墨含碳量為98%，經步驟（2)處理後石墨中含碳量為 99. 999%。
[0050] 實施例4
[0051] 與實施例（lì）1相比，區別僅在於：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（dī）於實（shí）施例1所得的99. 99999%。 陽0巧實施例5
[0053] 與實施例1相比，區別僅在於：步（bù）驟（1)和似均不通入氣體（tǐ）；步驟（1)處理時間 不變，步驟（2)經過比（bǐ）後，才能獲得純（chún）度99. 99%的石墨（mò）。
[0054] 對比例1 陽化日]按照W下步驟製備高純石墨：取中碳石墨，研磨至粒徑250ym，通入石（shí）墨提純裝（zhuāng） 置（zhì），采（cǎi）用（yòng）一步法在2600°C下持續處理，經過8~1化後，才獲得純度99. 99%的高純石墨（mò），而 且繼（jì）續延長處理時（shí）間，石墨（mò）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（míng）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（tí）純石墨對設備的要求。
[0057] W上實施方式（shì）僅用於說明本發明，而非對本發明的限製。盡管參照實施例對本發 明進行了詳細說明，本領域（yù）的普通技術人員（yuán）應當理解，對本發明的技術方案進（jìn）行各種組合、 修改或者等同（tóng）替換，都不脫離本發明技術（shù）方案的精神和範圍，均應（yīng）涵蓋在本發明的權利要 求範圍當中。
【主權項】
1. 一種高純石墨的製備方法，其特征在於，包括以（yǐ）下步驟： (1) 取中碳或高碳（tàn）石墨，通入第一段石墨提純裝置（zhì），在1000~2000°C條（tiáo）件下處理 0. 5 ~2.Oh; (2) 將步驟（1)所得的固體產物（wù）通入（rù）第二段石墨提純（chún）裝（zhuāng）置，在2000~3000°C條件下處 理0. 5~1. 0h，即（jí）得高純石墨。2. 根據權利要求1所述的（de）方法，其（qí）特征在於，步驟（1)所述溫度為1600~200(TC。3. 根據權利（lì）要（yào）求（qiú）1或2所述的方法，其（qí）特征在於，步驟（2)所述（shù）溫度為2600~3000 °C。4. 根據權利要求1~3任意一（yī）項所述的方（fāng）法，其特征（zhēng）在於，所述步（bù）驟（zhòu）（1)還包括：在通（tōng） 入第一段石墨提純裝置前，對中碳或高（gāo）碳石墨進行研磨預處理。5. 根據權利要求4所述的方法，其特征在於，所述研磨預處理為研磨至粒徑小於 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（zài）於，在（zài）步驟（zhòu）（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，其特征在於，所（suǒ）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（qiú）6所（suǒ）述的方法，其特征在於，在步驟（1)中以流量8~10m3/h通入純 度（dù）99 %以上的氯氣，在步驟（2)中的以流量8~10m3/h通（tōng）入純度99 %以上的氯氣。9. 根（gēn）據權利要求1所述的方法，其特征在於，包（bāo）括以下步驟： (1) 取中（zhōng）碳石墨，研磨至粒徑（jìng）200~300μm，通入第一段石墨提純裝置，處（chù）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（jiāng）步驟（1)所得的固體產物通入第（dì）二段石墨提純裝置，處理0. 5~0. 7h，即得； 所（suǒ）述第二段的處理條件（jiàn）為：溫（wēn）度2600~3000°C，以流速0. 5~2m3/h持續通入純度 99%以上（shàng）的氯（lǜ）氣。10. 權利（lì）要求1~9任（rèn）意一項所述方法製備而成的高純石墨。
【專利摘要】本發明涉及一（yī）種高純石（shí）墨的製備方法，該方法包括以下具體步驟：(1)取（qǔ）中碳或高（gāo）碳（tàn）石墨，通入第一段石墨提純裝置，在（zài）1000～2000℃條（tiáo）件下處理0.5～2.0h；(2)將經步驟(1)處理所得的固體（tǐ）產物通入第二段石墨提純裝置，在（zài）2000～3000℃條（tiáo）件下處理0.5～1.0h，即得高純石（shí）墨。本發明提供的高純石墨的製備方法可降低高（gāo）溫法（fǎ）對石墨純化裝備的要求，為高溫法的工業化推廣（guǎng）、含碳量99.99％以（yǐ）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（diǎn），利（lì）於大規模工業化生產，具有極強的實際推廣價（jià）值。
【IPC分類】C01B31/04
【公（gōng）開號】CN105271216
【申（shēn）請號】CN201510891382
【發（fā）明人（rén）】胡祥（xiáng）龍, 戴（dài）煜, 湯賢, 王豔豔
【申請人】湖南頂立科技有限公司
【公開日】2016年（nián）1月27日
【申請日】2015年12月（yuè）7日（rì）