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在工業(yè)生產(chǎn)中,石墨是很常見的材料,很多工業(yè)生產(chǎn)都用到了這種材料,為工業(yè)的生產(chǎn)做出了很大的貢獻。想要制取石墨材料,做好石墨的提純工作是很重要的。那么想要提高石墨的純度有哪些具體的方法呢?應(yīng)該怎樣進行操作呢?一起來看一下吧。
一、浮選提純法
浮選法是最常用的選礦方法之一,該方法原理是依據(jù)石墨良好的天然疏水性,使其表面不易被水浸潤,利用石墨自身疏水性或經(jīng)浮選藥劑作用獲得疏水特性,在礦漿體系借助氣泡浮力,在液-氣界面發(fā)生聚集使其與雜質(zhì)礦物分離從而達到提純的目的。一般情況下先采用正浮選,然后對精選產(chǎn)品進行反浮選。
浮選法優(yōu)點是:能耗低、藥劑用量少,成本低。缺點是:提純的石墨純度有限,品位一般為85%~90%且再次提高品位不易,回收率不高,石墨產(chǎn)品多屬于中碳石墨(80.0≤C<94.0)。因此浮選法主要用于石墨的初步提純,獲得高碳石墨還需用化學(xué)或火法提純方法對產(chǎn)品進行再加工處理。
二、堿酸法
堿酸法包括兩個反應(yīng)過程:堿熔過程和酸浸過程。堿熔過程是在高溫條件下,利用熔融狀態(tài)下的堿和石墨中酸性雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),特別是含硅的雜質(zhì)(如硅酸鹽、硅鋁酸 鹽、石英等),生成可溶性鹽,再經(jīng)洗滌去除雜質(zhì),使石墨純度得以提高。酸浸過程的基本原理是利用酸和金屬氧化物雜質(zhì)反應(yīng),這部分雜質(zhì)在堿熔過程中沒有和堿發(fā)生反應(yīng)。使金屬氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鹽,再經(jīng)洗滌使其與石墨分離,經(jīng)過堿熔和酸浸相結(jié)合對石墨提純有較好的效果。
堿酸法優(yōu)點是:具有一次性投資少、產(chǎn)品品位較高、適應(yīng)性強等特點,以及設(shè)備簡單、通用性強的優(yōu)點。不足是需要高溫煅燒,能量消耗大,工藝流程長,設(shè)備腐蝕嚴重,石墨流失量大以及廢水污染嚴重,因而利用石墨提純廢水制取聚合氯化硅酸鋁鐵(PAFSiC)等綜合利用技術(shù)顯得十分重要。
三、氫氟酸法
氫氟酸是強酸,幾乎可以與石墨中的任何雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng),而石墨具有良好的耐酸性,特別是可以耐氫氟酸,決定了石墨可以用氫氟酸進行提純。氫氟酸法的主要流程為石墨和氫氟酸混合,氫氟酸和雜質(zhì)反應(yīng)一段時間產(chǎn)生可溶性物質(zhì)或揮發(fā)物,經(jīng)洗滌去除雜質(zhì),脫水烘干后得到提純石墨。
氫氟酸提純法優(yōu)點為:提純效率高、產(chǎn)品純度較高、能耗低、對產(chǎn)品性能影響不大等。缺點是:HF易揮發(fā)且有毒性,生產(chǎn)過程必須有嚴格的安全防護和廢水處理系統(tǒng)。存在工藝復(fù)雜、成本高、腐蝕性強、環(huán)境污染較大等缺點,難以推行大規(guī)模生產(chǎn)。
四、氯化焙燒法
氯化焙燒法是常見的火法提純法,其原理是利用石墨中的硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等雜質(zhì)在高溫加熱條件下可分解成二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等氧化物。在石墨粉中添加一定量的還原劑,在高溫和特定氛圍下焙燒,氧化物雜質(zhì)與氯氣發(fā)生氯化反應(yīng),使氧化物轉(zhuǎn)化成氯化物。由于氯化物熔沸點相對較低,從而使這些氯化物受高溫焙燒汽化逸出,從而達到除雜提純目的。
氯化焙燒法優(yōu)點是:具有節(jié)約能源、提純效率高、回收率高等優(yōu)點。缺點是工藝條件不穩(wěn)定、純化成本較高、尾氣難處理造成空氣污染嚴重等。此外,氯氣有一定毒性、對設(shè)備腐蝕嚴重等一系列缺點,可控性差,限制了該法很難被推廣應(yīng)用。
五、高溫提純法
高溫提純法工作原理是利用石墨耐高溫的特性及其與雜質(zhì)之間的熔沸點差異,將石墨添加到石墨化的石墨坩堝中,在通入惰性氣體和保護氣體的特定條件下,利用特定的純化爐加熱到2700℃,反應(yīng)發(fā)生一段時間便能使雜質(zhì)發(fā)生氣化從石墨中溢出,實現(xiàn)除雜的目的。該技術(shù)可以將除雜后產(chǎn)品的純度提升至99.99%以上。
高溫提純法優(yōu)點是產(chǎn)品純度高,高純度石墨(C≥99.995%)。缺點是高溫法僅限于對高純度原料提純,需要特定的高溫爐因而造成投資、生產(chǎn)成本高、對操作技術(shù)要求嚴格等弊端。