专利名称：高纯石墨电炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以一次性完成高纯石墨提纯 进行石墨深加工技术开发及产业化的技术设备。属电气和材料科学 领域。
技术背景石墨(Graphite)的特殊原子结构，使其具有耐高 温、导电和导热性、润滑性、可塑性、化学稳定性、特殊的抗热震性 能等优良的特性。石墨的熔点为3850 ±50"，沸点为42501C。石墨 是一种特特殊的非金属材料，由于它兼有金属、非金属以及有机塑料 许多优良的性能，已在冶金、机械、电气、化工、轻工、电子、原子 能、航空航天、国防等工业部门获得广泛应用。是现代高新技术必不 可少的重要非金属材料。
石墨按其固定碳含量可分为低碳石墨<85%01、中碳石墨85 93% C、高碳石墨94 99XC、高纯石墨》99.9MC。
世界天然石墨已探明储量中国第一。 石墨的提纯
从天然石墨矿石中利用浮选法选出的石墨精矿，其品位最高达 到95%左右。由于硅酸盐矿物及钾、钠、钙、镁、铝、铁的化合物 浸染在石墨鳞片中，继续用机械选矿方法进一步富集提纯就比较困 难，因此必须采用化学方法和物理方法处理，进一步除去石墨中的灰 分杂质。
国内天然石墨的高纯度提纯目前仅有化学方法，本实用 新型专利高纯石墨是物理方法高温提纯高纯石墨尚属空白。高纯石墨是石墨提纯、微粉、复合材料及制品深加工技术 世界四大课题之一。
石墨的化学法提纯
石墨的化学提纯方法，又分为湿法和干法两种。湿法化 学提纯，就是将浮选的石墨精矿，在氟氢酸中浸取洗涤，或
将石墨精矿用苛性钠在50or以上高温熔融，然后浸取洗涤， 并用盐酸中和与用水洗涤。干法化学提纯就是利用活性的化 学气体通过石墨，与石墨中的灰分杂质发生化学反应，使杂 质转化成为易挥发性物质从石墨中逸出。这些方法，都是依 据石墨的化学惰性而进行的。 用苛性钠提纯石墨
这种方法的基本原理是利用苛性钠在5001C以上高温与 石墨灰分中的硅酸盐矿物等杂质起化学反应，之后，在加入 盐酸，这样就使熔融过程中生成的氢氧化物和硅酸钠全部溶 解，再经水洗而得到合格产品。应用这种方法提纯的石墨， 可将品位为89 90%的浮选精矿，提高品位到99%，这种 方法目前用得比较多。
用氢氟酸提纯石墨
其基本原理是利用氢氟酸能溶解硅酸盐矿物的性能除去 石墨中的灰分杂质。采用这种方法提纯石墨，其产品品位可 达到99%以上。由于氢氟酸有剧毒和严重腐蚀性，生产过程 中必须有严格的安全防护措施，而且成本较高，因此在生产中使用受到一定的限制。 干法化学提纯
基本原理是用有活性的化学气体，通过石墨，使杂质变 成具有压力的蒸汽化合物。这种蒸汽压力，使其随着流动的 气体一起被带走。石墨可以用加热的方法，在标准压力或稍 低的压力下，与被吸附的物质脱离。可以使用固体或气体催 化剂，如四氯化碳，可使杂质转化为易挥发的物质从石墨逸
出。这种方法能使石墨纯化到99.6%。如果不用催化剂，其 纯度只能达到97%。
综上所述石墨的化学法提纯尚有以下不利因素
1化学法提纯石墨纯度提高到99%以上每提高0.1%难 度越大，提高到99.9%比较困难。
2石墨经酸处理后含酸会影响产品质量和应用，PH值 提高到7亦较困难。
3化学法提纯石墨产品含水分约0.2%，热工高温法提 纯石墨产品含水分接近为零。
4.酸、碱处理石墨后的废液的排放对环境污染。
石墨的物理法提纯
本实用新型高纯石墨电炉用于石墨的物理法高温提纯， 其基本原理是利用石墨能耐高温的性质，当把石墨置于特 制的电炉中隔绝空气加热到2500"€时，石墨灰分中的杂质 就被蒸发出去，而石墨则再结晶，从而使石墨的质量大大提尚o
石墨高温提纯是在特制的纯化炉中进行的，这种炉用耐 火砖砌成，通入电流其大小随炉子的规格尺寸而定，炉内温
度呈直线上升，达2500r时停电保持72小时。石墨在纯化 过程中，需要严格的保温、绝缘和与空气隔绝。这种方法， 能将石墨提纯到99.97%。如果在纯化炉内通入氯气和氟气， 最后通入氮气，使杂质更容易挥发，而石墨的纯度可以提高 到99.99% 99.999%，而且纯化的时间还可以适当地縮短。 这种方法提纯石墨，可以生产光谱纯石墨。 国外对石墨的高温纯化亦进行一些研究工作，研究资料 表明，石墨杂质的析出速度与纯化时间无关，而取决于纯化 炉的构造。
研究石墨纯化过程中杂质分离的动力学表明，温度在 2000 2200"在氯或氟介质中时，大多数杂质含量降低2个 数量级所需的时间为10 30分钟。故认为纯化石墨的时间，
不应超过几十分钟。
发明内容本实用新型的目的是提供一种高温提纯石
墨的高纯石墨电驴。可以适应不同性质和规格的天然石墨提 纯，生产高纯石墨产品。
上述的目的通过以下的技术方案实现
高纯石墨电炉，其构成包括电控系统和电炉本体，所 述的电控系统和线路结构其组成包括 一组高压开关柜，所述的一组高压开关柜含电源受电柜、高压供电柜、无功补偿 柜，所述的高压供电柜的馈出线连接饱和电抗器，所述的饱 和电抗器的输出线连接整流变压器，所述的整流变压器的输 出线连接整流器，所述的整流器的输出线经直流互感器或分 流器连接高纯石墨电炉的电极。
所述的电控系统其可控硅控制系统可以给定、调节电炉 的电压、电流，在电炉运行中可按设定值自动稳流。
上述高纯石墨电炉所述的电炉本体，用耐火砖砌成，两 端安装有石墨电极，侧壁安装有光电传感器。
这个技术方案有以下有益效果
1. 生产的高纯石墨产品纯度高可达到99.9 99.999%。
2. 生产的高纯石墨再结晶产品质量髙。
3. 产品产值高经济效益好。
4. 生产的高纯石墨产品含水分接近为零。
5. 生产的高纯石墨不含酸、碱等化学腐蚀物质。
6. 无酸、碱等废液的排放减少对环境的污染。 7,.填补国家空白。
附图l是本专利的高纯石墨电炉结构原理框图。
附图2是附图1的电气主结线图。
附图3是附图1的饱和电抗器与整流变压器和硅整流器 的电气联结的六相带平衡电抗器的整流电路原理图。附图4是附图1的设备配置和电气土接线结构图。 附图5是附图1的电炉炉体结构示意图。 附图6是附图5的A-A视图。 实施例1:
高纯石墨电炉，其组成包括 一组高压开关柜，其中受电 电原柜YG、高压供电柜GG、电容补尝柜CG，所述的髙压 供电柜连接饱和电抗器L,通过所述的饱和电抗器连接整流 变压器T，所述的整流变压器的二次线连接整流器U，所述 的整流器的输出经直流互感器或分流器ZL接入高纯石墨电 炉本体联结石墨电极。
实施例2:
实施例1所述的高纯石墨电炉，所述的饱和电抗器L由 可控硅整流裝置KG对其控制绕组供电。 实施例3:
实施例l和实施例2所述的高纯石墨电炉，所述的饱和 电抗器L与整流变压T和硅整流器U为六相带平衡电抗器 的电联结。
所述的直流互感器或分流器ZL，检测电炉的工作电流及 反馈调节实施稳流。 实施例4:
实施例l所述的高纯石墨电炉，所述的高压开关柜YG、 GG、 CG，安装在高压配电室，所述的饱和电抗器L及整流变压器T分别安装在变压器室内，整流柜ZLG安装在控制 室内，电炉DL安装在车间内，依次配置。 电气主结线线路结构-
按YG—GG—L—T—ZLG—ZL—DL顺序联结。 —CG。
实施例5:
实施例1所述的高纯石墨电炉，所述的电炉炉体RL用 耐火砖砌成(1),电炉两端安裝用于接通电源的石墨电极 (2)，石墨产品与炉体的绝缘、保温层(3)，产品与绝缘保 温层的隔板(4)，电炉中间侧壁装设间接测温的光电传感器 (6)，石墨产品(5)。
电炉炉体按需要设计并设置5台， 一套电控设备可与5 台炉体分别轮换配套运行生产，每台/次生产周期的流程是 整理裝料一通电运行—停电冷却—室温出炉一清理维修5个
生产阶段。5台炉体分别进行不同生产阶段的作业，循环进 行周而复始。
权利要求1.一种提纯石墨的高纯石墨电炉，其特征是电炉由电控系统和电炉炉体两部分构成，电控系统由开关柜YG、GG、CG和电抗器L、变压器T、整流柜ZLG、互感器ZL及控制柜构成，电炉炉体RL用耐火砖筑成，高纯石墨电炉电气主线路结构受电电原柜YG联结至高压母线，高压母线联结至高压供电柜GG、并联电容补尝柜CG，所述的高压供电柜GG连接至饱和电抗器L，通过所述的饱和电抗器L连接至整流变压器T，所述的整流变压器T的二次线连接至整流器U，所述的整流器U的输出经直流互感器或分流器ZL接入高纯石墨电炉炉体RL联结至石墨电极。
2. 根据权利要求l所述的高纯石墨电炉，其特征是饱和电抗器 与整流变压器和硅整流器组成六相带平衡电抗器的电联 结整流电路使交流电三相负荷平衡及调节电炉电压。
3. 根据权利要求1或2所述的高纯石墨电炉，其特征是饱和电 抗器L由可控硅整流裝置KG对其控制绕组供电。
4. 根据权利要求l所述的高纯石墨电炉，所述的电炉炉体RL 用耐火砖砌成(1)，电炉两端安裝石墨电极(2)，石墨产品 与炉休间设绝缘、保温层(3),石墨产品与绝缘、保温层间 设隔板(4)，石墨生产品(5),电炉侧壁装设间接测温的光 电传感器(6)。
专利摘要高纯石墨电炉，是可以一次性完成提纯高纯石墨进行石墨深加工技术开发及产业化的技术设备。属电气和材料科学领域。其组成包括电控系统和电炉本体。电控系统由开关柜YG、GG、CG和电抗器L、变压器T整流柜ZLG、互感器ZL及电炉DL组成，其主线路结构按如右所述的式(Ⅰ)顺序联结。电控设备与5台炉体轮换配套运行，每台/次生产周期流程整理装料→通电运行→停电冷却→室温出炉→清理维修5个作业阶段，5台炉体分别不同的作业，循环进行周而复始。石墨的纯度可提高到99.9％～99.999％。石墨提纯是世界石墨深加工技术的四大课题之一。
文档编号C01B31/00GK201362592SQ200820211599
公开日2009年12月16日 申请日期2008年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者纲 董 申请人:纲 董