专利名称：片状石墨的精选的制作方法
专利说明本发明涉及一种通过擦洗来精选高纯度石墨的方法。石墨，尤其是片状石墨，被用于耐火材料、铸造(作为表面盖覆剂)、制动器磨擦衬片、电池、碳刷、可延伸的石墨(作为前本)和作为润滑剂。
在耐火材料中使用片状石墨，能提高耐火导热性和改善其抗渣性。在高温状态下的长期使用过程中，片状石墨中的杂质会降低其高温稳定性。因此，目前在耐火材料的应用中，正倾向于使用高纯度片状石墨。例如，美国专利4，912，068曾揭示，使用纯度99%的片状石墨可显著增加其高温强度。向电池生产厂家销售的片状石墨，其杂质含量必须小于或等于300ppm。向可延伸石墨市场销售的片状石墨，其纯度不得低于96%。大块而纯度高的片状石墨能赢得较高的售价，并正越来越得到欢迎。所有这一切都促使石墨生产厂家去发现一种生产高纯度片状石墨的方法。
纯度异常高的石墨可存在于矿脉中，斯里兰卡脉石墨即是一例。仅用简单的手工选择，就可将这种脉石的块按不同纯度分级。
与之形成对比的是，片状石黑系作为散布于主岩中的片状物而存在的，很难在不破坏片状石墨情况下将其从岩石中分离出来和保证从片状石墨中除去脉石以获得高纯度的产品。含片状石墨的岩石必须经过粉碎，释放出片状石墨，然后进行浮选，除去岩石和其他杂质。
所述浮选是按下述方法进行，在搅拌浮选槽中加入粉碎料的含水矿浆，通过油助浮力从脉石中分离出游离的石墨。也可以使用分离柱或其他选矿设备，例如摇床、旋风分离器等。然后将尾砂进一步粉碎，释放出残余的片状石墨。这一粉碎步骤使片状石墨的尺寸变得更小。为提高石墨的纯度，需要将精砂进一步地精选。为获得更高的纯度，尤其是对细石墨(100目筛下或更细的级分)，可以使用酸或碱，或结合使用两者化学处理石墨。该工艺昂贵、耗时，会改变片状石墨的性状，并会产生严重的环境污染。另一个提高精砂纯度的手段是将其在高于4000F的加热炉中灼热，蒸去不纯物。
因此，需要一种不用化学或热处理工艺除去杂质和/或不使片状石墨尺寸显著减小而有效生产纯度在96%以上的片状石墨的方法，近年来，为达到上述目的，人们进行了许多努力，例如对各种粉磨技术(卵石球磨、棒磨、立式搅拌磨等)进行了评价，但未找到经济地获得纯度既高、石墨片状仍保持较大尺寸的理想方法。业已意外地发现，擦洗可用于显著提高片状石墨的纯度而不引起片状石墨尺寸显著地减小。
本发明的主要目的在于迅速、经济地提高片状石墨的纯度而不显著破坏片状石墨尺寸。
采用本发明，可显著地减少在精选片状石墨时所遇到的上述问题。业已发现，擦洗可用于除去附着片状石墨上的杂质而不显著损坏片状石墨片本身。这样，可以获得99%以上的纯度，而石墨尺寸没有明显的减小。
优选的方法是，将重量比约为1∶2∶0.8-10的石墨，擦洗辅助剂和水的混合物进行粉磨来精选。
图1为片状石墨的碳含量和回收率(%)与擦洗粉碎机叶轮片末端速度的关系图。
图2为在叶轮片末端速度固定情况下片状石墨碳含量与擦洗时间的关系图。
图3为在叶轮片末端速度固定情况下不同粒度级分的的关系图。虽然可以使用仅含片状石墨和水的矿泥或矿浆来实现本发明，但最好在矿浆中再加入擦洗辅助剂来促进从片状石墨表面上除去杂质。若不使用擦洗辅助剂，则无法得到很高的，例如高达90%的片状石墨。所述辅助剂可以是粗砂、粗石墨矿石或它们的组合或其他有棱角的颗粒物质。下面，结合使用这些辅助剂的例子，对本发明作进一步地说明。
这里使用的“擦洗”一词表示各个片状石墨在搅拌的含水矿浆中互相磨擦，这时搅拌矿浆的力的驱动作用足以使片状石墨之间或石墨片与辅助剂颗粒之间进行物理去除石墨表面上杂质所需的有效磨擦。如上所述，优选的方法是使用擦洗辅助剂以促进擦洗并由此减少获取高纯度片状石墨所需的时间。
这种擦洗工艺可以使用目前市场上销售的擦洗槽，例如WEMCO擦洗机或DENVER擦洗机并获得满意的结果。最佳的方法是，使用具有至少一组反向设置的叶轮的擦洗槽。这些机器常用于擦洗玻璃级砂石、从铁矿石中除去粘土和破裂粘合的块集岩。所述物料在这些设备中通过各个颗粒间的相互磨擦得到清洗。叶轮提供使矿浆中的颗粒相互之间磨擦所需的能量，和在矿浆中产生使颗粒进行有效磨擦所需要的紊流程度。
对于一种给定的片状石墨矿浆，所要求的一定紊流程度主要根据矿泥的固体浓度、使用的颗粒擦洗机和矿石的矿物学性质而有所不同。对于给定的片状石墨和擦洗机，最佳的操作条件(叶轮速度、矿浆固体浓度、擦洗时间等)可容易地根据这里提供的细节进行常规实验来加以确定。这些最佳条件可以容易地通过比较擦洗后所得片状石墨的纯度和不同粒度石墨片的百分比来确定。以上述擦洗后片状石墨的纯度和一定粒度的石墨的百分比达到最大值时为最佳。可以通过改变矿浆的固体浓度、叶轮速度和擦洗时间来获得最佳条件。
将片状石墨按照常规开采、粉碎，经浮选得到片状石墨精砂之后，就可采用本发明方法进行精选。
最好是将浮选出的片状石墨精矿浆与擦洗辅助剂按石墨精矿、擦洗辅助剂和水的重量比等于1∶2∶0.8-10的比例(1∶2∶2.5的比例更佳)混合。所得矿浆的固体含量可在约30-70%固体的范围，约55%最佳。
在擦洗设备中的擦洗过程在环境温度下进行，擦洗时间主要视矿浆中的固体含量而异，固体含量越高，擦洗时间越短。对一种片状石墨精矿、矿浆固体含量和擦洗槽操作的最佳条件可通过常规实验确定。
擦洗后，将矿浆过筛，除去粗的擦洗辅助剂颗粒以供再用，然后对过了筛的矿浆进行常规浮选，将精选的片状石墨也杂质分开。若存在非常粗大的石墨片，宜先浮选，然后过筛。
下面结合一些实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1使用0.5升规格的Denver擦洗槽，加入过了100目筛的片状石墨矿浆和粗砂。用叶轮试验在不同时间和速度下搅拌矿浆进行擦洗，另用普通的浮选转子搅拌进行碾磨试验用作比较。
与使用擦洗叶轮比较，使用槽底安有浮选转子的浮选槽会显著地损坏粗大的石墨片。结果见下表。
-100目使用浮选使用擦洗进料精矿转子搅拌后叶轮搅拌后+100目12.2%3.1%4.9%100/15019.69.012.5150/20020.415.719.0200/27017.122.422.1270/3256.314.29.8-32524.435.631.7上表结果表明，与使用浮选转子比较，使用擦洗叶轮对片状石墨的破坏性较小。这些使用过100目筛片状石墨的初步研究显示，1945英尺/分的叶轮片开端速度和石墨∶擦洗辅助剂∶水=1∶2∶2.5的比例是可以接受的。
图1显示将叶轮片末端速度从1195英尺/分增加至1945英尺/分时所产生的效果。每个试验都进行了30分钟。擦洗后，试样中碳含量从约68%增至90%以。当叶轮片末端速度增大时，试样中整个100目筛下的级分和325目筛上的级分的碳含量都明显增加，325目筛下级分的碳含量则增加不明显。由于工艺过程中的损失，100目筛下度样的量略有减小。然而叶轮片末端速度较大时，100目筛下试中的325目筛上级分损失较为显著，这表明速度较大时，较粗大石墨的级分受到更多的磨损，形成更多的325目筛下的颗粒。叶轮片末端速度为1945英尺/分时，原来度样中325目筛上级分的约80%经30分钟擦洗后得到了保存。较粗颗粒能有这样的高收率，这被认为是非常不错的。
图2显示擦洗时间效果。仅仅擦洗15分钟，此100目筛下试样的碳含量即从约69%增至94-95%。然而，擦洗时间的进一步增加只导致碳含量的略微增加。关于擦洗时间较粗石墨纯度的影响未进行研究。整个100目筛下试样与试样的325目筛上级分在碳含量上，差异微小。
不过，图3显示，在粗于325目的各个级分试样中，筛目越细的级分，其碳含量越低。例如，100目筛上级分和150目筛上级分具有大致相同的碳含量，200目筛上级分和270目筛上级分的碳含量急剧减少。图3还表明，擦洗时间增加一般能提高各级分的碳含量。
实施例2和3分别使用固体含量为30%和70%的矿泥进行了试验。使用实施例1中的擦洗槽。矿泥配方和擦洗后的结果如下面的表1所示。将含固体30%和70%的两种矿泥都擦洗30分钟，对前者叶轮速度为3，000转/分；对后者叶轮速度为2，700转/分。
在实施例2和3中用作辅助剂的各号砂粒的筛分析表示在后述的实施例4中。
表1实施例No.23%(重量)%(重量)片状石墨*10 23.34#16砂1023.33#24砂1023.33水7030石墨:辅助剂:水1:2:71:2:1.3擦洗后的碳%97%97%*100目筛下片状石墨，作为进料时的含碳量为65%。
实施例4本试验在擦洗槽中进行，进料石墨含碳量约为69%，其尺寸是过100目筛的，石墨∶擦洗辅助剂∶水为1∶2∶2.5，叶轮处末端速度为1945英尺/分，擦洗时间为30分钟。以下列不同的擦洗辅助剂进行了试验。
辅助剂#40砂#24砂#16砂#14砂+14目石墨矿石#10砂+10目砂上述辅助剂的筛分析结果如下#40砂#24砂#16砂35目12%14目4%10目<1%48目2320目2414目3465目3028目3820目4780目1335目2528目17100目748目735目2150目865目248目<1-150目7-65目<165目<1共计100共计100共计100#14石墨矿石+10目砂#10砂-10/+24目100%-8/+10目100%10目55%#14砂14目4120目328目<1-10/+14目100%48目<1共计100在上述筛分析和以后的筛分析中，使用的都是泰勒标准筛。
这些擦洗试验的结果如下
100目筛下100目筛下试样的碳含量试样中325目筛上级分的碳含量辅助剂%%#40砂89.389.3#24砂93.894.7#16砂95.396.4#14砂95.797.4+14目石墨矿石95.196.5#10砂95.497.4+10砂95.297.4上述数据清楚地表明，#10至#24的砂粒在除去100目筛下片状石墨中的杂质方面是很有效的。数据还表明，类似尺寸的石墨矿石也可有效地用作辅助剂。这是很有利的。因为从经济角度看，使用矿石比引入外来物料作擦洗辅助剂更好。除使用#40砂粒时情况不同外，试样各粒度级分的回收率(%)没有明显差异。使用上述细砂粒可使擦洗过程中产生的325目筛下部分最少。
在另一实验中，使用10/14目砂粒擦洗如下所示尺寸的粗片状石墨精砂。其他参数与前述实验相同(即，1945公尺/分，石墨∶砂∶水的重量比为1∶2∶2.5)。
石墨片大小进料%C擦洗后，%C28/48目95.399.248/65目93.099.448/150目95.799.365/150目94.699.3由擦洗产生的细粒具有下述碳含量
石墨片大小-泰勒标准筛号%C20098.827098.332597.9-32590.8在另一实验中，使用其碳含量测得为96-97%的片状石墨精砂，擦洗时间10分钟，叶轮片末速度为1945公尺/分，石墨∶砂∶水为1∶2∶2.5。使用#16砂粒作为研磨辅助剂。浮选和筛选后，得到下列分析结果擦洗后产物的48目筛上部分目碳含量(%)回收率(%)2099.34.72899.444.03599.038.44899.312.899.9擦洗后产物的48/80目部分目碳含量(%)回收率(%)6599.074.78098.925.3100.0擦洗后产物的150目筛下部分目碳含量(%)回收率(%)20099.117.827098.320.332597.912.8-32595.949.1100.0上述结果再一次表明，仅擦洗10分钟，即可使纯度96%的片状石墨提高品位至纯度98%。只有由研磨产生的细粒的纯度低于98%。
实施例5使用实施例1中的擦洗槽擦洗由片状石墨精砂和水组成的、固体占30%的矿泥30分钟。未添加擦洗辅助剂，使用的精砂的进料品位为52%碳。经过30分钟的擦洗，试样的碳纯度为78%。纯度的这一大幅度提高系统在未使用任何擦洗的情况下获得的。但其他试验显示，使用辅助剂(这是优选的方法)时，在擦洗时间相同的情况下纯度可提高至90%的高水平。
实施例6使用市场上销售的八立方英尺的擦洗槽，对其进料品位为52%碳的、100目筛下片状石墨进行了处理。
固体占60%的矿浆系由45kg片状石墨精砂、90kg10目筛上砂粒和90升水组成。擦洗槽的叶轮速度为300转/分，擦洗时间为1小时。擦洗后，回收片状石墨，所得片状石墨的纯度为92%碳，回收率为82%。分析试样中325目筛上部分的碳含量，为98.2%。
上述试验清楚地表明，粗石墨片也能够通过料短时间的擦洗，迅速地提高品位至很高的碳含量。由于用试验的粗石墨片只是来自一个矿床，尚不清楚来自在不同地质条件下形成的各个矿床的粗石墨片可否同样地通过擦洗工艺进行精洗。然而，可以宣称的是，采用本发明的方法，已经完全达到了本发明的主要目的，即迅速而经济上合算地提高片状石墨的碳品位而不引起其尺寸的很大减小。
由于擦洗辅助剂例如砂粒比石墨片还坚硬，本来预料它会引起石墨片快速粉碎的，因此，上述结果是很令人惊异和出乎意料的。
虽然是结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明者无意将本发明的范围限制在上述细节中，相反，根据本发明的精髓进行的变换、修饰和等效替换，都应被认为是属于由附后的权利要求确定的本发明的范围的。
权利要求
1.一种精选片状石墨至更高碳含量的方法，其步骤是，先配成片状石墨的含水矿浆，然后将其进行擦洗，最后从上述矿浆中分离出片状石墨。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于矿浆中还含有一种擦洗辅助剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，矿浆基本上由重量比约1∶2∶0.8-10的片状石墨、擦洗辅助剂和水组成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，擦洗辅助剂为硅砂、石墨矿石或它们的混合物。
5.一种提高片状石墨纯度的方法，其步骤是先配成由重量比约1∶2∶0.8-10的片状石墨精砂，35目筛上砂粒、35目筛上石墨矿石或它们的混合物，水组成的含水矿浆，然后进行从上述片状石墨表面除去杂质所需时间的擦洗，最后从上述矿浆中分离出经擦洗的片状石墨。
全文摘要
本发明涉及一种通过擦洗去除石墨表面上的杂质从而精选高纯度石墨的方法。擦洗时最好使用具有至少一组反向设置的叶轮的擦洗槽。先配成矿浆，其组成最好基本上为1∶2∶0.8—10的片状石墨∶擦洗辅助剂∶水(重量化)，然后将其在擦洗槽中擦洗。
文档编号C01B31/04GK1112357SQ94190496
公开日1995年11月22日 申请日期1994年8月2日 优先权日1993年8月3日
发明者托尼·格罗丁, 让-居伊·圣伊莱尔 申请人:印德莱斯科股份有限公司