一种熔盐电解精炼石墨的方法
【专利摘要】本发明提供了一种熔盐电解精炼石墨的方法。所述方法包括以下步骤：选用碳含量>80％的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm×h2.0cm圆柱形的石墨片，将石墨片在300℃下干燥5小时；以Li2O?LiCl或CaO?CaCl2为电解质熔盐，采用Φ4.0cm×h2.0cm圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极，对电解质熔盐通电进行电解，控制阴极电流密度为0.1～1.2A/cm2，在阴极上可得到高纯石墨。本发明提出了一种能耗低、无污染、工艺简单且成本低廉的石墨提纯新工艺，该工艺投资小，适合实际生产及应用。
【专利说明】
一种熔盐电解精炼石墨的方法
技术领域
[0001]本发明涉及石墨提纯技术领域，具体来讲，涉及一种熔盐电解精炼石墨的方法。
【背景技术】
[0002]高纯石墨具有强度高、抗热震性好、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、电阻系数小、易于精密机加工等优点，是理想的无机非金属材料。用于加工制作电加热元件、结构铸造模、冶炼高纯金属用坩祸舟皿、单晶炉用加热器、电火花加工石墨、烧结模具、电子管阳极、金属涂镀、半导体技术用的石墨坩祸、发射电子管、闸流管和汞弧整流器用的石墨阳极、栅极等。
[0003]高纯石墨其含碳量要求高达99.95%以上，普通石墨含碳量为99%左右，而天然石墨含碳量仅为95%。要得到高纯石墨必须对天然石墨或普通石墨进行提纯。目前天然石墨提纯的主要方法有浮选法、高温法和化学法。浮选法提纯石墨只能使石墨的品位达到有限的提高，浮选法很难得到含碳量高于99%的石墨。高温法可以得到含碳量高达99.95%以上的高纯石墨，但是需要专门设计建造高温炉，设备昂贵，一次性投资多；另外，能耗大，高额的电费增加了生产成本。目前，化学法提纯石墨应用较多。申请号为201310524410.1的专利文献公开了高碳石墨的提纯方法，其特点是:(I)首先用盐酸和烧碱处理石墨原料；(2)将石墨、盐酸、烧碱混合物在回转式熔融炉内升温至650°C进行熔融；(3)熔融后在圆筒洗涤灌中进行碱洗；(4)再经过加酸处理，水洗，脱水等步骤得到高纯石墨。申请号为201410757367.8的专利文献公开了一种石墨提纯的方法，提出了一种在外加直流电场辅助下利用离子交换树脂提纯石墨的方法，其特点是(I)将石墨原料与氢氧化钠溶液混合均匀，升至450?6500C，保温I?1.5小时；(2)冷却，洗至中性；(3)与盐酸混合，在700C下搅拌4小时；(4)水洗至中性；(5)将所得的石墨样品和高纯水置于直流电源两极构成闭合回路体系中，直流电源正负两极分别固定有用细纱布或半透膜分别包覆水处理阴离子交换树脂，水处理阳离子交换树脂；(6)施加恒电压，并作用0.5?1.0小时，过滤、烘干。以上提纯石墨的方法需要经过多步骤的酸碱处理，酸碱的使用增加对设备腐蚀，而且排出的废水污染环境。本发明提出了一种能耗低、无污染、工艺简单且成本低廉的石墨提纯新工艺，该工艺投资小，适合实际生产及应用。
【发明内容】
[0004]为了解决现有的石墨提纯方法能耗大、流程长、污染严重的技术问题，本发明提供了一种熔盐电解精炼石墨的方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]一种熔盐电解精炼石墨的方法，包括以下步骤:
[0007]S1、选用碳含量>80 %的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ 4.0cmX h2.0cm圆柱形的石墨片，将石墨片在300°C下干燥5小时；
[0008]S2、以Li2O-LiCl混合物或CaO-CaCl2混合物为电解质熔盐，取Li2O质量分数为2?6%的Li2O-LiCl混合物或CaO质量分数为2?10%的CaO-CaCl2混合物置于高纯石墨坩祸中，将高纯石墨坩祸放置于电阻炉内，升温至300?400°C，保温10小时，进行脱水处理;然后继续升温融化电解质熔盐；
[0009]S3、采用步骤SI制作的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极，对电解质熔盐通电进行电解，控制阴极电流密度为0.1?1.2A/cm2，在阴极上可得到高纯石墨。
[0010]所述步骤S3中阳极残余率〈1 %时，更换阳极继续电解。
[0011]优选的，所述步骤S2中根据电解质组成不同，电解质熔盐升温融化的温度控制在620?850 °C之间，具体温度可根据电解质的初晶温度，选择高于电解质初晶温度20?100°C进行电解。
[0012]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
[0013]该石墨提纯方法是以电子作为能量载体，采用熔盐电解熔盐电解精炼石墨，避免了采用酸碱处理等化学提纯法存在的设备腐蚀、环境污染等问题，有效解决了现有提纯石墨方法存在工艺复杂、能耗高、环境污染大、生产成本高等问题。此方法具有流程短、设备简单、投资少，操作简便，提纯效率高等优点。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015]实施例1:
[0016]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0017]以Li2O-LiCl为支持电解质，将Li20、LiCl分别按质量分数为2%、98%混合均匀配制2!1^88%1^20-1^1电解质恪盐。以4)4.0011\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于650°C的2mass ^Li2O-LiCl熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为
0.6A/cm2。电解5小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得0.336g的产品，其中碳含量为99.96 %。
[0018]实施例2:
[0019]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0020]以Li2O-LiCl为支持电解质，将Li20、LiCl分别按质量分数为4%、96%混合均匀配制4!1^88%1^20-1^1电解质恪盐。以4)4.0011\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于620°C的4mass ^Li2O-LiCl熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为
0.lA/cm2。电解10小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得0.112g的产品，其中碳含量为99.97 %。
[0021]实施例3:
[0022]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0023]以Li2O-LiCl为支持电解质，将Li20、LiCl分别按质量分数为6%、94%混合均匀配制6!1^88%1^20-1^1电解质恪盐。以4)4.0011\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于700 °C的6mass % Li20_LiCl熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为1.2A/cm2。电解8小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得I.075g的产品，其中碳含量为99.95 %。
[0024]实施例4:
[0025]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0026]以CaO-CaCl2为支持电解质，将CaOXaCl2分别按质量分数为2%、98%混合均匀配制2!1^88%030-03(]12电解质恪盐。以(1)4.0011\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于850 0C的2mas S % CaO-CaCl 2熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为
0.6A/cm2。电解8小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得0.537g的产品，其中碳含量为99.96 %。
[0027]实施例5:
[0028]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0029]以CaO-CaCl2为支持电解质，将CaOXaCl2分别按质量分数为6%、94%混合均匀配制6!1^88%030-03(]12电解质恪盐。以(1)4.0011\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于820 0C的6mas S % CaO-CaCl 2熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为
0.lA/cm2。电解6小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得0.067g的产品，其中碳含量为99.97%o
[0030]实施例6:
[0031]以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cm Xh2.0cm圆柱形的石墨片，在300°C下干燥5小时。
[0032]以CaO-CaCl2为支持电解质，将CaO、CaCl2分别按质量分数为10%、90%混合均匀配制1011^8%030-03(]12电解质恪盐。以(1)4.0(3111\112.00]1圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于840 °C的I Oma s s % CaO-CaC 12熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为1.0A/cm2。电解5小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥。最终，获得0.560g的产品，其中碳含量为99.95 %。
【主权项】
1.一种熔盐电解精炼石墨的方法，其特征在于:包括以下步骤: S1、选用碳含量>80%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ4.0cmXh2.0cm圆柱形的石墨片，将石墨片在300°C下干燥5小时； S2、以Li2O-LiCl混合物或CaO-CaCl2混合物为电解质熔盐，取Li2O质量分数为2?6%的Li2O-LiCl混合物或CaO质量分数为2?10%的CaO-CaCl2混合物置于高纯石墨坩祸中，将高纯石墨坩祸放置于电阻炉内，升温至300?400°C，保温10小时，进行脱水处理;然后继续升温融化电解质熔盐； S3、米用步骤SI制作的石墨片为阳极，尚纯石墨片为阴极，对电解质恪盐通电进彳丁电解，控制阴极电流密度为0.1?1.2A/cm2，在阴极上可得到高纯石墨。2.根据权利要求1所述的一种熔盐电解精炼石墨的方法，其特征在于:所述步骤S2中根据电解质组成不同，电解质熔盐升温融化的温度控制在620?850°C之间，具体温度可根据电解质的初晶温度，选择高于电解质初晶温度20?100 °C进行电解。3.根据权利要求1所述的一种熔盐电解精炼石墨的方法，其特征在于:所述步骤S3中阳极残余率〈1 %时，更换阳极继续电解。4.根据权利要求1所述的一种熔盐电解精炼石墨的方法，其特征在于:包括以下步骤: 以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ 4.0cmX h2.0cm圆柱形的石墨片，在300 °C下干燥5小时； 以Li2O-LiCl为支持电解质，将Li20、LiCl分别按质量分数为4%、96%混合均匀配制.4mass%Li20_LiCl电解质恪盐；以i>4.0cmXh2.0cm圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于620 °C的4mass ^Li2O-LiCl熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为.0.lA/cm2;电解10小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥;最终，获得0.112g的产品，其中碳含量为99.97 %。5.根据权利要求1所述的一种熔盐电解精炼石墨的方法，其特征在于:包括以下步骤: 以碳含量为82%的石墨作为原料，用球磨机磨成粉末，然后，压制成Φ 4.0cmX h2.0cm圆柱形的石墨片，在300 °C下干燥5小时； 以CaO-CaCl2为支持电解质，将CaO、CaCl2分别按质量分数为6%、94%混合均匀配制.6mass%Ca0_CaCl2电解质恪盐；以Φ4.0αιιΧ?ι2.0α]?圆柱形的石墨片为阳极，高纯石墨片为阴极与电源接通，于820 0C的6mass % CaO-CaCl2熔盐中进行电解，控制阴极电流密度为.0.lA/cm2;电解6小时后取出电极，冷却后用刮刀将阴极表面的产品取下，用清水洗去电解质，并干燥;最终，获得0.067g的产品，其中碳含量为99.97%o
【文档编号】C01B31/04GK106044762SQ201610640970
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月8日 公开号201610640970.7, CN 106044762 A, CN 106044762A, CN 201610640970, CN-A-106044762, CN106044762 A, CN106044762A, CN201610640970, CN201610640970.7
【发明人】李亮星, 黄茜琳, 黄金堤, 徐迎春
【申请人】江西理工大学