专利名称：一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法
技术领域：
本发明涉及石墨新材料技术领域，特别是涉及一种将碳含量为909^94%的中碳鳞片石墨提纯至99. 9%以上闻纯石墨的制备方法。
背景技术：
天然鳞片石墨经过选矿富集后，品位约在90%_95%左右，还不能满足工业生产的需要，因而需要进一步提纯，使固定碳含量分别达到98%以上的高碳级或达到99. 9%以上的闻纯级。经这样提纯后的石墨可加工制成柔性石墨系列广品、系列石墨乳制品、石墨纟甘祸、石墨电极、石墨负极材料等，其应用范围可大大扩展。石墨的提纯方法主要有碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法。高温法提纯后纯 度高，但由于其反应温度高(通常为2700°C 3500°C)，因此对反应设备要求相当高，能耗也高，不适合进行工业化推广。氢氟酸法提纯效果较好，但氢氟酸具有较强的挥发性和腐蚀性，不利于工业应用。氯化焙烧法由于需要使用有毒性的氯气，对环境造成极大破坏。碱酸法是比较成熟的工艺，应用非常广泛。提纯的原理是将氢氧化钠与石墨混合均匀进行煅烧，在高温下石墨中的杂质如硅酸盐、石英等成分与氢氧化钠发生反应，生成可溶性的硅酸钠，然后用水洗将其除去以达到脱硅的目的；另一部分杂质如金属的氧化物等，经过碱熔后仍保留在石墨中，将脱硅后的产物用盐酸浸出，使其转化为可溶性的金属化合物，再通过过滤、洗涤而实现与石墨的分离。碱酸法可获得固定碳含量为99%以上的石墨产品，但是目前利用该方法获得石墨产品的纯度均达不到99. 9%以上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，该方法能有效去除石墨中的杂质，使石墨的固定碳含量达到99. 9%以上。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为
一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，它包括以下步骤
1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为2-3.5 10 20-30选取碱性物质、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为10-20wt% ；
2)将碱性物质加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后置于管式炉中，通入高纯氮气，在800-1000°C条件下反应l_3h，之后冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至滤液的pH到7. 0 ；
3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在20-80°C条件下搅拌反应l_3h，之后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液PH到7. 0 ；
4)将步骤3)得到的滤液烘干至水分含量小于0.2%，即得到固定碳含量达到99. 9%以上的闻纯石墨。上述方案中，所述中碳鳞片石墨的固定碳含量为90-94%，粒径为+50目'100目。上述方案中，所述步骤2)中通入的高纯氮气的纯度为99. 99%。
上述方案中，所述步骤3)中的搅拌速率为20(Tl000转/分。上述方案中，所述步骤3)中的烘干温度为100-110°C。上述方案中，所述碱性物质为氢氧化钠。本发明的有益效果为
采用本发明的氮气保护气氛下碱熔一酸洗法，可以将中碳鳞片石墨的固定碳含量提高至99. 9%高纯石墨的水平，有效去除其中的硅酸盐和铁杂质，产品附加值大大提高；此外，该工艺简单、先进、易于操作，生产效率高，设备投资少，成本低廉，石墨产品纯度高，能够满足高纯石墨的要求。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。实施例I :
一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，它包括以下步骤
1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为3.5 10 20选取氢氧化钠(即碱性物质)、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为10wt%，所述中碳鳞片石墨的固定碳含量为90%，粒径为+50目；
2)将氢氧化钠加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后调浆搅拌，制成泥状，转入氧化铝坩埚中；将坩埚放入管式炉中，通入纯度为99. 99%的高纯氮气，升温至1000°C保温lh，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液的pH到7. 0 ；
3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在80°C条件下搅拌反应3h，搅拌速率200转/分钟，之后过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液pH到7. 0 ；
4)将步骤3)得到的滤液放入鼓风干燥箱中100°C烘干至水分含量小于0.2%，即得到高纯石墨。按照国标GB/T3521-95方法测定高纯石墨样品的灰分及固定碳含量，得到其固定碳含量为99. 94%。实施例2:
一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，它包括以下步骤 1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为2.5 10 25选取氢氧化钠(即碱性物质)、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为15wt%，所述中碳鳞片石墨的固定碳含量为92%，粒径为+80目；
2)将氢氧化钠加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后调浆搅拌，制成泥状，转入氧化铝坩埚中；将坩埚放入管式炉中，通入纯度为99. 99%的高纯氮气，升温至950°C保温3h，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液的pH到7. 0 ；
3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在60°C条件下搅拌反应2h，搅拌速率500转/分钟，之后过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液pH到7. 0 ；
4)将步骤3)得到的滤液放入鼓风干燥箱中105°C烘干至水分含量小于0.2%，即得到高纯石墨。按照国标GB/T3521-95方法测定高纯石墨样品的灰分及固定碳含量，得到其固定碳含量为99. 92%。实施例3: 一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，它包括以下步骤
1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为210 30选取氢氧化钠(即碱性物质)、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为20wt%，所述中碳鳞片石墨的固定碳含量为94%，粒径为-100目；
2)将氢氧化钠加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后调浆搅拌，制成泥状，转入氧化铝坩埚中；将坩埚放入管式炉中，通入纯度为99. 99%的高纯氮气，升温至800°C保温2h，冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液的pH到7. 0 ；
3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在20°C条件下搅拌反应lh，搅拌速率1000转/分钟，之后过滤，用蒸馏水洗涤5-10次至滤液pH到7. 0 ；
4)将步骤3)得到的滤液放入鼓风干燥箱中110°C烘干至水分含量小于0.2%，即得到高纯石墨。按照国标GB/T3521-95方法测定高纯石墨样品的灰分及固定碳含量，得到其固定碳含量为99. 91%。本发明所列举的各原料，以及各原料的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明；以及各工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
权利要求
1.一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，它包括以下步骤 1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为2-3.5 10 20-30选取碱性物质、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为10-20wt% ； 2)将碱性物质加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后置于管式炉中，通入高纯氮气，在800-1000°C条件下反应l_3h，之后冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至滤液的pH到7. 0 ； 3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在20-80°C条件下搅拌反应l_3h，之后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液PH到7. 0 ； 4)将步骤3)得到的滤液烘干至水分含量小于0.2%，即得到固定碳含量达到99. 9%以上的闻纯石墨。
2.如权利要求I所述的将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，所述中碳鳞片石墨的固定碳含量为90-94%，粒径为+50目 -100目。
3.如权利要求I所述的将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，所述步骤2)中通入的高纯氮气的纯度为99. 99%。
4.如权利要求I所述的将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，所述步骤3)中的搅拌速率为200 1000转/分。
5.如权利要求I所述的将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，所述步骤3)中的烘干温度为100-110°C。
6.如权利要求I所述的将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠。
全文摘要
本发明提供一种将中碳鳞片石墨提纯至高纯石墨的方法，它包括以下步骤1)原料的选取按照碱性物质中碳鳞片石墨盐酸的质量比为2-3.51020-30选取碱性物质、中碳鳞片石墨、及盐酸备用，其中所述盐酸的浓度为10-20wt%；2)将碱性物质加水溶解得到碱溶液，然后将中碳鳞片石墨与碱溶液混匀后置于管式炉中，通入高纯氮气，在800-1000℃条件下反应1-3h，之后冷却至室温，过滤，用蒸馏水洗涤至滤液的pH到7.0；3)将步骤2)得到的滤液与盐酸混匀后在20-80℃条件下搅拌反应1-3h，之后过滤，用蒸馏水洗涤至滤液pH到7.0；4)将步骤3)得到的滤液烘干至水分含量小于0.2%，即得到高纯石墨。采用本发明可以将中碳石墨的固定碳含量提高至99.9%高纯石墨的水平，且该工艺简单、生产效率高，设备投资少，成本低廉。
文档编号C01B31/04GK102616773SQ20121010267
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者刘学琴, 李珍, 李飞 申请人:中国地质大学(武汉)