纯化石墨材料的方法与流程

总体上涉及石墨的纯化，更特别是涉及利用氧化和碳氯化(carbochlorination)来纯化包含金属硫化物杂质的石墨。

背景技术：

1、至少部分由于手持电子设备的可得性和使用的增加以及新兴的电动汽车市场，全球范围内对用于锂离子电池的高纯度石墨的需求不断增长。

2、已知几种生产高纯度石墨的技术。例如，一种技术使用hf或h2so4等强酸，产生大体积的有毒废水，这些废水会导致环境问题，需要繁重的处理过程以及昂贵的工作空间安全程序和设备。另一种已知技术是热处理，其中将待纯化的石墨加热至约2500℃至约2800℃之间的温度。然而，热处理的设置和操作成本可能很高，并且某些杂质的去除可能具有挑战性。碳氯化工艺也已开发出来，但尚未大规模商业应用。

3、石墨纯化领域仍然存在许多挑战。

技术实现思路

1、在本说明书的一个方面，提供了一种纯化包含金属硫化物杂质的石墨材料的方法。该方法包括：使石墨材料经受氧化条件，在氧气的存在下，将金属硫化物杂质转化为金属氧化物和二氧化硫，从而得到贫金属硫化物石墨材料；对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化，在氯气的存在下，将金属氧化物转化为金属氯化物，得到富金属氯化物石墨材料；从富金属氯化物石墨材料中清除金属氯化物，从而得到经纯化的石墨材料。

2、在本说明书的另一方面，提供了一种纯化包含金属硫化物杂质的石墨材料的方法。该方法包括：在炉中提供石墨材料；使石墨材料经受氧化条件，在氧气的存在下，将金属硫化物杂质转化为金属氧化物和二氧化硫，从而得到贫金属硫化物石墨材料；对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化，在氯气的存在下，将金属氧化物转化为金属氯化物；从炉转移金属氯化物，从而得到经纯化的石墨材料。

技术特征：

1.一种纯化包含金属硫化物杂质的石墨材料的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，使石墨材料经受氧化条件包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一氧化步骤在第一反应器中进行；所述第二氧化步骤、对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化以及清除金属氯化物在第二反应器中进行。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述第一温度为300℃以下。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述第一温度为约25℃至约300℃。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述第二温度至高为约1400℃。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述第二温度为约300℃至约1000℃。

8.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，所述第二温度为约500℃至约700℃。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：在对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化之前，从贫金属硫化物材料中清除二氧化硫。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，从贫金属硫化物材料中清除二氧化硫包括用第一惰性气体吹扫二氧化硫。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述第二氧化步骤在对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化之前进行。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化包括：将贫金属硫化物石墨材料加热至等于或高于第二温度的第三温度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第三温度为至少约1400℃。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第三温度为约3000℃以下。

15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第三温度为约2500℃以下。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述第三温度为约1400℃至约2200℃。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，从富金属氯化物石墨材料中清除金属氯化物包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法还包括监测尾气中的氯气浓度。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述方法还包括：用空气稀释包含金属氯化物的出口气体，从而冷却出口气体并冷凝金属氯化物。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：将经预处理的石墨材料放置到坩埚中，将坩埚放置到第二反应器中；或者，将经预处理的石墨材料放置到设置在第二反应器中的坩埚中。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述方法还包括：在坩埚之间的空的空间中设置填料，所述填料选自煅烧石油焦、冶金焦、中间相碳和它们的混合物。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，所述石墨材料选自天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、石墨烯材料和它们的混合物。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述石墨材料为天然石墨片或由天然石墨片获得。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，所述石墨材料为回收的石墨材料。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，所述石墨材料为球化石墨材料，所述经纯化的石墨材料为经纯化的球化石墨材料。

26.根据权利要求1至24中任一项所述的方法，其中，所述石墨材料为棱柱形石墨材料，所述经纯化的石墨材料为经纯化的棱柱形石墨材料。

27.根据权利要求1至26中任一项所述的方法，其中，所述金属硫化物杂质包括硫化铁、硫化铜、硫化钼、硫化锌、硫化镍、硫化锰和它们的组合中的至少一种。

28.根据权利要求1至27中任一项所述的方法，其中，所述第一反应器选自窑、流化床反应器、固定床反应器和旋转床反应器。

29.根据权利要求1至28中任一项所述的方法，其中，所述第二反应器选自艾奇逊炉、串接石墨化炉(lwg)、石墨炉、流化床反应器、电热反应器和感应炉。

技术总结
提供了一种纯化包含金属硫化物杂质的石墨材料的方法。该方法包括：使石墨材料经受氧化条件，在氧气的存在下，将金属硫化物杂质转化为金属氧化物和二氧化硫，从而得到贫金属硫化物石墨材料；对贫金属硫化物石墨材料进行碳氯化，在氯气的存在下，将金属氧化物转化为金属氯化物，得到富金属氯化物石墨材料；以及从富金属氯化物石墨材料中清除金属氯化物，从而得到经纯化的石墨材料。

技术研发人员：R·布瓦韦尔,P·布朗热,M·布拉萨尔,E·迪索尼尔,G·诺弗尔,P·里克曼,A·谭
受保护的技术使用者：新世界石墨股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16