专利名称：超细石墨粉体制备方法
技术领域：
本发明涉及一种使用射流对撞及辅助物理效应进行粉碎的方法，具体说是一种超细石墨粉体的制备方法。
超细石墨粉体材料是八十年代中期才开始发展起来的一种高新技术材料，它有着非常广泛的用途。现代化工业生产中制备超细石墨的常用方法是机械球磨法和气流粉碎法。机械球磨法的缺点是能耗大、效率低，100kg石墨经4小时球磨后，经水选仅能获得2～5kg粒度小于2μm的超细石墨粉体，并且在超细石墨粉体中易于混入杂质，因此用机械球磨法粉碎的石墨粉体通常只能应用在一些对纯度、粒度要求不高的场合；气流粉碎法的缺点是很难将石墨粉体粉碎至亚微米级，一般粉碎水平仅停留在3～7μm。除以上两种方法外，也曾有人尝试用射流对撞法来制作超细石墨粉体，此方法是首先将石墨颗粒配制成悬浮液，然后再使用射流对撞法重复进行粉碎，最后再将超细石墨悬浮液进行后处理制得石墨粉体，但实践中发现其粉碎效果并不理想，在需要将石墨颗粒粉碎至2μm以下时，即使重复粉碎多次，其粉碎后石墨粉体的平均粒度仍然大于2μm。
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点而提供一种低能耗、高效率的超细石墨粉体制备方法，采用该方法可以使石墨粉体中平均粒度＜2μm的超细石墨得率大大提高，并且使石墨粉体的纯度高、杂质少。
为完成上述目的，本发明所提供的技术解决方案是一种超细石墨粉体的制备方法，其特殊之处在于，其依次包括如下步骤第一，配制石墨悬浮液将石墨颗粒、悬浮液介质、分散剂混合后配制成石墨悬浮液，其中石墨与悬浮液介质的重量百分比为石墨0.5～40，悬浮介质60～99.5，分散剂的加入量为悬浮介质的0.2～5％，分散剂采用非离子型、阴离子型、氟表面型表面活性剂或配合使用。
第二，石墨颗粒超细化粉碎使配制好的石墨悬浮液在高压下通过单晶金刚石的十字微孔发生射流对撞，进行粉碎，并重复这一过程至石墨颗粒的粒度达到要求，射流对撞时的工作压力选择为当石墨颗粒粒径大于10μm时，工作压力500～1000MPa，当石墨粒径在5μm到10μm之间时，工作压力800～150MPa，当石墨粒径在2μm到5μm之间时，工作压力1000～1800MPa，当石墨粒径小于2μm时，工作压力1500～2000MPa。
上述技术解决方案中，当石墨悬浮液中石墨与悬浮液介质的重量百分比为石墨8-18，悬浮介质82～92时，具有较好的粉碎及生产效果。在石墨含量0.5％以下时，生产效率低，含量大于40％时，悬浮液难以配制和生产加工。
上述技术解决方案中石墨的晶型可选用3R、2H型，粒度一般要求小于50μm，为提高生产效率，可选用粒度小于20μm的石墨为好。
上述技术解决方案中的悬浮介质起载体作用，可选用普通自来水、蒸馏水、饱和食盐水或硅油等。
上述技术解决方案中作为分散剂的阴离子型表面活性剂采用高级脂肪酸盐类、烷基苯磺酸盐类、硫酸脂盐类等；非离子型表面活性剂采用长链脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基酚聚氧乙烯醚类、甘油脂肪酸脂和季戊四醇脂肪酸酯类、山梨醇脂肪酸脂和失水山梨醇脂肪酸酯类等。
本发明的石墨悬浮液后处理中，将石墨颗粒从悬浮介质中分离的方法是采用沉降或离心分离法分离，也可以是采用其它的分离法分离，分离后的石墨颗粒干燥时，宜在小于50℃的条件下干燥，超过50℃时，石墨粉体易于结块。
本发明的优点是1、本发明选用阴离子型、非离子型、氟表面型表面括性剂作为石墨悬浮液的分散剂，且加入量仅为悬浮介质的0.2～5％，经试验证明，其不仅具有较好的分散效果，而且还可避免石墨悬浮液在经初级粉碎后粘度急骤变大，阻碍继续粉碎的缺点，另外，因其含量微小，不影响石墨粉体的纯度，对石墨粉体产品的后续使用不会产生影响。
2、本发明经分析认为在悬浮液的射流对撞中，射流所产生的强烈挤压、剪切摩擦力，以及超声波的强撕扯力是同时产生并作用于石墨颗粒的，加载压力的大小不仅决定了流体的流速，也决定了超声波的频率，只有当两者达到最佳配合时，才会产生较好的粉碎效果，故本发明在加压射流对撞时，对于不同粒度的石墨悬浮液对应了一个相应的压力范围，克服长期以来认为压力越高，射流速度越快，粉碎效果就越好的技术偏见。
3、采用本发明可比较容易地制作出平均粒度＜1μm的超细石墨粉体，其得率可超过50％，最高可达94％，采用本发明还可制作出亚微米以至纳米级超细石墨粉体，并且粒度分布很窄。
4、采用本发明生产超细石墨粉体使生产效率提高、能耗下降。
实施例一第一，配制石墨悬浮液将平均粒度＜10μm的3R型石墨按重量百分比石墨17％，蒸馏水83％的配比制成石墨悬浮液，加入0.5％的十二烷基苯磺酸纳作为分散剂，并初步机械搅拌至均匀；第二，石墨颗粒超细化粉碎将已配制好的石墨悬浮液在压力为1200MPa的范围内通过单晶金刚石的十字微孔发生射流对撞，进行粉碎，并重复进行三次，再在1800MPa的压力下重复三次；第三，石墨悬浮液的后处理将进行射流对撞后石墨悬浮液，采用离心分离法，从其中分离出石墨颗粒，并在小于50℃的条件进行干燥，即得到超细石墨粉体。
采集所得到的超细石墨粉体样品，用美国布鲁克海文仪器公司ZetaPlus型激光散射粒度仪进行测试，其中粒径＜0.5μm的占59％，粒径＜1μm的占70％，粒径＜4μm的占100％，有效粒径1.2μm。
实施例二选用平均粒度为30μm的石墨粉，按重量百分比石墨15％，悬浮介质饱和食盐水85％的配比配制成石墨悬浮液，加入0.5％的十二烷基磺酸钠作为分散剂，搅拌均匀。在700PMa压力下粉碎三次，再在1000MPa压力下粉碎三次，用激光衍射粒度仪进行测试，其中粒径＜1μm的占4.01％，粒径＜2μm的占18.02％，粒径＜5μm的占65.88％，粒径＜10μm的占94.18％，体积中位粒径4.86μm。
实施例三选用平均粒度为30μm的石墨粉，按重量百分比石墨10％，悬浮介质蒸馏水90％的配比配制成石墨悬浮液，加入0.5％的吐温-80作为分散剂，搅拌均匀。在800MPa压力下粉碎三次，再在1500MPa压力下粉碎三次，用激光衍射粒度仪进行测试，其中粒径＜1μm的占15.08％，粒径＜2μm的占35.20％，粒径＜5μm的占78.92％，粒径＜8μm的占96.24％，体积中位粒径3.68μm。
实施例四选用平均粒度为2μm的石墨粉，按重量百分比石墨3％，悬浮介质蒸馏水97％的配比配制成石墨悬浮液，加入2％的十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，搅拌均匀。在1800MPa压力下粉碎五次，用激光散射粒度仪进行测试，其中粒径＜0.2μm的占10.41％，粒径＜0.5μm的占65.72％，粒径＜1μm的占94.00％，粒径＜8μm的占96.24％，有效粒度0.6523μm。
权利要求
1.一种超细石墨粉体制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤一、配制石墨悬浮液将石墨颗粒、悬浮液介质、分散剂混合配制成石墨悬浮液，其中石墨与悬浮液介质的重量百分比为石墨0.5～40，悬浮介质60～99.5，分散剂的加入量为悬浮介质的0.2～5％，分散剂采用非离子型、阴离子型、氟表面活性剂或它们配合使用；二、石墨颗粒超细化粉碎使配制好的石墨悬浮液在高压下通过单晶金刚石的十字微孔发生射流对撞，进行粉碎，并重复这一过程至石墨颗粒的粒度达到要求，射流对撞时的工作压力选择为当石墨颗粒粒径大于10μm时，工作压力为500～1000MPa；当石墨粒径在5μm到10μm之间时，工作压力为800～1500MPa；当石墨粒径在2μm到5μm之间时，工作压力为1000～1800MPa；当石墨粒径小于2μm时，工作压力为1500～2000MPa。
2.如权利要求1所述的超细石墨粉体制备方法，其特征在于，所述石墨悬浮液中石墨与悬浮液介质的重量百分比为石墨8～18，悬浮介质82～92。
3.如权利要求1或2所述的超细石墨粉体制备方法，其特征在于，在所述分散剂中，阴离子型表面活性剂采用高级脂肪酸盐类、烷基苯磺酸盐类、硫酸脂盐类；非离子型表面活性剂采用长链脂肪醇聚氧乙烯醚类、烷基酚聚氧乙烯醚类、甘油脂肪酸脂和季戊四醇脂肪酸酯类、山梨醇脂肪酸脂和失水山梨醇脂肪酸酯类。
4.如权利要求1或2所述的超细石墨粉体制备方法，其特征在于，在石墨颗粒超细化粉碎步骤后还包括石墨悬浮液后处理步骤，该步骤包括将石墨颗粒从悬浮液中分离和将分离后的石墨颗粒进行干燥。
5.如权利要求4所述的超细石墨粉体制备方法，其特征在于，所述分离后的石墨颗粒进行干燥时的干燥温度小于50℃。
全文摘要
本发明涉及一种使用射流对撞及辅助物理效应进行粉碎的方法,具体说是一种超细石墨粉体的制备方法。目的是提供一种低能耗、高效率的制备方法,该方法可以制得纯度高、杂质少的石墨颗粒,并且可以使平均粒径< 2μm的超细石墨得率大大提高。本发明技术解决方案依次包括如下步骤:第一,按石墨0.5～40,悬浮介质占60～99.5的重量百分比配制石墨悬浮液,其中加入选定的分散剂的量为悬浮介质的0.2～5%;第二,超细化粉碎,根据悬浮液中石墨颗粒粒度不同对应一定的压力重复粉碎多次。该方法用于制做各行业所需要的超细石墨粉体。
文档编号C01B31/04GK1244495SQ9811293
公开日2000年2月16日 申请日期1998年8月10日 优先权日1998年8月10日
发明者张小宁 申请人:张小宁