CN104229788A - 一种提纯高纯石墨的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于化学领域，具体涉及一种提纯高纯石墨的方法。本发明解决技术问题的技术方案为：将石墨加入到碱溶液中，微波处理后，水洗至中性，再用混酸浸出，浸出后水洗、干燥即可。本发明方法能有效去除石墨中的杂质，使石墨的固定碳含量达到99.99％以上。本发明方法操作简单、能耗低，为石墨的提纯提供了一条更为有效的方法。

Description

一种提纯高纯石墨的方法
技术领域
本发明属于化学领域，具体涉及一种提纯高纯石墨的方法。
背景技术
石墨是碳质元素结晶矿物，具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀和耐高温性能，应用十分广泛。石墨及其制品是发展冶金、机械、石油、化工、核工业、农业、国防尖端技术、纱织、铅笔制造、电气、电视、玻璃制造、铸铁焊条等等工业部门不可缺少的导电、耐火、润滑、密封、耐酸、耐碱材料和结构材料。这些行业所需石墨的固定碳含量高达99.9％以上，而天然石墨经过选矿处理后的含碳量最高仅能达95％左右，远不能满足高纯石墨应用领域的需求，因此高纯石墨的制备对石墨的应用十分关键。
石墨提纯的一般方法主要有碱酸法、高温焙烧法、氢氟酸法和氯化焙烧法等。碱酸法提纯石墨的原理是将氢氧化钠与石墨按一定比例混合均匀进行煅烧，在500～700℃的高温下处理，然后用酸浸出得到高纯石墨。高温焙烧法是将石墨在保护气体环境下在纯化炉中加热到2300～3000℃保持一段时间，石墨中的杂质溢出而实现石墨的提纯。氢氟酸法是采用氢氟酸浸出直接提纯石墨。氯化焙烧法是将石墨掺加一定量的还原剂，在一定温度和特定气氛下焙烧，再通入氯气进行化学反应，使物料中有价金属转变成熔沸点较低的气相或凝聚相的氯化物及络合物而逸出，从而与其余组分分离，达到提纯石墨的目的。这些方法或多或少地存在除杂效果差、能耗高、环境污染严重等不足。而采用微波消解提纯石墨的方法报道较少，专利CN102583360A申请公开了一种利用微波先碱浸后酸浸或者利用微波先酸浸后碱浸提纯高纯石墨的方法，但这种方法需要两步微波处理，时间过长，能耗较高。专利CN101973545A申请公开了一种提纯高纯石墨的方法，主要是先在加压反应釜中进行碱浸处理，而后在超声波场或微波场中进行常压酸浸处理，处理后的石墨粉再用氢氟酸或含氟盐氟化钠进行浸出。这种方法需要在加压反应釜中进行处理，增加了能耗以及一定的危险性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提纯高纯石墨的方法，该方法引入微波消解过程，后续伴随混酸浸出，能够得到优质高纯石墨。该工艺过程简单、高效、能耗小、重现性好、生产成本低，固定碳含量可达99.99％以上。
提纯高纯石墨的方法，包括以下步骤：将石墨加入到碱溶液中，微波处理后，水洗至中性，再用混酸浸出，浸出后水洗、干燥即可。
具体的，上述方法中，所述碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化锂水溶液或氨水中至少一种。
优选的，上述方法中，所述碱溶液的质量浓度为5～55％。
具体的，上述方法中，碱溶液与石墨的液固质量比为2～20︰1。
具体的，上述方法中，微波处理时控制压力为0.1～1.5MPa，功率为200～1000W。
具体的，上述方法中，微波处理5～100min。
具体的，上述方法中，所述混酸为氢氟酸/盐酸、氢氟酸/硝酸、氢氟酸/硫酸、氢氟酸/盐酸/硝酸、氢氟酸/硫酸/盐酸或氢氟酸/硫酸/硝酸中的任意一种。
具体的，上述方法中，所述混酸总质量浓度为5～60％；其中，氢氟酸占混酸总质量的10～20％。
具体的，上述方法中，混酸与石墨的液固质量比为1～8︰1。
具体的，上述方法中，混酸浸出时间为0.5～60h。
具体的，上述方法中，所述的石墨含碳质量分数为80～98％。
本发明方法可以将石墨提纯到99.99％以上，同时本发明方法添加少量的氢氟酸就可以达到目的，克服了传统氢氟酸提纯法需要添加大量氢氟酸的缺点，具有污染小、能耗低、操作更简单等优点。
具体实施方式
本发明的原料石墨为经过初加工后得到的含碳质量分数为80～98％的石墨，市面上出售的一般都是通过初加工后的石墨。
本发明中所述混酸为氢氟酸/盐酸、氢氟酸/硝酸、氢氟酸/硫酸、氢氟酸/盐酸/硝酸、氢氟酸/硫酸/盐酸或氢氟酸/硫酸/硝酸中的任意一种，所述混酸总质量浓度为5～60％，氢氟酸占混酸总质量的10～20％。混酸以氢氟酸/盐酸为例，具体理解为：氢氟酸/盐酸即表示为氢氟酸水溶液与盐酸水溶液的混合物，氢氟酸和盐酸的总质量占混合物质量的5～60％，氢氟酸占氢氟酸和盐酸总质量的10～20％。
本发明方法首先采用微波消解法在碱性条件下对石墨进行碱浸，洗涤后在常温常压下对石墨进行酸浸处理，采用混酸溶液能够有效去除石墨中残留SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO等杂质，特别是添加少量氢氟酸便能高效去除石墨中残留的SiO2、Al2O3顽固杂质，反应生成的SiF4、AlF3被轻易除去，使石墨纯度显著提高，此外，少量氢氟酸的添加也改善了传统氢氟酸法提纯石墨需要大量氢氟酸作为除杂原料的缺点。经过此步骤提取后的石墨纯度达到99.99％以上。
下面通过实施例进一步详细描述本发明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
本发明实施例微波处理采用的微波消解仪购自北京祥鹄科技发展有限公司，XH-800C型温压双控密闭微波消解仪。
实施例1
按液固质量比为12︰1将含碳质量分数为80～98％的石墨加入到浓度为30％的氢氧化钠溶液中，然后置于微波反应器中处理20min，微波反应器的压力为0.1MPa，功率为1000W。处理后的石墨经过水洗至中性，水洗后的石墨再用氢氟酸/盐酸溶液在常温常压下进行浸出，氢氟酸/盐酸溶液的总浓度为5％，其中氢氟酸占混酸总质量的10％，混酸与石墨的液固质量比为2︰1，酸浸时间为10h，浸出后的石墨再经过水洗、干燥即得到纯度为99.992％的石墨产品，产品总灰分为0.008％。
实施例2
按液固质量比为5︰1将含碳质量分数为80～98％的石墨加入到浓度为20％的氢氧化钾溶液中，然后置于微波反应器中处理30min，微波反应器的压力为0.5MPa，功率为600W。处理后的石墨经过水洗至中性，水洗后的石墨再用氢氟酸/硝酸溶液在常温常压下进行浸出，氢氟酸/硝酸溶液的总浓度为25％，其中氢氟酸占混酸总质量的15％，混酸与石墨的液固质量比为3︰1，酸浸时间为30h，浸出后的石墨再经过水洗、干燥即得到纯度为99.994％的石墨产品，产品总灰分为0.006％。
实施例3
按液固质量比为2︰1将含碳质量分数为80～98％的石墨加入到浓度为10％的氢氧化锂溶液中，然后置于微波反应器中处理60min，微波反应器的压力为1.0MPa，功率为400W。处理后的石墨经过水洗至中性，水洗后的石墨再用氢氟酸/硝酸/硫酸溶液在常温常压下进行浸出，氢氟酸/硝酸/硫酸溶液的总浓度为30％，其中氢氟酸占混酸总质量的20％，混酸与石墨的液固质量比为5︰1，酸浸时间为60h，浸出后的石墨再经过水洗、干燥即得到纯度为99.995％的石墨产品，产品总灰分为0.005％。
实施例4
按液固质量比为20︰1将含碳质量分数为80～98％的石墨加入到浓度为40％的氢氧化钠溶液中，然后置于微波反应器中处理100min，微波反应器的压力为1.5MPa，功率为200W。处理后的石墨经过水洗至中性，水洗后的石墨再用氢氟酸/硝酸/盐酸溶液在常温常压下进行浸出，氢氟酸/硝酸/盐酸溶液的总浓度为60％，其中氢氟酸占混酸总质量的14％，混酸与石墨的液固质量比为8︰1，酸浸时间为0.5h，浸出后的石墨再经过水洗、干燥即得到纯度为99.996％的石墨产品，产品总灰分为0.004％。

Claims (10)

1.一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：包括以下步骤：将石墨加入到碱溶液中，微波处理后，水洗至中性，再用混酸浸出，浸出后水洗、干燥即可。
2.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液、氢氧化锂水溶液或氨水中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：所述碱溶液的质量浓度为5～55％。
4.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：碱溶液与石墨的液固质量比为2～20︰1。
5.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：微波处理时控制压力为0.1～1.5MPa，功率为200～1000W。
6.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：微波处理5～100min。
7.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：所述混酸为氢氟酸/盐酸、氢氟酸/硝酸、氢氟酸/硫酸、氢氟酸/盐酸/硝酸、氢氟酸/硫酸/盐酸或氢氟酸/硫酸/硝酸中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：所述混酸总质量浓度为5～60％；其中，氢氟酸占混酸总质量的10～20％。
9.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：混酸与石墨的液固质量比为1～8︰1。
10.根据权利要求1所述的一种提纯高纯石墨的方法，其特征在于：混酸浸出时间为0.5～60h。
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