CN207418305U - 一种高纯微晶石墨生产*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微晶石墨提纯技术领域，公开了一种高纯微晶石墨生产***，所述高纯微晶石墨生产***按照微晶石墨提纯工艺包括依次连接的原料处理车间、第一酸洗车间、超声波反应釜和第二酸洗车间，所述原料处理车间包括依次连接的破碎机、球磨机、浮选机和离心机，所述第一酸洗车间与第二酸洗车间相同，均包括依次连接的反应釜、清洗机、离心机和烘干机。本实用新型高纯微晶石墨生产***能制备得到固定碳含量能99.9%以上的高纯微晶石墨，并且显著降低了氢氟酸的使用量，具有效率高、能耗低，提纯效果好的优点。

Description

一种高纯微晶石墨生产***

技术领域

本实用新型涉及微晶石墨提纯技术领域，更具体地，涉及一种高纯微晶石墨生产***及其生产工艺。

背景技术

石墨是一种高能晶体碳材料，因其独特的结构和导电、导热、润滑、耐高温、化学性能稳定等特点，广泛应用于冶金、机械、环保、化工、耐火、新能源、核能、电子、医药、军工和航空航天等领域。

我国天然石墨成形地质条件好、分布广泛、资源丰富、质量好，储量和产量都居世界首位，是我国的优势矿产之一。天然石墨根据结晶程度的不同，可分为晶质石墨和微晶质石墨两类,其中郴州隐晶质石墨占全国总储量的74.7%左右，而且该隐晶质石墨质量较好，固定碳含量高。

但是长期以来，人们大都重视晶质石墨的开采与加工，忽视了占有一大半储量的微晶质石墨的开发利用，其深加工技术水平和深加工能力较低的问题长期未得到有效解决。目前主要以原矿和粗加工产品应用为主，资源得不到充分利用，甚至盲目出口，造成矿产资源的大量流失和浪费。因此，进行微晶质石墨的化学提纯研究工作，开发低成本高碳石墨生产技术，具有重要的现实意义。

目前微晶质石墨的提纯多是借鉴晶质石墨的技术，常见的提纯方法包括浮选法、高温法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法等，浮选法多用于晶质石墨的初步提纯，石墨产品品位不高，且回收率很低，碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法均未化学提纯石墨的方法，其中，碱酸法提纯石墨的缺点在于需要高温煅烧，能量消耗大，而且提纯的反应时间长，此方法对设备的腐蚀较为严重，而且通过此方法获得的石墨纯度达不到99.9%，高温法虽然提纯效果最好，但是其成本过高、产业化所需投入资本巨大，氢氟酸法提纯石墨效率高、能耗低，但氢氟酸的用量巨大且有剧毒和强腐蚀性，导致生产设备及环保成本较高，因此，有必要设计一款新的微晶石墨生产***来弥补上述缺陷。

发明内容

本实用新型的要解决的技术问题在于针对现有技术化学提纯法效果有限，固定碳含量无法达到99.9%以上，而高温法成本过高，为进一步地提高石墨纯度和减少氢氟酸的用量，提供一种高纯微晶石墨生产***。

本实用新型还提供一种所述高纯微晶石墨生产***的生产工艺。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种高纯微晶石墨生产***，按照微晶石墨提纯工艺包括依次连接的原料处理车间、第一酸洗车间、超声波反应釜和第二酸洗车间，所述原料处理车间包括依次连接的破碎机、球磨机、浮选机和离心机，所述第一酸洗车间与第二酸洗车间结构相同，均包括依次连接的反应釜、清洗机、离心机和烘干机。

优选地，所述破碎机为颚式破碎机。

优选地，所述破碎机、球磨机、浮选机、离心机、第一酸洗车间、超声波反应釜、第二酸洗车间之间通过传输带连接。

优选地，所述第二酸洗车间还连接有包装处理机。

优选地，所述第二酸洗车间与包装处理机之间通过传输带连接。

本实用新型还提供所述高纯微晶石墨生产***的生产工艺，包括以下步骤：

S1.原矿处理：将鲁塘微晶石墨原矿在破碎机中破碎，然后送入球磨机中进行深度磨矿，通过磨矿得到细度为-0.074mm级物料，对磨矿细度为-0.074mm级物料含量占90%的原矿样在浮选机中进行浮选，采用一次粗选四次精选一次扫选流程之后，在离心机内进行磁选，得到固定碳含量为90%微晶石墨；

步骤S1中所述鲁塘微晶石墨原矿原料性能如下：水分2.4%,挥发分2.99%,灰分18.37% 碳含量78.64%；

S2.酸浸提纯：

S21.一次酸浸：将步骤S1所得微晶石墨送入第一酸洗车间，首先与混合酸在反应釜中混合，混合酸为HF和H₂SO₄的混合酸，其中HF的浓度为7%，H₂SO₄的浓度为30%，混合酸与石墨液固比为3.5:1，搅拌均匀后在温度80℃、反应时间3h的条件下进行常压酸浸，浸出渣在清洗机中洗涤至pH值为中性，之后在离心机中过滤、在烘干机中温度为80~150℃下干燥2~3h，得到固定碳含量为98.82%的微晶石墨；

S22.超声处理：将步骤S21得到的微晶石墨和混合酸在超声波反应釜中混合，混合酸为HF和H₂SO₄的混合酸，其中HF的浓度为3%，H₂SO₄的浓度为20%，混合酸与石墨液固比为3:1，搅拌均匀进行超声处理，时间为15min，得到微晶石墨混合酸溶液；

S23.二次酸浸：将步骤S22所得微晶石墨混合酸溶液送入第二酸洗车间，首先将微晶石墨混合酸溶液放入反应釜中反应，反应温度为90℃、反应时间3h，然后依次通过清洗机进行清洗、离心机进行过滤、烘干机进行烘干干燥，得到固定碳含量为99.98%的高纯微晶石墨。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用鲁塘隐晶质石墨为原料，首先通过原料处理车间对原矿进行初步处理，然后采用二步酸浸法对微晶石墨进行提纯，固定碳含量能达到99.9%以上的高纯微晶石墨，本实用新型高纯微晶石墨生产***显著降低了氢氟酸的使用量，具有效率高、能耗低，提纯效果好的优点。

本实用新型在原料处理车间对微晶石磨原矿进行破碎与研磨，配合浮选的一次粗选四次精选一次扫选流程，最大程度通过物理方法提高原矿的纯度（固定碳含量为90%微晶石墨如果还要使其品位得到进一步提高，浮选法无论在技术还是经济上都是比较难实现的）同时减少微晶石墨粒径，增大微晶石墨的比表面积，有利于后续酸浸提纯中降低后续提纯的能耗和成本。

本实用新型在传统的酸洗车间基础上，加入超声波反应釜，进行二次酸浸提纯处理，其中第一次采用酸浸法提纯后石墨中的杂质体积明显减少，形态变化较大，但是仍以颗粒形式存在，原因在于随着反应进行，杂质颗粒由外向内逐渐溶解，反应难度逐渐增大，并且这些沉淀覆盖在未溶解的杂质颗粒表面，阻碍了反应的进一步进行，此时继续增加酸的浓度效果并不明显，此外，这些沉淀本身在洗涤过滤阶段很难被除去，本实用新型加入超声波反应釜，使得一次酸浸提纯后的微晶石墨与杂质进一步地分离，在超声过程中的机械粉碎作用和空化作用可以将微晶石墨颗粒粉碎，使包裹在集合体内的部分杂质参与反应，加快了杂质与酸的反应速率，因此，第二次酸浸提纯仅需要极少量的酸即可得到高纯微晶石墨，显著降低了提纯能耗和成本。

附图说明

图1 高纯微晶石墨生产***设备框图。

图2 高纯微晶石墨生产***工艺流程图。

图3 第一酸洗车间结构示意图。

图4 浮选流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种高纯微晶石墨生产***，包括按照微晶石墨提纯顺序依次连接的原料处理车间、第一酸洗车间5、超声波反应釜6、第二酸洗车间7和包装处理机8，其中原料处理车间包括依次连接的破碎机1、球磨机2、浮选机3和离心机4。

如图2所示，本实施例中微晶石墨原矿通过破碎机进行破碎，破碎后的微晶石墨原矿被送入球磨机2进行球磨作业，球磨作业之后，微晶石墨被送入浮选机3进行浮选，浮选后的微晶石墨会被送入离心机4进行离心处理，本实施例中离心处理的过程即为磁选过程，磁选过后，微晶石墨材料会被送入第一酸洗车间5中进行第一道酸浸提纯处理，完成后再送入超声波反应釜6中进行超声处理，完成超声处理，再次送入第二酸洗车间7进行第二道酸浸提纯处理，最终得到高纯微晶石墨在包装处理机8中完成包装入库。

本实施例产能平衡配置如表1所示。

表1

从表1可知，本实施例采用现有的设备相互配合，可以实现高产能、低成本，并且成品率高，尤其是第一道酸洗通过超声处理以后，第二道酸洗的成品率达到了99.7%。

本实施例中破碎机1、球磨机2、浮选机3、离心机4、第一酸洗车间5、超声波反应釜6、第二酸洗车间7、包装处理机8之间通过传输带连接。其中，破碎机1采用颚式破碎机，第一酸洗车间5和第二酸洗车间7相同，如图3所示，第一酸洗车间5包括依次连接的反应釜51、清洗机52、离心机53和烘干机55，微晶石墨材料在反应釜51中完成酸反应，之后在清洗机52中用纯水洗涤至中性，通过离心机53过滤，然后在烘干机55进行烘干处理，完成干燥。

本实施例可以根据实际情况将上述各个部件放置多个车间或机房中，用于节约实际占地面积，以及某些部件不适宜于放置在一起，但在进行高纯微晶石墨加工时，仍然需要将一台设备处理过的微晶石墨送入一下台设备中，因此，本实施例各个设备按照提纯工艺为视为依次连接。

本实施例还提供所述高纯微晶石墨生产***的生产工艺，包括以下步骤：

S1.原矿处理：将鲁塘微晶石墨原矿在破碎机1中破碎，然后送入球磨机2中进行深度磨矿，通过磨矿得到细度为-0.074mm级物料，对磨矿细度为-0.074mm级物料含量占90%的原矿样在浮选机3进行浮选，浮选流程如图4所示，采用一次粗选四次精选一次扫选流程之后，在离心机4内进行磁选，得到固定碳含量为90%微晶石墨；

步骤S1中所述鲁塘微晶石墨原矿原料性能如下：水分2.4%,挥发分2.99%,灰分18.37% 碳含量78.64%；

S2.酸浸提纯：

S21.一次酸浸：将步骤S1所得微晶石墨送入第一酸洗车间5，首先与混合酸在反应釜51中混合，混合酸为HF和H₂SO₄的混合酸，其中HF的浓度为7%，H₂SO₄的浓度为30%，混合酸与石墨液固比为3.5:1，搅拌均匀后在温度80℃、反应时间3h的条件下进行常压酸浸，浸出渣在清洗机52中洗涤至pH值为中性，之后在离心机53中过滤、在烘干机54中干燥，具体温度为80~150℃下干燥2~3h，得到固定碳含量为98.82%的微晶石墨；

S22.超声处理：将步骤S21得到的微晶石墨和混合酸在超声波反应釜6中混合，混合酸为HF和H₂SO₄的混合酸，其中HF的浓度为3%，H₂SO₄的浓度为20%，混合酸与石墨液固比为3:1，搅拌均匀进行超声处理，时间为15min，得到微晶石墨混合酸溶液；

S23.二次酸浸：将步骤S22所得微晶石墨混合酸溶液送入第二酸洗车间7，首先将微晶石墨混合酸溶液放入反应釜中反应，反应温度为90℃、反应时间3h，然后依次通过清洗机进行清洗、离心机进行过滤、烘干机进行烘干干燥，得到固定碳含量为99.98%的高纯微晶石墨，最终包装入库。

本实施例采用鲁塘隐晶质石墨为原料，首先通过原料处理车间对原矿进行初步处理，然后采用二步酸浸法对微晶石墨进行提纯，固定碳含量能达到99.9%以上的高纯微晶石墨，显著降低了氢氟酸的使用量，具有效率高、能耗低，提纯效果好的优点。

本实施例在原料处理车间对微晶石磨原矿进行破碎与研磨，配合浮选的一次粗选四次精选一次扫选流程，最大程度通过物理方法提高原矿的纯度（固定碳含量为90%微晶石墨如果还要使其品位得到进一步提高，浮选法无论在技术还是经济上都是比较难实现的）同时减少微晶石墨粒径，增大微晶石墨的比表面积，有利于后续酸浸提纯中降低后续提纯的能耗和成本。

本实施例在传统的酸洗车间基础上，加入超声波反应釜，进行二次酸浸提纯处理，其中第一次采用酸浸法提纯后石墨中的杂质体积明显减少，形态变化较大，但是仍以颗粒形式存在，原因在于随着反应进行，杂质颗粒由外向内逐渐溶解，反应难度逐渐增大，并且这些沉淀覆盖在未溶解的杂质颗粒表面，阻碍了反应的进一步进行，此时继续增加酸的浓度效果并不明显，此外，这些沉淀本身在洗涤过滤阶段很难被除去，本实施例加入超声波反应釜，使得一次酸浸提纯后的微晶石墨与杂质进一步地分离，在超声过程中的机械粉碎作用和空化作用可以将微晶石墨颗粒粉碎，使包裹在集合体内的部分杂质参与反应，加快了杂质与酸的反应速率，因此，第二次酸浸提纯仅需要极少量的酸即可得到高纯微晶石墨，显著降低了提纯能耗和成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护之内。

Claims (5)

1.一种高纯微晶石墨生产***，其特征在于，按照微晶石墨提纯工艺包括依次连接的原料处理车间、第一酸洗车间、超声波反应釜和第二酸洗车间，所述原料处理车间包括依次连接的破碎机、球磨机、浮选机和离心机，所述第一酸洗车间与第二酸洗车间结构相同，均包括依次连接的反应釜、清洗机、离心机和烘干机。

2.根据权利要求1所述高纯微晶石墨生产***，其特征在于，所述破碎机为颚式破碎机。

3.根据权利要求1所述高纯微晶石墨生产***，其特征在于，所述破碎机、球磨机、浮选机、离心机、第一酸洗车间、超声波反应釜、第二酸洗车间之间通过传输带连接。

4.根据权利要求1所述高纯微晶石墨生产***，其特征在于，所述第二酸洗车间还连接有包装处理机。

5.根据权利要求4所述高纯微晶石墨生产***，其特征在于，所述第二酸洗车间与包装处理机之间通过传输带连接。