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石墨如何提高純度，研究者們這么做！

2018-10-23 15:29:39 作者：李波濤來源：粉體圈分享至：

石墨作為重要的資源性非金屬礦物，具有耐高溫、抗腐蝕、可塑性以及特殊的導電性等特性，被廣泛應用于化工、冶金、核電、航空航天和國防等領域。隨著石墨的應用領域不斷拓寬，對石墨的純度要求也越來越高，如何提高石墨的純度也隨之成為一個重要的課題，下面小編介紹幾種石墨提純方法。

圖1 高純石墨

1浮選提純法

浮選法是最常用的選礦方法之一，該方法原理是依據石墨良好的天然疏水性，使其表面不易被水浸潤，利用石墨自身疏水性或經浮選藥劑作用獲得疏水特性，在礦漿體系借助氣泡浮力，在液-氣界面發生聚集使其與雜質礦物分離從而達到提純的目的。此外，石墨鱗片的大小是評判石墨好壞的標準之一。為保護其鱗片，在選別方法上宜用多段磨礦、多次選別、粗精礦再磨再選等工藝，旨在及時選出大鱗片石墨。一般情況下先采用正浮選，然后對精選產品進行反浮選。

石墨浮選捕收劑多用煤焦油；起泡劑多選用2#油、4#油；抑制劑一般選用水玻璃和氟硅酸鈉。

浮選法優點是：能耗低、藥劑用量少，成本低。缺點是：提純的石墨純度有限，品位一般為85%～90%且再次提高品位不易，回收率不高，石墨產品多屬于中碳石墨（80.0≤C＜94.0）。因此浮選法主要用于石墨的初步提純，獲得高碳石墨還需用化學或火法提純方法對產品進行再加工處理。

2堿酸法

堿酸法是濕法提純中應用最廣泛、技術較成熟的提純方法。其工作原理為：利用石墨耐酸堿的屬性，將堿和石墨遵循一定的配比混合均勻進行煅燒。在熔融狀態下的堿與石墨中部分雜質硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等發生反應生成可溶性硅酸鹽或酸溶性硅酸鹽，再經過清洗脫硅。而另一部分沒有與堿發生反應的雜質為金屬氧化物，經堿熔后依舊留存于石墨中。隨后將脫硅后的產物進行酸法浸出，使金屬氧化物轉化為可溶性鹽，再經過脫水、洗滌等工序實現石墨提純。其工藝流程圖如下

圖2 堿酸法提純工藝流程

堿酸法優點是：一次性投資少、工藝適應性強、設備較為通用。與浮選法相比，該法獲得的產品純度高，一般可達到99%以上。其缺點是：工藝過程中高溫焙燒造成能源耗損大、純化效率低、設備損耗嚴重同時有價礦物流失較多。

3氫氟酸法

氫氟酸法是一種較好的提純方法。其工藝原理為：將石墨與液態氫氟酸混合，石墨中雜質與氫氟酸反應生成溶于水的化合物及揮發物，然后經水沖洗除去這些雜質化合物，脫水干燥從而達到提純目的。為了盡可能避免反應進行時含鈣、鎂、鐵等雜質沉淀生成，必須在氫氟酸中添加少量的氟硅酸、稀HCl、HNO3或H2SO4等，可以消除鈣、鎂、鐵等難免離子滋擾。

圖3 氫氟酸法提純工藝流程

目前，為進一步提升石墨產品的純度，研究者們多選擇在堿浸、酸浸之前對石墨原礦進行活化預處理。具體工藝過程為先對原礦進行焙燒活化，再采用堿酸法對活化后的產品進一步除雜。焙燒后的石墨中雜質與堿、酸反應的活性增強，加快了雜質的清除效率，與未經預處理的原礦樣品相比，提純效果顯著。

氫氟酸提純法優點為：提純效率高、產品純度較高、能耗低、對產品性能影響不大等。缺點是：HF易揮發且有毒性，生產過程必須有嚴格的安全防護和廢水處理系統。存在工藝復雜、成本高、腐蝕性強、環境污染較大等缺點，難以推行大規模生產。

4氯化焙燒法

氯化焙燒法是常見的火法提純法，其原理是利用石墨中的硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等雜質在高溫加熱條件下可分解成二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等氧化物。在石墨粉中添加一定量的還原劑，在高溫和特定氛圍下焙燒，氧化物雜質與氯氣發生氯化反應，使氧化物轉化成氯化物。由于氯化物熔沸點相對較低，從而使這些氯化物受高溫焙燒汽化逸出，從而達到除雜提純目的。

氯化焙燒法優點是：具有節約能源、提純效率高、回收率高等優點。缺點是工藝條件不穩定、純化成本較高、尾氣難處理造成空氣污染嚴重等。此外，氯氣有一定毒性、對設備腐蝕嚴重等一系列缺點，可控性差，限制了該法很難被推廣應用。

目前，氯化焙燒法尚處于探索發展階段。相比堿酸法、氫氟酸法，該法具有較好的技術經濟優勢。若能充分利用冶金行業和化工行業成熟的應用技術及耐磨耐腐設備，該法在今后石墨深加工提純工業化中一定會被產業化推廣。

5高溫提純法

高溫提純法工作原理是利用石墨耐高溫的特性及其與雜質之間的熔沸點差異，將石墨添加到石墨化的石墨坩堝中，在通入惰性氣體和保護氣體的特定條件下，利用特定的純化爐加熱到2700℃，反應發生一段時間便能使雜質發生氣化從石墨中溢出，實現除雜的目的。該技術可以將除雜后產品的純度提升至99.99%以上。

高溫提純法優點是產品純度高，高純度石墨（C≥99.995%）。缺點是高溫法僅限于對高純度原料提純，需要特定的高溫爐因而造成投資、生產成本高、對操作技術要求嚴格等弊端。

石墨提純方法對比表