鳞片石墨提纯方法(2)
碱酸法是天然石墨提纯的有效方法,主要由碱熔过程和酸浸过程组成。碱培过程:利用石墨耐酸碱的性质,将氢氧化钠和石墨按照一定比例混匀后在高温下锻烧,在熔融状态下碱和石墨中的部分杂质(石英、硅酸盐和硅铝酸盐等)发生化学反应生成水溶性或酸溶性盐,再进行水洗脱除硅来实现石墨的提纯;酸浸过程:将碱溶脱硅后的产物进行酸浸处理,使在熔融过程中不与碱发生反应的杂质(金属氧化物)与酸发生发应转化为可?溶性盐,在经过水洗等工艺来提纯石墨。酸碱提纯工艺流程如图1所示,碱熔过程中发生的主要反应如式(1)~(5),酸浸过程发生的反应为式(6)~(10)。
图1 碱酸法提纯石墨工艺流程图
谭旭升等以含有主要杂质为赤铁矿、石英和云母的内蒙古某鳞片石墨矿浮选精矿为原料,通过碱酸法进行了提纯试验研究,在通过碱处理(氢氧化钠与石墨的质量比为0.4、温度为600℃时焙烧120min)和酸处理(盐酸与石墨质量比为0.4、盐酸浓度为1mol/L时酸浸45min)后,得到含碳量为99.51%的石墨精矿,达到石墨制品要求的纯度。基于热力学及化学反应动力学,石墨提纯过程中,提高焙烧温度不仅能够缩短焙烧时间,还能提高石墨产品的纯度。
葛鹏等针对湖北金昌天然鳞片石墨浮选精矿,采用加碱焙烧浸出法来制备高纯石墨,试验表明,高温可以提高石墨产品中固定碳的含量;当焙烧温度提高到1000℃时,焙烧时间缩短为40min,可以获得固定碳含量大于99.91%的石墨产品,其固定碳含量提高了14.12个百分点。该研究在传统的碱酸法工艺上进行了改进,提高了纯化效果,降低了生产能耗。
姜芳等采用碱酸法来提纯湖南某微晶石墨,试验研究表明,NaOH的用量、焙烧温度及时间、盐酸用量等对石墨提纯均有影响,在NaOH与石墨质量比为0.6,焙烧温度为600℃时焙烧60min,盐酸与石墨体积质量比为0.4mL/g的情况下,可将石墨中固定碳的含量提高到98.79%。
刘凤春等采用碱煅烧法来提纯攀西地区的片麻岩型鳞片石墨,研究结果表明,当30g的石墨原矿和50g的NaOH在450℃下焙烧30min,再与浓度为3.6%的盐酸在温度为25℃时反应30min,得到的石墨样品中的杂质含量降低,石墨的固定碳含量从80.21%提高到97.52%,石墨的回收率达到90%以上。该实验中NaOH和盐酸的使用量对石墨的提纯效果有很大的影响,严格控制药剂的用量是得到较好提纯效果的关键因素。
碱酸法是中碳石墨和高碳石墨制备高纯石墨常用的方法,该方法设备简单,适用性较强,一次性投资小且能获得高品位石墨,但需在高温下进行,能耗大,工艺流程长,所用药剂易腐蚀设备,耗水量大,有望在后期的研究中通过改善药剂制度和设备来降低能耗和成本,简化工艺流程,提高纯化效果。