鱗片石墨的提純方法有哪些？

　　石墨作為優(yōu)質(zhì)的礦物原料，其應(yīng)用已經(jīng)囊括了人類賴以生存的能源、環(huán)境及信息領(lǐng)域，冶金、電子、航空航天和其他支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的行業(yè)與石墨材料密不可分。石墨要進(jìn)行深加工對(duì)純度有一定的要求，并且伴隨著石墨的相關(guān)科學(xué)研究越來越深入，高純石墨的需求量會(huì)越來越大，石墨礦石的提純將會(huì)變得越來越重要。

1、浮選法

　　浮選是當(dāng)前礦物加工操作中最常用的方法之一。其原理主要是通過添加一系列浮選藥劑如發(fā)泡劑、捕收劑、調(diào)整劑和抑制劑來富集氣-液界面處的所選目標(biāo)礦物，實(shí)現(xiàn)與脈石礦物的分離。

由于其良好的可浮性和天然疏水性，鱗片狀石墨可以通過浮選達(dá)到分離石墨和雜質(zhì)的目的。石墨浮選實(shí)驗(yàn)過程中所用起泡劑一般采用二號(hào)油或四號(hào)油，捕收劑選用煤油或柴油，調(diào)整劑選用石灰，抑制劑選用水玻璃。

　　鱗片狀石墨的鱗片大小決定著它的使用價(jià)值，所以為了使石墨的價(jià)值不受到影響，大鱗片得到保護(hù)，石墨在浮選過程中一般采取多段流程，即階磨階選。浮選的優(yōu)點(diǎn)是能耗最低，成本最低。但是，經(jīng)過浮選法提純所獲得的石墨多為中碳水平，品位較低，通常為85%～90%，并且想要進(jìn)一步提升品位相當(dāng)困難。因此，浮選法通常用作石墨純化過程的初步過程，然后使用其他化學(xué)或物理方法獲得更高純度的石墨。

　　袁來敏針對(duì)品位為6.76%的遼寧某石墨礦，采用一段粗磨、粗精礦兩段再磨，五次精選的工藝流程，最終可獲得品位為97.84%，回收率為92.63%的石墨精礦。

　　劉海營(yíng)等針對(duì)黑龍江蘿北地區(qū)固定碳含量為13.27%的細(xì)鱗片晶質(zhì)石墨礦，采用階段磨礦-階段選別-分質(zhì)分流-精礦再磨再選的浮選工藝流程進(jìn)行選別，最終獲得的石墨精礦中固定碳含量為96.11%，回收率為91.30%。

　　基于普通浮選工藝流程長(zhǎng)的缺點(diǎn)，呂一波等針對(duì)鱗片石墨磨礦段數(shù)多、精選流程長(zhǎng)，影響石墨大鱗片的保護(hù)和生產(chǎn)穩(wěn)定性，增大生產(chǎn)成本等缺陷，以中碳石墨為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)浮選柱進(jìn)行石墨提純，試驗(yàn)結(jié)果表明，礦漿濃度能顯著影響石墨精礦的品位，循環(huán)壓力對(duì)石墨精礦產(chǎn)率影響最大。在浮選柱的柱體高度為1.55m時(shí)，選用礦漿質(zhì)量濃度40g/L、循環(huán)壓力0.04MPa、捕收劑用量200g/t的組合條件，可將石墨精礦的品位提高至94.19%。

　　余悅等針對(duì)國(guó)外某鱗片石墨進(jìn)行提純?cè)囼?yàn)研究并確定磨礦介質(zhì)直徑，采用GJM型高效攪拌磨機(jī)(擦洗機(jī))磨礦，采用一次磨礦一次粗選的工藝流程，使石墨的固定碳含量提高了3.9個(gè)百分點(diǎn)，部分石墨中固定碳含量達(dá)到了98%。

　　余學(xué)斌等針對(duì)難選細(xì)鱗片石墨，采用新型立式砂磨機(jī)，經(jīng)過一次磨礦兩次精選，可從品位為81%的中碳石墨中獲得95.15%和90%兩個(gè)品級(jí)的石墨產(chǎn)品，浮選回收率為92.84%。

　　方和平等采用浮選法提純大鱗片石墨，并添加助磨劑來提高磨礦效率，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與不加助磨劑相比，添加助磨劑可緩解由于脈石雜質(zhì)嵌布形態(tài)和石墨晶體狀態(tài)性質(zhì)引起的難磨問題。在最佳磨礦時(shí)間和浮選礦漿濃度條件下，選用助磨劑有效地提高了石墨的浮選產(chǎn)率，并縮短磨礦時(shí)間。

2、堿酸法

　　目前，堿酸法已形成了較為成熟的工藝，整個(gè)工藝流程主要分為堿熔和酸浸兩個(gè)步驟。其原理為：在石墨試樣中加入適量的NaOH，反應(yīng)在一定的溫度條件下進(jìn)行。NaOH屬于強(qiáng)堿，能與石墨中的酸性雜質(zhì)SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等發(fā)生反應(yīng)，將SiO2轉(zhuǎn)化為水溶性硅酸鈉，然后可以用水洗滌除去。剩余的雜質(zhì)形成的氫氧化物難溶于水，在一定溫度下經(jīng)過酸浸處理生成可溶于水的鹽。主要反應(yīng)如式（1）~式（4）：

　　堿酸法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、一次性的投資小、設(shè)備簡(jiǎn)單，提純后的產(chǎn)品純度較高，能達(dá)到99.5%。缺點(diǎn)是酸堿對(duì)設(shè)備的腐蝕性嚴(yán)重，反應(yīng)后的廢水有嚴(yán)重污染，石墨的流失量也不小。目前，這一方法在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中提純石墨時(shí)運(yùn)用最為廣泛。

3、氫氟酸法

　　氫氟酸是一種強(qiáng)酸，它可以和石墨中除了石墨以外的幾乎所有的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此也可以用于石墨的提純。氫氟酸法的基本原理是：將石墨和氫氟酸充分混合后，氫氟酸與石墨中的雜質(zhì)反應(yīng)生成能溶物或者可揮發(fā)物質(zhì)，然后經(jīng)過水洗洗去其中的可溶性雜質(zhì)。

　　氫氟酸法的優(yōu)點(diǎn)：能高效除去樣品礦中的雜質(zhì)，得到高品位的石墨，并且該過程幾乎不對(duì)石墨的性能造成影響，能耗也低。但氫氟酸有劇毒，對(duì)環(huán)境污染較大?？梢耘浜掀渌嵋黄鹗褂?，以減少HF酸的用量。我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)上用該法生產(chǎn)高純石墨主要采用的是HF/HCl、

　　張然等依次通過使用H2SO4、氫氟酸對(duì)石墨礦進(jìn)行分步提純。具體過程為，H2SO4除去礦樣中的一些硅酸鹽后，再用氫氟酸除去其余的雜質(zhì)。在最佳工藝條件H2SO4濃度30%～60%，溫度90℃下預(yù)反應(yīng)2h，氫氟酸濃度20%常溫下反應(yīng)2h，使原料品位由97%提升至99.94%。

4、氯化焙燒法

　　氯化焙燒方法是在石墨樣品中加入適量的還原物質(zhì)，然后在適當(dāng)?shù)臏囟群铜h(huán)境條件下在焙燒反應(yīng)時(shí)通入氯氣。礦石樣品中有價(jià)金屬與低價(jià)氯的結(jié)合后進(jìn)一步形成低熔點(diǎn)沸點(diǎn)的氣相或凝聚相氯化物或絡(luò)合物從而析出，并實(shí)現(xiàn)與其他組分的有效分離，進(jìn)而制取高純度的石墨。

　　氯化焙燒方法的優(yōu)點(diǎn)是提純效率高、回收率高、能耗低、成本低等。但是氯氣有嚴(yán)重的腐蝕性，并且具有毒性，會(huì)污染環(huán)境，因此在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到影響，此法還有待改進(jìn)。

　　李繼業(yè)等采用氯化焙燒法提純某細(xì)鱗片石墨，當(dāng)還原劑用量為石墨的4%時(shí)，在最佳的氯氣氣壓下，溫度為1200℃時(shí)反應(yīng)2.5 h，可獲得含碳量為80%的石墨精礦。

5、高溫法

　　石墨擁有非常高的熔沸點(diǎn)：熔點(diǎn)為3652℃，沸點(diǎn)為4250℃。其熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所含雜質(zhì)的沸點(diǎn)。高溫法就是通過熔沸點(diǎn)的差異，將石墨樣品加熱到將近3000℃，此時(shí)大部分雜質(zhì)已經(jīng)氣化，剩下得到高純度的石墨，由此達(dá)到將石墨與其雜質(zhì)分離的目的。通過此法提純的石墨，品位可達(dá)到99.99%或更高，可用于制備高純石墨。

　　高溫法提純石墨最大的優(yōu)勢(shì)是能制得純度高于其他提純方法的高質(zhì)量石墨產(chǎn)品，但同時(shí)所需的能耗大，對(duì)設(shè)備的要求也是極高，相應(yīng)的對(duì)所需提純的石墨原料純度也有一定的要求。因此，該方法目前的應(yīng)用領(lǐng)域受限，主要涉及航天、國(guó)防、核工業(yè)等特殊領(lǐng)域。

　　梁剛等采用感應(yīng)加熱法提純某天然鱗片石墨，通過自制的感應(yīng)加熱爐提高溫度、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可將石墨中的雜質(zhì)硅除去，最終可將鱗片石墨的純度提高到99.92%，且提純后的石墨鱗片沒有受到破壞，狀態(tài)結(jié)構(gòu)良好。

　　張向軍等采用高溫提純法純化某鱗片石墨，研究發(fā)現(xiàn)，石墨坩堝的灰分含量低于鱗片石墨灰分含量，且石墨快速升溫有利于散狀鱗片石墨中的灰分氣體逸出，因此，通過改善升溫工藝條件，提高坩堝質(zhì)量，可將原料提純?yōu)樘己空?9.995%的高純石墨。

6、堿酸-高溫氯化聯(lián)合法

　　張勁斌等采用堿酸-高溫氯化聯(lián)合法對(duì)天然鱗片石墨進(jìn)行提純。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，堿酸法的最佳工藝條件：堿與石墨配比0.9，焙燒溫度1000℃，水洗溫度80℃，水洗時(shí)間80min，鹽酸濃度1mol/L，酸浸溫度30℃，酸浸時(shí)間60 min。進(jìn)一步采用高溫氯化法（1500℃）提高石墨提純效果，當(dāng)NH4Cl與石墨加入比為0.4時(shí)，樣品石墨固定碳含量達(dá)到99%以上。

　　石墨作為優(yōu)質(zhì)的礦物原料，其應(yīng)用已經(jīng)囊括了人類賴以生存的能源、環(huán)境及信息領(lǐng)域，冶金、電子、航空航天和其他支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)的行業(yè)與石墨材料密不可分。石墨要進(jìn)行深加工對(duì)純度有一定的要求，并且伴隨著石墨的相關(guān)科學(xué)研究越來越深入，高純石墨的需求量會(huì)越來越大，石墨礦石的提純將會(huì)變得越來越重要。