關(guān)于晶質(zhì)石墨的提純方法

　　工業(yè)上按照不同結(jié)晶形態(tài)將石墨劃分為晶質(zhì)石墨與隱晶質(zhì)石墨，晶質(zhì)石墨資源是我國(guó)戰(zhàn)略非金屬礦產(chǎn)，在軍工與現(xiàn)代材料工業(yè)及高新尖技術(shù)發(fā)展中至關(guān)重要。晶質(zhì)石墨進(jìn)一步可分為致密結(jié)晶狀石墨和鱗片石墨兩種，鱗片石墨的結(jié)晶明顯、晶體大、晶體呈鱗片狀。晶體直徑大于1μm，通常為0.05~1.5mm，大的能達(dá)到5~10mm。其固定碳含量一般較低，多為3%～13.5%。這種類型的石墨在可浮性、潤(rùn)滑性和可塑性方面優(yōu)于其他類型的石墨。塊狀石墨的純度非常高，其品位為60％~65％，甚至98％。

　　我國(guó)石墨資源豐富，但石墨工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)還處于世界中低水平，所需的高純石墨產(chǎn)品還依賴國(guó)外進(jìn)口。提純石墨是石墨用于深加工必不可少的步驟，目前應(yīng)用廣泛的提純石墨的五種方法分別是：浮選法、堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法以及高溫焙燒法等。

　　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(guò)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(lái)富集氣-液界面處的所選目標(biāo)礦物。由于其良好的可浮性和天然疏水性，鱗片狀石墨可以通過(guò)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(guò)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。石墨在浮選過(guò)程中一般采取多段流程——‘階磨階選’。

　　浮選的優(yōu)點(diǎn)是能耗最低，成本最低，經(jīng)過(guò)浮選法提純所獲得的石墨多為中碳水平，品位較低。因此，浮選法通常用作石墨純化過(guò)程的初步過(guò)程，然后使用其他化學(xué)或物理方法獲得更高純度的石墨。

　　堿酸法提純石墨已是較為成熟的工藝，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與石墨中的酸性雜質(zhì)在一定的溫度條件下反應(yīng)，然后用水洗滌。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(guò)酸浸處理生成可溶于水的鹽。

　　堿酸法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、一次性投資小、設(shè)備簡(jiǎn)單，提純后產(chǎn)品純度較高；缺點(diǎn)是酸堿對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，反應(yīng)后廢水有嚴(yán)重污染，石墨流失量不小。

　　氫氟酸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(guò)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(guò)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。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、HF/HCl/H₂SO₄、HF/H₂SO₄等混酸體系。

　　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)溫度和環(huán)境條件下在焙燒時(shí)通入氯氣。礦石樣品中有價(jià)金屬與低價(jià)氯結(jié)合后形成低熔點(diǎn)沸點(diǎn)氣相或凝聚相氯化物/絡(luò)合物析出，實(shí)現(xiàn)與組分有效分離，制得高純度石墨。

　　氯化焙燒方法優(yōu)點(diǎn)是提純效率高、回收率高、能耗低、成本低等。但氯氣有嚴(yán)重腐蝕性、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)。

　　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)高于所含雜質(zhì)沸點(diǎn)。高溫法就是通過(guò)熔沸點(diǎn)的差異將石墨樣品大部分雜質(zhì)氣化得到高純度的石墨，由此達(dá)到將石墨與其雜質(zhì)分離的目的，此法可用于制備高純石墨。

　　高溫法最大的優(yōu)勢(shì)是能制得純度和質(zhì)量都高的石墨產(chǎn)品，但能耗大，對(duì)設(shè)備要求極高，相應(yīng)對(duì)所提純的石墨原料純度也有一定要求。