一种利用天然石墨制备高纯石墨的方法

技术领域

本发明涉及高纯石墨的制备技术领域，具体涉及一种利用天然石墨制备高纯石墨的方法。

背景技术

石墨具有低密度、抗腐蚀、抗辐射、自润滑、耐高低温等众多优点，在航天、航空、军工、电子、核能、冶金等领域具有重要的应用。随着新技术、新工艺的不断发展，普通的高纯石墨材料已经不能满足许多行业的需求，石墨提纯质量的高低决定着石墨材料的使用特性和综合性能，石墨纯度越高，应用价值越高。

目前，国内外石墨提纯的方法主要有化学法，包括浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法等，物理法主要指高温法。其中，高温法可以将石墨粉纯度提升到99.99％，但对设备要求高，工作温度至少要到3000℃以上，极大的增加了成本。化学法提纯会用到大量的硫酸、氢氟酸、盐酸等强酸和氢氧化钠等强碱，对设备的严格要求也导致成本的升高；不仅如此，化学法提纯的制备工序步骤较多，且制备过程中易产生较多的废酸和废碱，导致废水排放增多且生产成本增加。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种利用天然石墨制备高纯石墨的方法，该方法相比现有工艺而言，能耗低、更加绿色环保，更加简便易行，在保障石墨纯度的同时具有更低的制造成本。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种利用天然石墨制备高纯石墨的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将天然石墨粉、氟盐、水和添加剂加入到反应釜中并搅拌均匀，进行水热反应，制备得到浆料；所述氟盐为低沸点氟盐和高沸点氟盐的组合物；

(2)对步骤(1)的浆料进行分离，分离得到含有石墨和杂质的混合物；

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，烘干，制备得到高纯石墨。

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述天然石墨粉的碳含量≥90％，所述天然石墨粉的粒度≤100μm。

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述天然石墨粉、氟盐、水和添加剂的质量比为1：(0.3～0.8)：(1.5～3)：(0.01～0.05)。

示例性地，所述天然石墨粉、氟盐、水和添加剂的质量比为1：(0.3、0.4、0.5、0.6、0.7或0.8)：(1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3)：(0.01、0.02、0.03、0.04或0.05)。

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述低沸点氟盐选自NH

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述高沸点氟盐与低沸点氟盐的质量比为(0.1～0.5):1。示例性地，所述高沸点氟盐与低沸点氟盐的质量比为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1或0.5:1。

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述添加剂选自羟基亚乙基二膦酸(C

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述水热反应的温度为150℃～300℃，示例性地，所述水热反应的温度为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃或300℃；所述水热反应的时间为1h～10h，例如为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。

根据本发明的实施方式，步骤(1)中，水热反应过程中，反应釜内的压力为大于1个大气压。

根据本发明的实施方式，步骤(2)中，所述杂质为Na

根据本发明的实施方式，步骤(2)中，采用离心分离法对步骤(1)的浆料进行分离；示例性地，利用离心机将石墨中的水甩出，分离出含有10％～30％水分的石墨和杂质的混合物。

根据本发明的实施方式，步骤(3)中，所述烘干的温度为100℃～200℃，所述烘干的时间为6～12h。

根据本发明的实施方式，步骤(3)中，获得的高纯石墨的碳含量>99％。优选地，获得的高纯石墨的碳含量≥99.9％。

根据本发明的实施方式，本发明采用高沸点氟盐和低沸点氟盐的组合物作为去除天然石墨中杂质组分的药剂，该药剂中的低沸点氟盐(NH

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本发明采用氟盐、添加剂与天然石墨粉在常温下均匀混合，然后加热到一定的温度后恒温一定的时间，在一定的压力下进行水热反应，以此完成杂质的反应和去除过程，冷却后对上述反应产物进行分离处理，然后再用去离子水对分离后的石墨进行洗涤，去除残余的Na

(2)本发明加入的添加剂能够与反应后得到的铁、铜、铝、锌等多种金属离子形成稳定的络合物，进一步去除石墨中微量金属元素，能够显著提升石墨的纯度。该方法相比于现有工艺而言，克服了化学提纯纯度低而导致获得的石墨不能满足市场的需求；此外，所用药剂(氟盐)的腐蚀性更弱，添加量更少，可以通过调节温度和压力来缩短反应时间，增加腐蚀效应，易于操作，最为重要的是，需要的设备简单、能耗低、成本低。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐40g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为99.92％的高纯石墨。

实施例2

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐50g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，150℃烘干6h，得到纯度为99.95％的高纯石墨。

实施例3

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐70g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为99.97％的高纯石墨。

对比例1

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐40g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨混合物；

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为97.2％的高纯石墨。

对比例2

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐40g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为97.8％的高纯石墨。

对比例3

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐40g(NaF)、水200g和羟基亚乙基二膦酸1g加入到反应釜中并搅拌均匀，然后加热到300℃、保温12小时，进行水热反应，水热反应过程中反应釜内的压力约为2.5个大气压，反应结束后，冷却到室温得浆料；

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为95.4％的高纯石墨。

对比例4

(1)将天然石墨粉(碳含量≥90％，粒度≤100μm)100g、氟盐40g(NH

(2)将步骤(1)的浆料送入离心机中，将石墨中的约80％的水分甩出，从离心机中分离出含有20％水分的石墨和Na

(3)将步骤(2)的混合物用去离子水洗至中性，120℃烘干8h，得到纯度为98.6％的高纯石墨。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。