一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法

技术领域

本申请涉及石墨加工领域，具体而言，涉及一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法。

背景技术

随着新能源行业特别是电动汽车行业的飞速发展，负极材料对天然球形石墨的需求量快速增长。石墨常见的化学提纯方法包括氢氟酸法和碱酸法。氢氟酸法虽然提纯效果好，工艺简单，但提纯后废水中F离子对环境的危害较大且较难处理；传统的碱酸法提纯石墨反应效率低、能耗大，且提纯产品纯度不高，提纯后石墨固定碳含量很难达到99.90％以上。

因此，需要一种球形石墨的无氟提纯方法来降低提纯对环境的污染。

发明内容

本申请的目的在于提供一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法，其能够在减少碱、酸用量的情况下提高反应效率并降低提纯成本。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请提供一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法，其包括以下步骤：

将球形石墨原料在-0.05～-0.10MPa的真空度下与质量分数为30～50％的氢氧化钠溶液混合均匀，随后在压力条件为0.03～0.08MPa下于30～40℃搅拌0.5～1h得到混合液；

将混合液过滤得到混合物，将混合物在500～600℃焙烧1～2h得到焙烧产物；

将焙烧产物与50～80℃水混合进行超声波处理后静置，排出上层清液，重复上述步骤直至焙烧产物洗至中性；

将洗至中性的焙烧产物脱水得到球形石墨滤饼，将球形石墨滤饼在-0.05～-0.10Mpa的真空度下与酸液混合均匀，并在压力条件为0.03～0.08MPa下于30～50℃搅拌1～2h得到酸浸后的球形石墨；

将酸浸后的球形石墨与50～80℃水混合进行超声波处理后静置，将上层清液排出，重复上述步骤直至洗至中性得到提纯后球形石墨。

在一些可选的实施方案中，氢氧化钠溶液和球形石墨原料混合时的质量比为1.6～2：1。

在一些可选的实施方案中，将球形石墨原料和氢氧化钠溶液混合均匀之前，将球形石墨原料在-0.05～-0.10MPa的真空度下维持20～30min。

在一些可选的实施方案中，超声波处理的频率为20～40kHz，超声波处理的时间为3～5min。

在一些可选的实施方案中，酸液为盐酸、硝酸或盐酸和硝酸的混合物，酸液的体积分数为15～20％。

在一些可选的实施方案中，将球形石墨滤饼和酸液混合均匀之前，将球形石墨滤饼在-0.05～-0.10MPa的真空度下维持20～30min。

在一些可选的实施方案中，酸液和球形石墨滤饼混合时的质量比为1～1.5：1。

在一些可选的实施方案中，使用沸水将焙烧产物冲洗出焙烧容器后，将焙烧产物与50～80℃水混合进行超声波处理后静置。

在一些可选的实施方案中，球形石墨原料的固定碳含量为93～98％。

本申请的有益效果是：本申请提供的天然球形石墨的碱酸法提纯方法包括以下步骤：将球形石墨原料在-0.05～-0.10MPa的真空度下与质量分数为30～50％的氢氧化钠溶液混合均匀，随后在压力条件为0.03～0.08MPa下于30～40℃搅拌0.5～1h得到混合液；将混合液过滤得到混合物，将混合物在500～600℃焙烧1～2h得到焙烧产物；将焙烧产物与水混合进行超声波处理后静置，排出上层清液，重复上述步骤直至焙烧产物洗至中性；将洗至中性的焙烧产物脱水得到球形石墨滤饼，将球形石墨滤饼在-0.05～-0.10Mpa的真空度下与酸液混合均匀，并在压力条件为0.03～0.08MPa下于30～50℃搅拌1～2h得到酸浸后的球形石墨；将酸浸后的球形石墨与50～80℃水混合进行超声波处理后静置，将上层清液排出，重复上述步骤直至洗至中性得到提纯后球形石墨。本申请提供的天然球形石墨的碱酸法提纯方法能够在减少碱、酸用量的情况下提高反应效率并将固定碳含量为93～98％的球形石墨提纯至99.95％以上，有效的降低了提存成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的天然球形石墨的碱酸法提纯方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合实施例对本申请的天然球形石墨的碱酸法提纯方法的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本申请实施例提供一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法，其包括以下步骤：

步骤一、取12g氢氧化钠和28mL的水配成质量分数为30％的氢氧化钠溶液放入进样瓶备用；

步骤二、以固定碳含量为95.45％的萝北球形石墨为原料，进行加压碱浸；称取10g萝北球形石墨放进反应釜中，对反应釜进行抽真空，真空度为-0.05MPa，维持20min，然后利用负压将进样瓶中的氢氧化钠溶液抽至反应釜中搅拌均匀，关闭进样瓶阀门，对反应釜内部施加压力，压强为0.05MPa，使用水浴加热反应釜，水浴温度为30℃并均匀搅拌反应釜内溶液30min得到混合液。

步骤三、将步骤二得到的混合液进行抽滤，将混合液抽滤至不流动状态后移至反应容器内得到混合物，同时获得10mL浓度为30％的氢氧化钠溶液可以用于后续的提纯。

步骤四、将步骤三抽滤得到的混合物在500℃温度下焙烧1h，用沸水将焙烧完成后的球形石墨洗出焙烧容器；使用60℃热水与焙烧后的球形石墨混合进行超声，超声频率30kHz，超声时间4min，静置，将上层清液排出，重复上述步骤直至焙烧后的球形石墨洗至中性。

步骤五、将步骤四洗至中性的球形石墨进行抽滤脱水，得到球形石墨滤饼，将球形石墨滤饼加入到反应釜中，打开真空泵进行抽真空，真空度-0.05Mpa，维持此真空度20min，然后关闭真空泵阀门，打开进样瓶的阀门，通过压强差使进样瓶中预先放置的体积分数为15％的盐酸作为酸液流进反应釜中，盐酸与球形石墨滤饼的液固比为1.2：1，关闭进样瓶阀门，将酸液与石墨混合均匀搅拌，打开真空泵阀门进行加压，压强为0.05MPa，在40℃水浴下均匀搅拌2h得到酸浸后的球形石墨，再用60℃热水与酸浸后的球形石墨混合进行超声，超声频率30kHz，超声时间3min，静置将上层清液排出，重复上述步骤直至酸浸后的球形石墨洗至中性，然后抽滤、烘干，最终得到8.4g固定碳含量为99.96％的高品位球形石墨。

实施例2

本申请实施例提供一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法，其包括以下步骤：

步骤一、取20g氢氧化钠和20mL的水配成质量分数为50％的氢氧化钠溶液放入进样瓶备用；

步骤二、以固定碳含量为96.45％的吉林球形石墨为原料，进行加压碱浸；称取10g萝北球形石墨放进反应釜中，对反应釜进行抽真空，真空度为-0.08MPa，维持30min，然后利用负压将进样瓶中的氢氧化钠溶液抽至反应釜中搅拌均匀，关闭进样瓶阀门，对反应釜内部施加压力，压强为0.08MPa，使用水浴加热反应釜，水浴温度为40℃并均匀搅拌反应釜内溶液30min得到混合液。

步骤三、将步骤二得到的混合液进行抽滤，将混合液抽滤至不流动状态后移至反应容器内得到混合物，同时获得12mL质量分数为35％的氢氧化钠溶液可以用于后续的提纯。

步骤四、将步骤三抽滤得到的混合物在550℃温度下焙烧2h，用沸水将焙烧完成后的球形石墨洗出焙烧容器；使用80℃热水与焙烧后的球形石墨混合进行超声，超声频率40kHz，超声时间5min，静置，将上层清液排出，重复上述步骤直至焙烧后的球形石墨洗至中性。

步骤五、将步骤四洗至中性的球形石墨进行抽滤脱水，得到球形石墨滤饼，将球形石墨滤饼加入到反应釜中，打开真空泵进行抽真空，真空度-0.07Mpa，维持此真空度30min，然后关闭真空泵阀门，打开进样瓶的阀门，通过压强差使进样瓶中预先放置的体积分数为15％的盐酸作为酸液流进反应釜中，盐酸与球形石墨滤饼的液固比为1.5：1，关闭进样瓶阀门，将酸液与石墨混合均匀搅拌，打开真空泵阀门进行加压，压强为0.07MPa，在40℃水浴下均匀搅拌2h得到酸浸后的球形石墨，再用80℃热水与酸浸后的球形石墨混合进行超声，超声频率40kHz，超声时间5min，静置将上层清液排出，重复上述步骤直至酸浸后的球形石墨洗至中性，然后抽滤、烘干，得到8.6g固定碳含量为99.9％的球形石墨。

步骤六、将得到的8.6g的球形石墨与获得的12mL质量分数为35％的氢氧化钠溶液混合，重复上述步骤二至步骤五，最终得到固定碳含量为99.95％。

实施例3

本申请实施例提供一种天然球形石墨的碱酸法提纯方法，其包括以下步骤：

步骤一、取16g氢氧化钠和24mL的水配成质量分数为40％的氢氧化钠溶液放入进样瓶备用；

步骤二、以固定碳含量为95.56％的鸡西球形石墨为原料，进行加压碱浸；称取10g萝北球形石墨放进反应釜中，对反应釜进行抽真空，真空度为-0.08MPa，维持30min，然后利用负压将进样瓶中的氢氧化钠溶液抽至反应釜中搅拌均匀，关闭进样瓶阀门，对反应釜内部施加压力，压强为0.08MPa，使用水浴加热反应釜，水浴温度为35℃并均匀搅拌反应釜内溶液30min得到混合液。

步骤三、将步骤二得到的混合液进行抽滤，将混合液抽滤至不流动状态后移至反应容器内得到混合物，同时获得10mL浓度为35％的氢氧化钠溶液可以用于后续的提纯。

步骤四、将步骤三抽滤得到的混合物在550℃温度下焙烧1.5h，用沸水将焙烧完成后的球形石墨洗出焙烧容器；使用70℃热水与焙烧后的球形石墨混合进行超声，超声频率30kHz，超声时间5min，静置，将上层清液排出，重复上述步骤直至焙烧后的球形石墨洗至中性。

步骤五、将步骤四洗至中性的球形石墨进行抽滤脱水，得到球形石墨滤饼，将球形石墨滤饼加入到反应釜中，打开真空泵进行抽真空，真空度-0.07Mpa，维持此真空度30min，然后关闭真空泵阀门，打开进样瓶的阀门，通过压强差使进样瓶中预先放置的体积分数为20％的盐酸作为酸液流进反应釜中，盐酸与球形石墨滤饼的液固比为1.3：1，关闭进样瓶阀门，将酸液与石墨混合均匀搅拌，打开真空泵阀门进行加压，压强为0.07MPa，在40℃水浴下均匀搅拌2h得到酸浸后的球形石墨，再用80℃热水与酸浸后的球形石墨混合进行超声，超声频率40kHz，超声时间5min，静置将上层清液排出，重复上述步骤直至酸浸后的球形石墨洗至中性，然后抽滤、烘干，最终得到8.4g固定碳含量为99.95％的高品位球形石墨。

如图1所示，本申请实施例提供的天然球形石墨的碱酸法提纯方法首先将氢氧化钠溶液与球形石墨在负压下混合均匀反应，随后采用加压方式在预定温度下反应，接着将石墨与碱液的混合液进行抽滤得到碱液回收利用和混合物，将混合物焙烧后在负压下与酸液混合均匀反应，随后采用加压方式在预定温度下反应，最后抽滤干燥得到高品位球形石墨，从而利用负压和加压交替作用有利于碱液和酸液进入球形石墨的层间并提高反应效率，并能够有效的减少碱液、酸液用量，降低提纯成本，将固定碳含量为93～98％的球形石墨提纯至99.95％以上，同时在碱熔、酸浸后的水洗过程中采用超声辅助水洗，能够有效降低洗涤水用量。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。