一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法

技术领域

本申请涉及石墨加工领域，具体而言，涉及一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法。

背景技术

石墨是一种重要的矿物资源，在非金属材料领域有着不可替代的作用，特别是鳞片石墨因其具有良好的耐高温、导电、导热、润滑、可塑及耐酸碱等性能，是新能源、新材料等战略性新兴产业不可或缺的关键原材料，在负极材料方面的需求增长迅速，随着科学技术的不断发展，新能源等领域对石墨固定碳含量的要求越来越高。

氢氟酸法因其成本低、提纯步骤简单在工业上广泛应用，但是氢氟酸法提纯因F离子污染严重、氢氟酸用量大、水洗用水量多、提纯效率不高遭到诟病。

因此，需要一种能够降低氢氟酸用量和减少用水量的石墨提纯方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法，能够在保证提纯球形石墨品味的前提下有效的降低氢氟酸用量，并减少冲洗用水量。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请提供一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法，包括以下步骤：

将球形石墨原料在-0.05～-0.08MPa的真空度下与含有氢氟酸的混合酸液混合并搅拌均匀，随后在0.03～0.08MPa压力下加热至40～60℃搅拌反应2～4h得到混合液；

将所述混合液与水混合进行超声波处理，静置后去除上层清液，重复上述步骤直至水洗至中性、抽滤、烘干。

在一些可选的实施方案中，混合酸液为氢氟酸与盐酸混合、氢氟酸与硝酸混合或氢氟酸、盐酸、硝酸混合得到。

在一些可选的实施方案中，混合酸液中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.1～0.6mL/g。

在一些可选的实施方案中，混合酸液含有盐酸或硝酸时，盐酸或硝酸与球形石墨的液固比为0.9～1.5mL/g。

在一些可选的实施方案中，混合酸液含有盐酸和硝酸时，盐酸和硝酸与球形石墨的液固比分别为0.45～0.75mL/g。

在一些可选的实施方案中，混合酸液含有盐酸和硝酸时，盐酸和硝酸的比例为1：1。

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5～10min。

在一些可选的实施方案中，将球形石墨原料和混合酸液混合之前，将球形石墨在-0.05～-0.08MPa的真空度下保持20～30min。

在一些可选的实施方案中，将所述混合液与50～80℃的水混合进行超声波处理。

本申请的有益效果是：本申请提供的球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法包括以下步骤：将球形石墨原料在-0.05～-0.08MPa的真空度下与含有氢氟酸的混合酸液混合并搅拌均匀，随后在0.03～0.08MPa压力下加热至40～60℃搅拌反应2～4h得到混合液；将所述混合液与水混合进行超声波处理，静置后去除上层清液，重复上述步骤直至水洗至中性、抽滤、烘干。本申请提供的球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法能够在保证提纯球形石墨品味的前提下有效的降低氢氟酸用量，并减少冲洗用水量。

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球形石墨混酸酸浸-超声水洗的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，下面将结合本申请实施例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。

以下结合实施例对本申请的球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本申请提供一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法，包括以下步骤：

步骤一、取固定碳含量为95.46％的萝北球形石墨20g加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，将氢氟酸和盐酸混合得到的混合酸液加入至进样瓶内，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.3mL/g，盐酸与球形石墨的液固比为1.2mL/g；将反应釜抽真空至真空度为-0.05MPa，维持此真空度20min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的混合酸液流进反应釜中，关闭进样瓶阀门，使混合酸液与石墨混合搅拌均匀，再次打开真空泵阀门向反应釜中施加压力，压强为0.05MPa，使用水浴加热反应釜至40℃搅拌反应3h得到混合液。

步骤二、对混合液内的球形石墨进行超声波水洗，用60℃水与混合液混合进行超声波处理，超声波频率为40kHz，超声波时间为5min，静置后将上层清液倒掉，重复上述超声波水洗操作四次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.98％的球形石墨。

实施例2

本申请提供一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法，包括以下步骤：

步骤一、取固定碳含量为96.46％的鸡西球形石墨20g加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，将氢氟酸和硝酸混合得到的混合酸液加入至进样瓶内，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.42mL/g，硝酸与球形石墨的液固比为1.2mL/g；将反应釜抽真空至真空度为-0.08MPa，维持此真空度30min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的混合酸液流进反应釜中，关闭进样瓶阀门，使混合酸液与石墨混合搅拌均匀，再次打开真空泵阀门向反应釜中施加压力，压强为0.08MPa，使用水浴加热反应釜至50℃搅拌反应3h得到混合液。

步骤二、对混合液内的球形石墨进行超声波水洗，用55℃水与混合液混合进行超声波处理，超声波频率为40kHz，超声波时间为10min，静置后将上层清液倒掉，重复上述超声波水洗操作五次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.95％的球形石墨。

实施例3

本申请提供一种球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法，包括以下步骤：

步骤一、取固定碳含量为96.21％的双鸭山球形石墨20g加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，将氢氟酸、盐酸和硝酸混合得到的混合酸液加入至进样瓶内，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.48mL/g，盐酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g，硝酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g；将反应釜抽真空至真空度为-0.07MPa，维持此真空度30min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的混合酸液流进反应釜中，关闭进样瓶阀门，使混合酸液与石墨混合搅拌均匀，再次打开真空泵阀门向反应釜中施加压力，压强为0.07MPa，使用水浴加热反应釜至55℃搅拌反应3h得到混合液。

步骤二、对混合液内的球形石墨进行超声波水洗，用60℃水与混合液混合进行超声波处理，超声波频率为40kHz，超声波时间为15min，静置后将上层清液倒掉，重复上述超声波水洗操作六次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.95％的球形石墨。

对比例1

对比例1提供一种球形石墨提纯方法，包括以下步骤：

取固定碳含量为95.46％的萝北球形石墨20g，将其加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，加入氢氟酸和盐酸，不再施加压力，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.4mL/g，盐酸与球形石墨的液固比为1.2mL/g，水浴加热反应釜至40℃并搅拌反应4h，反应完成后，用60℃热水与反应完成后的球形石墨进行水洗，静置，将上层清液倒掉，重复上述六次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.96％的球形石墨。

对比例1与实施例1进行对比，实施例1中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.3mL/g，而对比例1中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.4mL/g，实施例1中氢氟酸用量降低25％，且反应时间降低，反应效率提高，洗涤用水量降低33.3％，同球形石墨的固定碳含量提升。

对比例2

对比例2提供一种球形石墨提纯方法，包括以下步骤：

取固定碳含量为96.46％的鸡西球形石墨20g，将其加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，加入氢氟酸和硝酸，不再施加压力，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.5mL/g，硝酸与球形石墨的液固比为1.2mL/g，水浴加热反应釜至50℃并搅拌反应4h，反应完成后，用55℃热水与反应完成后的球形石墨进行水洗，静置，将上层清液倒掉，重复上述七次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.93％的球形石墨。

对比例2与实施例2进行对比，实施例2中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.42mL/g，而对比例2中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.5mL/g，实施例2中氢氟酸用量降低16％，且反应时间降低，反应效率提高，洗涤用水量降低28.6％，同时球形石墨的固定碳含量提升。

对比例3

对比例3提供一种球形石墨提纯方法，包括以下步骤：

取固定碳含量为96.21％的双鸭山球形石墨20g，将其加入反应釜中，反应釜内壁为耐腐蚀的四氟乙烯材料制成，该反应釜分别连接有真空泵、搅拌装置和进样瓶，加入氢氟酸、盐酸和硝酸，不再施加压力，氢氟酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g，盐酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g，硝酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g，水浴加热反应釜至55℃并搅拌反应4h，反应完成后，用60℃热水与反应完成后的球形石墨进行水洗，静置，将上层清液倒掉，重复上述八次，水洗至中性、抽滤、烘干，得到固定碳含量为99.93％的球形石墨。

对比例3与实施例3进行对比，实施例3中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.48mL/g，而对比例3中氢氟酸与球形石墨的液固比为0.6mL/g，实施例2中氢氟酸用量降低20％，且反应时间降低，反应效率提高，洗涤用水量降低25％，同时球形石墨的固定碳含量提升。

如图1所示，本申请实施例提供的球形石墨混酸酸浸-超声水洗的提纯方法通过将氢氟酸与盐酸混合、氢氟酸与硝酸混合或氢氟酸、盐酸、硝酸混合得到的混合酸液与球形石墨原料在负压下混合均匀，并在加压条件下加热反应，随后使用超声波处理酸浸后的球形石墨并洗至中性、抽滤、烘干，能够有效的利用负压和加压环境促进混合酸液侵入至石墨片层进行反应，从而在保证提纯球形石墨品味的前提下有效的降低氢氟酸用量，并提高反应速度和降低反应时间，同时利用超声波处理能够有效的降低水洗用水量，用低氟高效的方式将固定碳含量为94～98％的球形石墨提纯至99.95％以上。

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。