石墨如何提高纯度，研究者们这么做！

2018-10-23 15:29:39 作者：李波涛来源：粉体圈分享至：

石墨作为重要的资源性非金属矿物，具有耐高温、抗腐蚀、可塑性以及特殊的导电性等特性，被广泛应用于化工、冶金、核电、航空航天和国防等领域。随着石墨的应用领域不断拓宽，对石墨的纯度要求也越来越高，如何提高石墨的纯度也随之成为一个重要的课题，下面小编介绍几种石墨提纯方法。

图1 高纯石墨

1浮选提纯法

浮选法是最常用的选矿方法之一，该方法原理是依据石墨良好的天然疏水性，使其表面不易被水浸润，利用石墨自身疏水性或经浮选药剂作用获得疏水特性，在矿浆体系借助气泡浮力，在液-气界面发生聚集使其与杂质矿物分离从而达到提纯的目的。此外，石墨鳞片的大小是评判石墨好坏的标准之一。为保护其鳞片，在选别方法上宜用多段磨矿、多次选别、粗精矿再磨再选等工艺，旨在及时选出大鳞片石墨。一般情况下先采用正浮选，然后对精选产品进行反浮选。

石墨浮选捕收剂多用煤焦油；起泡剂多选用2#油、4#油；抑制剂一般选用水玻璃和氟硅酸钠。

浮选法优点是：能耗低、药剂用量少，成本低。缺点是：提纯的石墨纯度有限，品位一般为85%～90%且再次提高品位不易，回收率不高，石墨产品多属于中碳石墨（80.0≤C＜94.0）。因此浮选法主要用于石墨的初步提纯，获得高碳石墨还需用化学或火法提纯方法对产品进行再加工处理。

2碱酸法

碱酸法是湿法提纯中应用最广泛、技术较成熟的提纯方法。其工作原理为：利用石墨耐酸碱的属性，将碱和石墨遵循一定的配比混合均匀进行煅烧。在熔融状态下的碱与石墨中部分杂质硅酸盐、硅铝酸盐、石英等发生反应生成可溶性硅酸盐或酸溶性硅酸盐，再经过清洗脱硅。而另一部分没有与碱发生反应的杂质为金属氧化物，经碱熔后依旧留存于石墨中。随后将脱硅后的产物进行酸法浸出，使金属氧化物转化为可溶性盐，再经过脱水、洗涤等工序实现石墨提纯。其工艺流程图如下

图2 碱酸法提纯工艺流程

碱酸法优点是：一次性投资少、工艺适应性强、设备较为通用。与浮选法相比，该法获得的产品纯度高，一般可达到99%以上。其缺点是：工艺过程中高温焙烧造成能源耗损大、纯化效率低、设备损耗严重同时有价矿物流失较多。

3氢氟酸法

氢氟酸法是一种较好的提纯方法。其工艺原理为：将石墨与液态氢氟酸混合，石墨中杂质与氢氟酸反应生成溶于水的化合物及挥发物，然后经水冲洗除去这些杂质化合物，脱水干燥从而达到提纯目的。为了尽可能避免反应进行时含钙、镁、铁等杂质沉淀生成，必须在氢氟酸中添加少量的氟硅酸、稀HCl、HNO3或H2SO4等，可以消除钙、镁、铁等难免离子滋扰。

图3 氢氟酸法提纯工艺流程

目前，为进一步提升石墨产品的纯度，研究者们多选择在碱浸、酸浸之前对石墨原矿进行活化预处理。具体工艺过程为先对原矿进行焙烧活化，再采用碱酸法对活化后的产品进一步除杂。焙烧后的石墨中杂质与碱、酸反应的活性增强，加快了杂质的清除效率，与未经预处理的原矿样品相比，提纯效果显着。

氢氟酸提纯法优点为：提纯效率高、产品纯度较高、能耗低、对产品性能影响不大等。缺点是：HF易挥发且有毒性，生产过程必须有严格的安全防护和废水处理系统。存在工艺复杂、成本高、腐蚀性强、环境污染较大等缺点，难以推行大规模生产。

4氯化焙烧法

氯化焙烧法是常见的火法提纯法，其原理是利用石墨中的硅酸盐、硅铝酸盐、石英等杂质在高温加热条件下可分解成二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙等氧化物。在石墨粉中添加一定量的还原剂，在高温和特定氛围下焙烧，氧化物杂质与氯气发生氯化反应，使氧化物转化成氯化物。由于氯化物熔沸点相对较低，从而使这些氯化物受高温焙烧汽化逸出，从而达到除杂提纯目的。

氯化焙烧法优点是：具有节约能源、提纯效率高、回收率高等优点。缺点是工艺条件不稳定、纯化成本较高、尾气难处理造成空气污染严重等。此外，氯气有一定毒性、对设备腐蚀严重等一系列缺点，可控性差，限制了该法很难被推广应用。

目前，氯化焙烧法尚处于探索发展阶段。相比碱酸法、氢氟酸法，该法具有较好的技术经济优势。若能充分利用冶金行业和化工行业成熟的应用技术及耐磨耐腐设备，该法在今后石墨深加工提纯工业化中一定会被产业化推广。

5高温提纯法

高温提纯法工作原理是利用石墨耐高温的特性及其与杂质之间的熔沸点差异，将石墨添加到石墨化的石墨坩埚中，在通入惰性气体和保护气体的特定条件下，利用特定的纯化炉加热到2700℃，反应发生一段时间便能使杂质发生气化从石墨中溢出，实现除杂的目的。该技术可以将除杂后产品的纯度提升至99.99%以上。

高温提纯法优点是产品纯度高，高纯度石墨（C≥99.995%）。缺点是高温法仅限于对高纯度原料提纯，需要特定的高温炉因而造成投资、生产成本高、对操作技术要求严格等弊端。

石墨提纯方法对比表