國(guó)內(nèi)外石墨提純技術(shù)的現(xiàn)狀分析

李志遠(yuǎn)　李國(guó)榮

摘要：文章對(duì)國(guó)內(nèi)外石墨提純技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述，重點(diǎn)介紹了超高純石墨的提純方法，認(rèn)為化學(xué)法與高溫物理法相結(jié)合的提純工藝方法是高純度石墨提純工藝的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：化學(xué)提純；堿酸法；氫氟酸法；氯化焙燒法；物理法提純；高溫法；超高純石墨

中圖分類號(hào)：TQ127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）01-0064-02

國(guó)際業(yè)內(nèi)專家預(yù)言：“20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，21世紀(jì)將是碳的世紀(jì)?！笔趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越重要，對(duì)石墨的純度要求越來(lái)越高。

石墨提純就是采取有效的手段除去其中的雜質(zhì)。石墨提純包括化學(xué)提純和物理法提純，化學(xué)提純有堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法；物理法提純有高溫法（又叫熱工法）。

1化學(xué)提純

化學(xué)提純是利用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或其他化合物處理浮選石墨精礦，使其中的雜質(zhì)溶解，然后洗滌，除去雜質(zhì)?；瘜W(xué)提純最終產(chǎn)品的固定碳含量可達(dá)99%以上?；瘜W(xué)提純包括堿酸法、氫氟酸法和混酸法（氫氟酸-鹽酸-硫酸）、氯化焙燒法。

1.1堿酸法

堿酸法是利用石墨中的雜質(zhì)（硅酸鹽等）在500℃以上的高溫下與氫氧化鈉起反應(yīng)，一部分生成溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物，被水浸出除去，另一些雜質(zhì)，如鐵的氧化物等，在堿熔后用鹽酸中和，生成溶于水的氯化鐵等，通過(guò)洗滌而除去。

1.3氯化焙燒法

氯化焙燒法是指將石墨在高溫和特定氣氛下焙燒，并通入氯氣，使石墨中雜質(zhì)進(jìn)行氯化反應(yīng)，生成氣相或凝聚物的氯化物及絡(luò)合物（熔沸點(diǎn)較低）逸出，從而達(dá)到提純的目的。氯化焙燒法雖然具有低的焙燒溫度和較小的氯氣消耗量使石墨的生產(chǎn)成本有較大的降低，但因氯氣有毒，腐蝕性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備操作要求較高，需要嚴(yán)格密封，對(duì)尾氣必須妥善處理，所以在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。

2物理法提純

高溫提純法是在高溫石墨化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，高溫法能夠生產(chǎn)99.99%以上的超高純石墨。

該法生產(chǎn)超高純石墨主要受到以下幾點(diǎn)影響：一是石墨坩堝質(zhì)量的優(yōu)劣，石墨灰分含量高于石墨坩堝灰分，有利于石墨中灰分氣化逸出，否則石墨坩堝材料中逸出的灰分將會(huì)透過(guò)坩堝向較低濃度的待提純石墨材料擴(kuò)散，造成石墨純化效果差；二是石墨化過(guò)程的升溫曲線，采用大電流升溫，石墨溫度很快升高，有利于石墨中的灰分氣化逸出；三是原料的粒徑，一般來(lái)說(shuō)，粒徑越小，提純效果越好。由此可知，高溫法生產(chǎn)超高純石墨時(shí)，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，電爐加熱技術(shù)要求嚴(yán)格，需隔絕空氣，否則石墨在熱空氣中升溫到450℃時(shí)就開(kāi)始被氧化，溫度越高，石墨的損失就越大。

高溫法的最大優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的含碳量極高，可達(dá)99.995%以上，缺點(diǎn)是須專門設(shè)計(jì)建造高溫爐，設(shè)備昂貴，一次性投資多，能耗大，高額的電費(fèi)增加了生產(chǎn)成本。但是隨著國(guó)防、航天、超硬材料等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)超高純石墨產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，也促進(jìn)了超高純石墨產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)。

雞西浩市新能源材料有限公司已建成了年產(chǎn)5000噸超高純石墨生產(chǎn)線一條，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)國(guó)家級(jí)石墨檢驗(yàn)中心檢測(cè)，該產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)固定碳含量達(dá)到99.99952%，技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的石墨提純方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的加劇，能耗高、污染大的提純方法逐步被取替，國(guó)內(nèi)外高純石墨工藝正朝著節(jié)能、環(huán)保、高效、廉價(jià)的方向發(fā)展。未來(lái)高純度石墨消費(fèi)的主要增長(zhǎng)領(lǐng)域是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，如核工業(yè)、航空航天、光伏、半導(dǎo)體材料領(lǐng)域、鋰電池、燃料電池等領(lǐng)域?；瘜W(xué)法與高溫物理法相結(jié)合的提純工藝方法，是高純度石墨提純工藝的發(fā)展方向。

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作者簡(jiǎn)介：李志遠(yuǎn)，男，雞西浩市新能源材料有限公司化工工程師，研究方向：石墨深加工生產(chǎn)技術(shù)及三廢治理技術(shù)和離子交換樹(shù)脂生產(chǎn)技術(shù)；李國(guó)榮，男，江西理工大學(xué)化工學(xué)院學(xué)生。

（責(zé)任編輯：周瓊）