石墨提纯技术及发展前景

发布时间： 2022-09-26 09:45 信息来源： 国家石墨产品质量监督检验中心 责任编辑： 点击量：462

石墨具有导电、耐热、韧性好、抗腐蚀、可塑性强、润滑性能好等优点，可广泛应用于冶金、机械、电子、化工、医学、军工、国防、航天等行业，是当今高新技术发展必不可少的非金属材料，是国民经济不可或缺的战略性矿产资源。

在锂电领域，石墨是锂离子电池负极的主流材料，占据了大部分锂电负极市场份额。在实际应用中，天然石墨常会伴有各种杂质，难以直接利用，为了满足工业生产的要求，必须对天然石墨进行提纯，且石墨纯度越高其价值也越高。

石墨提纯方法主要有浮选法、碱熔酸浸法、氢氟酸法、氯化焙烧法和高温法等。

①浮选法

天然石墨具有良好的可浮性，在对天然石墨进行分选提纯时，浮选通常被作为第一步使用。现阶段工业生产中基本上所有的天然石墨均采用浮选来进行分选，选矿技术采用多段磨矿、多段选别的工艺流程，并在此基础上，针对不同性质的矿石研究更有效、更合理的设备及流程，从而最大限度地提高固定碳含量和保护石墨鳞片结构。

浮选法作为石墨提纯的第一步，具有工艺流程成熟、设备简单、能耗少、生产成本低等优点，使其具有明显的成本优势，但浮选法对石墨的提纯能力有限，无法将部分浸染在石墨鳞片中的夹杂去除，提纯后的石墨固定碳含量很难超过95%。所以为了得到高纯石墨，必须采取其他方法进一步对石墨进行提纯。

②碱熔酸浸法

碱熔酸浸法是利用石墨中的杂质在500℃以上的高温下与NaOH反应，一部分杂质生成溶于水的反应产物，被水浸出洗涤除去；另一部分杂质在碱熔后生成不溶于水的沉淀物，经盐酸中和生成溶于水的氯化物，通过清水洗涤去除。

碱熔酸浸法提纯石墨工艺流程

③氢氟酸法

氢氟酸法是利用石墨中的杂质和氢氟酸发生反应，一部分杂质生成溶于水的化合物，随溶液排出；另一部分杂质与HF反应生成不溶于水的化合物，通过加入H2SiF6使其生成溶于水的氟硅酸盐，用清水洗涤，将杂质溶液与石墨固液分离，从而提纯石墨。

氢氟酸法提纯石墨工艺流程

④氯化焙烧法

氯化焙烧法是向石墨中加入一定量的还原剂（如焦炭），在一定温度（1000℃以上）和特定气氛条件下通入氯气进行氯化焙烧，使石墨中的有价金属杂质转变为熔沸点较低的氯化物或络合物而逸出，从而达到提纯石墨的目的。

氯化焙烧原理装置示意图

⑤高温法

高温法基本原理是依据石墨的熔沸点远高于其所含杂质的熔沸点，在高温条件下实现石墨与杂质的分离来提纯石墨，最终可以得到含碳量为99.99%以上的高纯石墨。根据加热源的不同，高温法可分为电阻加热提纯、感应加热提纯、等离子加热提纯、射频加热提纯、光能加热提纯以及微波加热提纯等方法。相较于其他提纯方法，高温法提纯石墨能够获得碳含量高于99.99%的高纯石墨，甚至可达99.995%以上，但同时该方法对原料纯度、物料细度及设备工艺的要求较高，能耗高，所需投资巨大。

总之，浮选法、碱熔酸浸法、氢氟酸法、氯化焙烧法和高温法都可以有效提高石墨纯度，但是这些方法仍存在一些问题，如设备要求高、操作温度高、能耗大、试剂消耗量大、废水废气排放量大等等。开发能耗低、效率高、环境友好的高纯石墨提纯工艺是目前石墨提纯研究的重点。