PDF《碱酸法制备高纯石墨试验研究》

第 5期

2 0

1 8年10月 矿产保护与利用CON S E R V A T I ONA N DU T I L I Z A T I ONOFMI N E R A LR E S OU R C E S №.

5 O c t .

2 0

1 8 碱酸法制备高纯石墨试验研究 刘玉海,李海明 ( 黑龙江省萝北县国土资源局, 黑龙江 萝北

1 5

4 2

0 0 ) 摘要: 以黑龙江某地细鳞片石墨浮选精矿为原料进行碱酸法提纯试验, 探讨了碱酸法提纯的最佳工艺条 件.研究表明: 在NaOH用量

3 . 0g ( 碱固比

0 .

6 1 ) 、 焙烧温度

7 5 0℃、 焙烧时间

4 0m i n 、 浸出水用量

5 0m L 、 酸浸 H C l 浓度

1 . 0m o l / L 、 用量

4 0m L 、 酸浸时间

4 0m i n 的条件下, 通过碱熔焙烧―水浸出―酸浸的工艺可将 石墨固定碳含量由

9 5 .

8 9 %提升至

9 9 .

9 4 %.随着反应的进行以及物相的变化, 杂质最终演变成可溶性物 质, 以洗涤的方式被去除;

水浸出过程中保持弱碱性环境, 有利于硅酸钠的溶解. 关键词: 石墨;

提纯;

碱酸法;

硅酸钠;

机理 中图分类号: T D

9 5

7 + .

2 文献标识码: A 文章编号:

1 0

0 1-

0 0

7 6 (

2 0

1 8 )

0 5-

0 0

7 3-

0 6 D O I :

1 0 .

1 3

7 7

9 / j . c n k i . i s s n

1 0

0 1-

0 0

7 6 .

2 0

1 8 .

0 5 .

0 1

0 E x p e r i me n t a l S t u d yo nt h eP r e p a r a t i o no f Hi g hP u r i t yGr a p h i t eb yA l k a l i -a c i dMe t h o d L I UY u h a i ,L I H a i m i n g ( B u r e a uo f L a n da n dR e s o u r c e so f L u o b e i C o u n t y ,L u o b e i

1 5

4 2

0 0H e i l o n g j i a n g ,C h i n a ) A b s t r a c t :E x p e r i m e n t s w e r e c a r r i e do u t o na f i n e f l a k y g r a p h i t e f l o t a t i o nc o n c e n t r a t e i nH e i l o n g j i a n g P r o v e n c eb y a l k a l i - a c i dp u r i f i c a t i o nm e t h o d .T h e o p t i m u mt e c h n o l o g i c a l p a r a m e t e r s w e r e i n v e s t i g a t e d .T h e r e s u l t s s h o w e dt h a t u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f N a O Hd o s a g e

3 . 0g ( r a t i o o f a l k a l i t o s o l i d

0 .

6 1 ) ,r o a s t i n gt e m p e r a t u r e

7 5 0℃,r o a s t i n gt i m e

4 0m i n ,l e a c h i n gw a t e r d o s a g e

5 0m L ,a c i dl e a c h i n gH C l c o n c e n t r a t i o n1 . 0m o l / L ,d o s a g e

4 0m La n da c i dl e a c h i n gt i m e

4 0m i n ,t h ef i x e dc a r b o n c o n t e n t i ng r a p h i t ew a s i n c r e a s e df r o m9

5 .

8 9 % t o

9 9 .

9 4 % b y t h e p r o c e s s o f a l k a l i f u s i o nr o a s t i n g - w a t e r l e a c h i n g - a c i dl e a c h i n g . A s t h e r e a c t i o np r o c e e d s a n dt h e p h a s e c h a n g e s , t h e i m p u r i t i e s a r e e v e n t u a l l y t r a n s f o r m e di n t o s o l u b l e m a t t e r s a n da r e w a s h e dw i t hp u r e w a t e r .M a i n t a i n i n g a w e a ka l k a l i n ee n v i r o n m e n t d u r i n gw a t e r l e a c h i n gi s b e n e f i c i a l t ot h ed i s s o l u t i o no f s o d i u ms i l i c a t e . K e yw o r d s :g r a p h i t e ;

p u r i f i c a t i o n ;

a l k a l i - a c i dm e t h o d ;

s o d i u ms i l i c a t e ;

m e c h a n i s m 引言高纯石墨作为一种战略性新型材料[

1 -

2 ] , 由于 其独特的物理化学性能, 被广泛应用于生物科学、 航 空航天、 电子信息等国家重要领域[

3 -

4 ] .随着技术 的发展, 各行业对石墨的纯度要求越来越高, 但我国 石墨工业生产水平较低, 大部分企业生产仍滞留在初 级加工上, 无法满足我国科技发展及工业市场对高纯 石墨的需求.因此加强石墨的提纯研究并提高产品 质量, 对我国高纯石墨产业的发展具有重大意义. 目前, 国内外制备高纯石墨的方法主要有碱酸 法、 氢氟酸法、 氯化焙烧法以及高温提纯法[

5 -

7 ] .其中, 氯化焙烧法、 氢氟酸法效率高、 效果好、 能耗低, 但因其腐蚀设备, 并会产生大量有毒有害废弃物, 因 而在工业上的应用受限[

8 -

9 ] .碱酸法提纯石墨具有 生产成本小, 产品质量高, 生产设备简单、 通用性强 等优点, 是我国石墨提纯生产中应用最广泛的方 法[

1 0 -

1 1 ] .李小波等[

1 2 ] 以某地隐晶质石墨为原料, 采用酸碱法进行提纯试验研究, 将石墨精矿固定碳 含量由

7 9 .

8 2 %提高到了

9 7 .

6 5 %. 试验以黑龙江某地细鳞片石墨浮选精矿为原料 进行碱酸法提纯试验, 考察了 N a O H用量、 焙烧温度 收稿日期:

2 0

1 8-

0 8-

2 9 作者简介: 刘玉海(

1 9

6 6- ) , 男, 黑龙江人, 高级工程师, 从事矿产资源综合利用方面研究, E- m a i l : l b g t j l y h @1

2 6 . c o m . 及时间、 浸出水用量、 H C l 用量以及酸浸时间等条件 对提纯效果的影响, 确定了适宜的工艺参数.通过 X R D图谱分析了提纯过程中杂质的去除机理, 同时 探讨了水浸出过程中硅酸钠的溶解行为.

1 试验材料与方法

1 .

1 试验原料 试验原料选取自黑龙江某细鳞片石墨矿经浮选 后得到的浮选精矿, 固定碳含量为

9 5 .

8 9 %, 其化学 成分分析及 X R D物相分析分别见表 1及图

1 . 表1浮选精矿化学成分分析 T a b l e

1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o na n a l y s i s o f f l o t a t i o nc o n c e n t r a t e 成分 S i O

2 T i O

2 A l

2 O

3 F e

2 O

3 P

2 O

5 M g O C a O V

2 O

5 含量

0 .

8 5

0 .

3 9

0 .

3 3

0 .

2 4

0 .

1 8

0 .

0 9

80 .

0 6

0 0 .

0 4

9 成分 K

2 O S O

3 Z n O C l Z r O

2 B a O 烧失量 固定碳 含量

0 .

0 3

90 .

0 3

60 .

0 1

60 .

0 0

90 .

0 0

10 .

0 0

19 7 .

7 0

9 5 .

8 9 注: 根据 G B / T3

5 2

1 ―2

0 0 8石墨化学分析方法实验室自测固定 碳含量. 图1浮选精矿 X R D衍射图谱 F i g .

1 X R Ds p e c t r ao f f l o t a t i o nc o n c e n t r a t e 结合表

1 、 图 1结果可知, 石墨浮选精矿中主要 杂质成分是 S i O

2 、 T i O

2 、 A l

2 O

3 、 F e

2 O

3 、 P

2 O

5 , 主要杂 质矿物为云母、 长石、 金红石和绿泥石等, 需要进一 步通过化学方法进行提纯.

1 .

2 药剂与仪器设备 药剂: 盐酸、 氢氧化钠均为分析纯. 仪器设备: E X

1 2

5 Z H分析天平, 奥豪斯仪器有 限公司;

1 0

1 A- 3鼓风干燥箱, 上海试验仪器厂有限 公司;

S R J X- 4-

1 3高温箱式电阻炉, 沈阳长城工业 电炉厂;

D K-

9 8-

1 1电热恒温水浴锅, 河南省予华 仪器有限公司;

H

2 0

5 0 R- 1离心机, 湖南湘仪仪器 开发有限公司.

1 .

3 试验方法 采用碱熔焙烧―水浸出―酸浸出联合工艺流 程, 称取

5 .

0 0g 石墨及一定质量 N a O H 、 去离子水混 匀后置于一定温度下马弗炉中, 反应一定时间后, 水 浸出洗涤, 再加入一定量酸浸出后洗涤至中性, 烘干 制得高纯石墨产品.提纯试验流程如图 2所示. 图2提纯试验流程图 F i g .

2 P u r i f i c a t i o nt e s t f l o wc h a r t

2 结果与讨论

2 .

1 碱熔焙烧

2 .

1 .

1 N a O H用量试验 固定碱熔条件为: 焙烧温度

6 5 0℃, 焙烧时间

6 0m i n , 浸出水用量

6 0m L , 洗涤.改变 N a O H用量 分别为

1 .

0 、

1 .

5 、

2 .

0 、

2 .

5 、

3 .

0 、

3 .

5 、

4 . 0g , 试验结果 如图 3所示. 图3NaOH用量对提纯效果的影响 F i g .

3 E f f e c t o f N a O Hd o s a g eo np u r i f i c a t i o n 由图 3可知, 随着 N a O H用量的增加, 提纯产物 中固定碳的含量先快速上升然后趋于稳........