一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法

摘要

本发明公开了一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法，该方法包括步骤：将天然石墨粉装入高温石墨提纯炉中；将高温石墨提纯炉抽真空，压力至100Pa及以下；在高温石墨提纯炉中充入保护气体，压力至高于大气压100～1000Pa；将高温石墨提纯炉升温，升温速率为4～20℃/min，温度升至1600～3000℃；通入氟利昂气体，保持时间20～120min；保持后，停止通入氟利昂气体，将高温石墨提纯炉降温，降温速率为4～20℃/min，温度降至室温，得到提纯的石墨粉。本发明用氟利昂高温提纯天然石墨的方法没有延长工艺周期、可以降低生产成本、大大提高了石墨的提纯纯度、石墨的提纯纯度可达90.0～99.99％。

权利要求

1.一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：将天然石墨粉装入高温石墨提纯炉中；

步骤二：将高温石墨提纯炉抽真空，压力至100Pa及以下；

步骤三：在高温石墨提纯炉中充入保护气体，压力至高于大气压100～1000Pa；

步骤四：将高温石墨提纯炉升温，升温速率为4～20℃/min，温度升至1600～3000℃；

步骤五：通入氟利昂气体，保持时间20～120min；

步骤六：保持后，停止通入氟利昂气体，将高温石墨提纯炉降温，降温速率为4～20℃/min，温度降至室温，得到提纯的石墨粉；

所述的天然石墨粉的纯度为60～95％，粒径为1～300μm；

所述的高温石墨提纯炉的内腔尺寸为

所述的保护气体为氮气或氩气，该氮气或氩气的纯度为99.9％及以上；

所述的充入保护气体的流量为100～400L/h；保持高温石墨提纯炉内腔尺寸与保护气体流量的比值为1m3：2～10m3/h；

所述的氟利昂气体为氟利昂-12、氟利昂-11或氟利昂-13的一种或几种；

所述的充入氟利昂气体的流量为40～160L/h；保持高温石墨提纯炉内腔尺寸与氟利昂气体流量的比值为1m3：0.8～14m3/h；

所述的氟利昂气体的用量与提纯天然石墨粉的量之比为1L：50～500g。

说明书

一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及石墨化工技术领域，更具体涉及一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法。

背景技术

[0002] 石墨具有低密度、抗腐蚀、抗辐射、自润滑、耐高低温等众多优点，在航天、航空、军工、电子、核能、冶金等领域具有重要的应用。我国天然石墨储量大，但粗矿纯度低、性能不稳定，限制了其应用。天然石墨提纯包括多种方法，其中化学法(如碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法)具有生产成本较低、除杂效率高、工艺适应性强等优点，但同时存在石墨流失、产生的废水和废气对环境污染严重等缺点，如碱酸法用到的NaOH和盐酸具有强腐蚀性、氢氟酸法用到的氢氟酸和氯化焙烧法用到的氯气具有较强的毒性。

[0003] 物理提纯法(如浮选法和高温法)无污染物排放，但提纯效果差异较大、工艺适应性不高。比如对于高温提纯法，虽然可获得超高纯度(纯度99.99％以上)的石墨，但只针对本身纯度较高的石墨原料，而对纯度较低的天然石墨原料的提纯效果不一定显著，因此工艺稳定性较低。为了发挥化学提纯法和高温提纯法各自的优势，有必要将两者结合，在高温提纯工艺中引入无污染反应气体，实现高效率、适应性强、无污染的石墨提纯工艺。氟利昂是一类低度或无毒的卤代物的总称，在高温下分解成含氟和含氯的自由基，与石墨中残留的难挥发杂质反应生成易挥发的氯化物和氟化物，因此可作为一种有效的反应气体参与到高温石墨提纯当中。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 本发明要解决的技术问题就是提高石墨提纯纯度，降低生产成本，并不延长工艺周期，而提供一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用氟利昂高温提纯天然石墨的方法，该方法包括如下步骤：

[0008] 步骤一：将天然石墨粉装入高温石墨提纯炉中；

[0009] 步骤二：将高温石墨提纯炉抽真空，压力至100Pa及以下；

[0010] 步骤三：在高温石墨提纯炉中充入保护气体，压力至高于大气压100～1000Pa；

[0011] 步骤四：将高温石墨提纯炉升温，升温速率为4～20℃/min，温度升至1600～3000℃；

[0012] 步骤五：通入氟利昂气体，保持时间20～120min；

[0013] 步骤六：保持后，停止通入氟利昂气体，将高温石墨提纯炉降温，降温速率为4～20℃/min，温度降至室温，得到提纯的石墨粉。

[0014] 优选地，所述的天然石墨粉的纯度为60～95％，粒径为1～300μm。

[0015] 优选地，所述的石墨提纯炉的内腔尺寸为

[0016] 优选地，所述的保护气体为氮气或氩气，该氮气或氩气的纯度为99.9％及以上。

[0017] 优选地，所述的充入保护气体的流量为100～400L/h；保持石墨提纯炉内腔尺寸与保护气体流量的比值为1m3：2～10m3/h。

[0018] 优选地，所述的氟利昂气体为氟利昂-12(二氯二氟甲烷、CF2Cl2)、氟利昂-11(一氟三氯甲烷、CFCl3)或氟利昂-13(一氯三氟甲烷、CF3Cl)的一种或几种。

[0019] 优选地，所述的充入氟利昂气体的流量为40～160L/h；保持石墨提纯炉内腔尺寸与氟利昂气体流量的比值为1m3：0.8～14m3/h。

[0020] 优选地，所述的氟利昂的用量与提纯天然石墨的量之比为1L：50～500g。

[0021] 本发明还提供了用氟利昂高温提纯天然石墨的方法所得到的石墨。该石墨的纯度为90.0～99.99％。

[0022] (三)有益效果

[0023] 本发明用氟利昂高温提纯天然石墨的方法是一种新的高温天然石墨提纯工艺，没有延长工艺周期、可以降低生产成本、大大提高了石墨的提纯纯度、石墨的提纯纯度可达90.0～99.99％。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

[0025] 图1是本发明方法提纯所得石墨的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

[0027] 实施例1：

[0028] 将纯度为76.4％天然石墨粉(平均粒径为50μm)装入石墨提纯炉(炉腔尺寸)。将提纯炉抽至100Pa负压后，测试压升率为10Pa/h。向炉内通入大流量氩气(纯度为99.99％)，至微正压后氩气流量调为200L/h，并开始升温，升温率为8℃/min，升温至2200℃后，通入纯度为99.9％氟利昂-11气体，流量设为80L/h，保持60min后停止通入氟利昂-11，并开始降温，降温率为8℃/min。提纯后石墨粉纯度提升至97.5％。

[0029] 实施例2：

[0030] 将纯度为76.4％天然石墨粉(平均粒径为50μm)装入石墨提纯炉(炉腔尺寸)。将提纯炉抽至100Pa负压后，测试压升率为10Pa/h。向炉内通入大流量氩气(纯度为99.999％)，至微正压后氩气流量调为200L/h，并开始升温，升温率为6℃/min，升温至2600℃后，通入纯度为99.9％氟利昂-12气体，流量设为80L/h，保持60min后停止通入氟利昂-12，并开始降温，降温率为6℃/min。提纯后石墨粉纯度提升至99.0％。

[0031] 实施例3：

[0032] 将纯度为88.2％天然石墨粉(粒径为5～20μm)装入石墨提纯炉(炉腔尺寸)。将提纯炉抽至100Pa负压后，测试压升率为10Pa/h。向炉内通入大流量氩气(纯度为99.999％)，至微正压后氩气流量调为200L/h，并开始升温，升温率为6℃/min，升温至2400℃后，通入纯度为99.9％氟利昂-11气体，流量设为80L/h，保持60min后停止通入氟利昂-11，并开始降温，降温率为6℃/min。提纯后石墨粉纯度提升至99.5％。提纯后石墨粉的扫描电镜图见图1。

[0033] 实施例4：

[0034] 将纯度为88.2％天然石墨粉(粒径为5～20μm)装入石墨提纯炉(炉腔尺寸)。将提纯炉抽至100Pa负压后，测试压升率为10Pa/h。向炉内通入大流量氩气(纯度为99.99％)，至微正压后氩气流量调为200L/h，并开始升温，升温率为6℃/min，升温至2600℃后，通入纯度为99.9％氟利昂-12气体，流量设为100L/h，保持90min后停止通入氟利昂-12，并开始降温，降温率为6℃/min。提纯后石墨粉纯度提升至99.94％。

[0035] 比较例1：

[0036] 与实施例1的提纯条件相同，但在升温至2200℃后，不通入氟利昂-11气体。提纯后石墨粉纯度提升至89.4％。

[0037] 通过对比实施例1和比较例1可知，单一的高温物理提纯方法对天然石墨纯度的提升有一定效果，但纯度提升有限，而采用氟利昂高温提纯法得到的石墨的纯度得到了更高的提升。

[0038] 以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。