发布时间:2019-08-01 01:16:33
氯化焙烧法
氯化焙烧法是将石墨粉掺加一定量的还原剂,在一定温度和特定气氛下焙烧,再通入氯气进行化学反应,使物料中有价金属转变成熔沸点较低的气相或凝聚相的氯化物及络合物而逸出,从而与其余组分分离,达到提纯石墨的目的。
石墨中的杂质经高温加热,在还原剂的作用下可分解成简单的氧化物如SiO2,A12O3,Fe2O3,CaO,MgO等,这些氧化物的熔沸点较高,见表1,而它们的氯化物或与其它三价金属氯化物所形成的金属络合物(如 CaFeCl4,NaAlCl4,KMgCl3等)的熔沸点则较低,见表2。这些氯化物的汽化逸出,使石墨纯度得到提高。
以气态排出的金属络合物很快因温度降低而变成凝聚相,利用此特性可以进行逸出废气的处理。
试验步骤:将石墨试样和一定比例的还原剂焦炭混合装入刚玉管内,在刚玉管下部没置瓷筛板和瓷球,以阻隔石墨料柱的下落,同时将刚玉管两端密封不漏气。将刚玉管置于炉内加热,首先通入氮气赶出管内的空气,防止高温时石墨氧化。达到设定温度时,关闭氮气,开始通入氯气,氯化反应生成的挥发性氯化物或络合物通过冷凝瓶,过滤后排入大气。氯化反应经过一定的时间后,关闭氯气,再通入氮气赶出残余氯气及氯化物气体。
氯化焙烧法具有节能、提纯效率高(>98%)、回收率高等优点。氯气的毒性、严重腐蚀性和严重污染环境等因素在一定程度上限制了氯化焙烧工艺的推广应用。当然该工艺难以生产极限纯度的石墨,且工艺系统不够稳定,也影响了氯化法在实际生产中的应用,此法还有待进一步改善和提高。
高温提纯法
石墨是自然界中熔沸点最高的物质之一,熔点为3 850±50℃,沸点为4 500℃,而硅酸盐矿物的沸点都在2 750℃(石英沸点)以下,石墨的沸点远高于所含杂质硅酸盐的沸点。这一特性正是高温法提纯石墨的理沦基础。
将石墨粉直接装入石墨坩埚,在通入惰性气体和氟利昂保护气体的纯化炉中加热到2 300-3 000℃,保持一段时间,石墨中的杂质会溢出,从而实现石墨的提纯。高温法一般采用经浮选或化学法提纯过的含碳99%以上的高碳石墨作为原材料,可将石墨提纯到99.99%,如通过进一步改善工艺条件,提高坩锅质量,纯度可达到99.995%以上。
高温法能够生产99.99%以上的超高纯石墨,但要求原料的固定碳要在99%以上.而且设备昂贵,投资巨大,生产规模又受到限制,电炉加热技术要求严格,需隔绝空气,否则石墨在热空气中升温到450℃时就开始被氧化,温度越高,石墨的损失就越大。只有对石墨质量要求非常高的特殊行业(如国防、航天等)采用高温法小批量生产高纯石墨。