[发明专利]一种无硫碳石墨的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳石墨制备领域，特别涉及一种无硫碳石墨的制备方法。

背景技术

碳石墨材料质量轻、韧性高、高比强、高模量、稳定性高、耐腐蚀、无毒，是重要的结构材料、功能材料和生物医用材料，在航空、航天、航海、体育等领域广泛应用；具有优异的机械性能、自润滑性和耐磨性，是无可比拟的高温机械密封材料。因为低热膨胀系数、优异的抗热冲击性、低中子活化性能，是核反应堆中的重要的慢化、反射和结构材料。

事实上，碳石墨原料通常含有大量的硫和硫化物、导致用石墨原料制作的碳石墨制品中，通常都含有硫。然而，碳石墨材料含硫时，会造成很大危害。含硫的碳石墨原料通常会使产品性能下降、或用做碳石墨制品在使用过程中产生事故，同时也带来很多环境污染问题。一方面，含硫制件在使用过程中也会释放并发生一系列变化后，降低产品性能。这些含硫产品会产生严重的环境问题^[1]。硫的污染以SO₂、H₂S气体形式排放，会造成酸雨、臭氧层空洞；污染水体中污染产生异味、土壤和水体酸化等，腐蚀混凝土构筑物；在垃圾填埋及其处理系统，会产生异味，造成环境污染。另一方面，含硫碳石墨制品使用过程中也会导致事故。例如含硫的柔性石墨作为密封材料使用时，与其接触的配偶金属密封面常常会发生硫化物腐蚀而且随着密封时间延长，在环境温度较高时，金属密封面的腐蚀程度会愈加严重，密封效果受到极大损害，最终会造成密封失效，甚至还会导致事故的发生。这一问题已成为碳石墨在一些重要领域推广应用的严重障碍。此外，天然石墨还是人工合成金刚石的重要原料。在金刚石行业，现在使用的石墨原料，均为未经除硫的石墨原料，这些含硫石墨会导致合成的金刚石晶体形态不完整，常在晶体表面形成大小不一的凹坑，进而影响金刚石性能，降低了金刚石的静压强度、冷冲击强度、热冲击强度等。

与自然界的煤相同，碳石墨原料(特别是天然石墨)通常含有大量的硫和硫化物、导致用石墨原料制作的碳石墨制品中，通常都含有硫。然而，从采矿、选矿、分级、变成碳石墨原料、到制成各种碳石墨制品，碳石墨原料或制品从来没有除过硫。各种碳石墨制品。甚至在制备石墨制品过程也常使用硫酸，导致硫的污染问题。虽然在各种膨胀石墨、柔性石墨产品也发现大量硫污染的问题，大家也只是设法放弃通用的硫酸，防止硫的污染问题，然而，由原始碳石墨原料(特别是天然石墨)所产生的硫的污染问题从来没有得到被认识、更不可能采取任何措施去除。这些造成全世界整个碳石墨行业都存在硫的污染的问题。不但包括天然石墨行业、也包括大量的使用天然石墨制品行业，例如，柔性石墨行业、碳石墨电极、锂离子电池、核石墨、电动汽车用含石墨电池、碳石墨电容器等等。根据石墨形态和矿物学特点，也包括现在的新兴产业～球形石墨行业，这种球形石墨是对天然石墨球形化处理后，生产的碳石墨制品。

去除碳石墨原料或制品中的硫至关重要。脱硫不但能减少污染、也能提高碳石墨原料或制品的性能。在碳石墨原料或制品除硫，对于天然石墨行业、以及大量的使用天然石墨制品行业具有非常重要的实际应用价值，具有重要的现实意义和巨大的潜在经济价值。

虽然传统石墨选矿工艺，部分提纯了石墨，但是，从来没有专门针对除硫的工艺，即使经过现有的选矿、多次化学提纯、物理提纯以后，石墨中硫杂质含量仍较高。

发明内容

本发明的目的在于采用绿色环保无毒无害的除硫剂(过氧化氢、次氯酸钠、次氯酸钙等)或硝酸溶液以去除石墨中杂质硫。

本发明提供的无硫碳石墨的制备方法，其步骤包括：

第一步：将除硫剂溶液加入装有碳石墨原料粉的容器中，碳石墨粉与除硫剂溶液的体积比大约为：1∶(1～10)。

第二步：将上述装有碳石墨粉和除硫剂溶液的容器在一定温度下放置5～24小时。所述温度保持在20-100℃。磁力搅拌或振荡的作用会使反应完全，加热会使反应加快完成。

第三步：将反应完的混合物经反复离心水洗至pH中性。

第四步：将所得产物自然干燥或采用烘箱80～120℃烘干，即可获制得无硫碳石墨粉。

除硫剂溶液选自饱和的次氯酸钠、次氯酸钙、过氧化氢等或硝酸溶液中的一种，或两者及两者以上的混合。

在使用过氧化氢情况下，过氧化氢与硫化物矿物(以黄铁矿、辉铜矿为例)反应过程以下列反应方程式表示：

2FeS₂+17H₂O₂→2Fe(OH)₃+4H₂SO₄+10H₂O+O₂↑