[发明专利]一种石墨氯化焙烧提纯的方法

说明书

本发明公开了一种石墨氯化焙烧提纯的方法，其包括以下步骤：将石墨原料在400℃～1200℃温度下，还原性气体和氯化气体氛围下反应2～16h，所述石墨中的杂质形成了气态的金属络合物；然后气固分离，得到纯度大于99.5％的提纯后的石墨；其中所述氯化气体为含卤族元素气体。本发明首次发现，将酸洗后的产品在400℃～1200℃的中低温度下与还原性气体和氯化气体反应，其中的氧化物杂质会生成沸点低于1000℃的金属络合物，例如生成CaFeCl₄、NaAlCl₄、KMgCl₃，这些金属络合物以气态形式随还原性气体和氯化气体排出，可有效解决低温化学提纯最终产品纯度不高，高温焙烧提纯投料要求高、成本高、设备复杂的问题，提纯后的产品纯度大于99.5％。

技术领域

本发明属于非金属产品纯化技术领域，特别涉及一种石墨氯化焙烧提纯的方法。

背景技术

石墨材料，因其结晶格架为六边形层状结构，从而具有导电、导热、润滑、耐高温、化学性能稳定等特点，使其在高性能材料中具有较高应用价值，广泛应用于冶金、机械、环保、化工、耐火、电子、医药、军工和航空航天等领域，在国民经济发展中占据重要地位。随着技术的不断发展，普通的高碳石墨产品已不能满足各行各业的要求，因此需要进一步提高石墨的纯度。但是国内石墨加工技术水平较低，产品多以原料和初级产品为主，产品的杂质含量较高，使其应用范围受到限制。

天然石墨中的杂质主要为：Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂、MgO、CaO等，如表1所示是氧化物杂质的熔沸点。天然石墨提纯有多种方法，其中常用的有低温化学提纯和高温焙烧提纯。低温化学提纯是采用相应的酸和碱溶液在一定温度下对石墨进行浸泡，获得较高纯度的石墨，纯度一般在95％～99％之间。由于使用酸碱溶液，该方法会产生大量的废液，同时最主要的是该方法无法除去插层内的杂质，纯度无法继续提高。高温焙烧提纯是利用石墨的沸点极高，远高于杂质硅酸盐的沸点，因而采用极高的温度，将硅酸盐杂质挥发，提纯石墨。高温焙烧提纯法也会采用低沸氯化物液体或气体氯化物、金属氯化物等在高温下对石墨进行处理，利用金属氯化物沸点低，高温下气化达到去除杂质目的，如表2所示是对应氯化物的熔沸点。

表1部分氧化物杂质的熔沸点

表2部分氯化物的熔沸点

注：AlCl₃沸点低于熔点，优先升华。

高温法能够生产99.99％以上的超高纯石墨，但要求原料的碳含量要在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。高温焙烧提纯法苛刻的生产条件使这种方法的应用范围极为有限，只有国防、航天等对石墨产品纯度有特殊要求的场合才考虑采用该方法进行石墨的小批量生产。而有不少专利和实验提出结合使用氟化氢、氯化氢、氟气、氯气等剧毒和腐蚀性气体在3000℃以上的高温条件下与石墨中杂质进行反应生成易挥发氯化物，进而达到石墨提纯的目的，但是这种方法会有很大的安全风险并对设备有很大的腐蚀，故而极大削减了反应器设备的使用寿命同时也会增加反应器设计和维护成本。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种石墨氯化焙烧提纯的方法，其包括以下步骤：将石墨原料在400℃～1200℃温度下，还原性气体和氯化气体氛围下反应2～16h，所述石墨中的杂质形成了气态的金属络合物；然后气固分离，得到纯度大于99.5％的提纯后的石墨；其中所述氯化气体即为含卤族元素气体。

优选地，所述还原性气体选自甲烷、乙烷、一氧化碳、氢气中的一种或几种。