公布日：2024.06.14
申請(qǐng)日：2024.03.26
分類號(hào)：C01B32/215(2017.01)I
摘要
本發(fā)明涉及石墨加工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法；包括以下步驟，S1配酸：將混酸與水混合后得到混酸溶液；S2水熱反應(yīng)：將混酸溶液與石墨原料混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)后漿料；S3固液分離：將反應(yīng)后漿料固液分離，得到石墨濾餅和廢酸；S4洗滌烘干：將石墨濾餅洗滌、烘干后得到高純石墨。本發(fā)明通過一步混酸高溫水熱反應(yīng)對(duì)石墨中雜質(zhì)進(jìn)行深度脫除，工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，除雜效率高；采用的酸經(jīng)過稀釋處理(配酸過程)，濃度較低，易于操作，且對(duì)廢水中的殘酸進(jìn)行回收和循環(huán)利用，大幅降低整體工藝的酸用量，減少了廢水排放，有利于環(huán)境保護(hù)。
權(quán)利要求書
1.一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：包括以下步驟：S1配酸：將混酸與水混合后得到混酸溶液；S2水熱反應(yīng)：將混酸溶液與石墨原料混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)后漿料；S3固液分離：將反應(yīng)后漿料固液分離，得到石墨濾餅和廢酸；S4洗滌烘干：將石墨濾餅洗滌、烘干后得到高純石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：還包括以下步驟：S5蒸酸：將廢酸進(jìn)行蒸餾處理；S6吸收：將步驟S5蒸酸過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行吸收，得到的吸收液返回步驟S1循環(huán)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S1中，混酸為氫氟酸與常規(guī)酸的混合物；所述常規(guī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S1中，混酸溶液中氫氟酸的質(zhì)量濃度為5-20％，常規(guī)酸的質(zhì)量濃度為5-35％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S2中，石墨原料中固定碳的含量為95％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S2中，混酸溶液和石墨原料的質(zhì)量比為(1-10):1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S2中，水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為150-250℃；反應(yīng)時(shí)間為30-180min。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S4中，得到的高純石墨的固定碳含量大于或等于99.9％。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，其特征在于：所述步驟S5中，蒸餾為常壓蒸餾或者減壓蒸餾。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，能夠短流程快速深度脫除石墨中的雜質(zhì)，通過高溫水熱反應(yīng)提高石墨中雜質(zhì)的反應(yīng)效率，并對(duì)除雜廢水中的殘酸進(jìn)行回收和循環(huán)利用。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的：
一種水熱法深度脫除石墨雜質(zhì)的方法，包括以下步驟：
S1配酸：將混酸與水混合后得到混酸溶液；
S2水熱反應(yīng)：將混酸溶液與石墨原料混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)后漿料；
S3固液分離：將反應(yīng)后漿料固液分離，得到石墨濾餅和廢酸；
S4洗滌烘干：將石墨濾餅洗滌、烘干后得到高純石墨。
優(yōu)選的，還包括以下步驟：
S5蒸酸：將廢酸進(jìn)行蒸餾處理；
S6吸收：將步驟S5蒸酸過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行吸收，得到的吸收液返回步驟S1循環(huán)使用。
具體的，包括以下步驟：
S1配酸：將混酸與水調(diào)配成一定的酸濃度的混酸溶液；
S2水熱反應(yīng)：將混酸溶液和石墨原料按照相應(yīng)的質(zhì)量比加入水熱釜中，開啟控溫、攪拌裝置，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到反應(yīng)后漿料；
S3固液分離：將反應(yīng)后漿料進(jìn)行固液分離，得到石墨濾餅和廢酸；
S4洗滌烘干：將石墨濾餅進(jìn)行洗滌烘干后得到高純石墨產(chǎn)品；
S5蒸酸：將廢酸進(jìn)行蒸餾處理；
S6吸收：將步驟S5蒸酸過程中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行吸收，所得的吸收液返回配酸工序循環(huán)使用。
優(yōu)選的，所述步驟S1中，混酸為氫氟酸與常規(guī)酸的混合物；所述常規(guī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸中的至少一種。
優(yōu)選的，所述步驟S1中，混酸溶液中氫氟酸的質(zhì)量濃度為5-20％，常規(guī)酸的質(zhì)量濃度為5-35％。
優(yōu)選的，所述步驟S2中，石墨原料中固定碳的含量為95％以上。
優(yōu)選的，所述步驟S2中，混酸溶液和石墨原料的質(zhì)量比為(1-10):1。
優(yōu)選的，所述步驟S2中，水熱反應(yīng)的反應(yīng)溫度為150-250℃；反應(yīng)時(shí)間為30-180min。
進(jìn)一步的，混酸溶液和石墨原料在水熱釜中，在攪拌的狀態(tài)下進(jìn)行水熱反應(yīng)中，攪拌轉(zhuǎn)速為100-300rpm。具體的，水熱釜為配有聚四氟內(nèi)膽的高壓反應(yīng)釜。
具體的，所述步驟S3中，固液分離可選擇離心、壓濾或抽濾等方式。
優(yōu)選的，所述步驟S4中，得到的高純石墨的固定碳含量大于或等于99.9％。
優(yōu)選的，所述步驟S5中，蒸餾為常壓蒸餾或者減壓蒸餾。
具體的，所述步驟S6中，吸收的過程可將蒸酸過程中產(chǎn)生的蒸汽全部冷凝回收得到冷凝液進(jìn)行回用；也可將蒸酸過程中產(chǎn)生的蒸汽部分冷凝回收得到冷凝液，未冷凝的氣體使用水或者洗滌水等吸收劑進(jìn)行吸收得到吸收液，再將吸收液與冷凝液進(jìn)行回用。
作用原理：
在現(xiàn)有的氫氟酸法提純石墨工藝中，為了保證產(chǎn)品純度，通常采用對(duì)原料進(jìn)行高溫活化處理，以提高雜質(zhì)物相的反應(yīng)活性，或者采用較高的酸濃度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間以提高雜質(zhì)的脫除率。但該類操作工藝存在操作流程長(zhǎng)、活化過程能耗高或反應(yīng)廢液氟離子濃度高、氫氟酸消耗量大等缺點(diǎn)。
如圖2所示，本發(fā)明通過對(duì)石墨中主要雜質(zhì)二氧化硅和氫氟酸的反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算，結(jié)果顯示隨反應(yīng)溫度升高，二者反應(yīng)吉布斯自由能逐漸降低，說明隨反應(yīng)溫度增加，二氧化硅與氫氟酸的反應(yīng)趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，更有利于二氧化硅的脫除。本發(fā)明提供了一種短流程高效脫除石墨中雜質(zhì)的方法，通過在水熱反應(yīng)條件下提高石墨中二氧化硅和氫氟酸的反應(yīng)效率，減少反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)可大幅降低氫氟酸濃度，而酸濃度的降低又可降低反應(yīng)漿料黏度，增強(qiáng)液固間的傳質(zhì)作用，進(jìn)一步促進(jìn)除雜反應(yīng)的深度進(jìn)行。本發(fā)明采用一步混酸法實(shí)現(xiàn)了石墨中硅、鋁、鐵、鎂、鈣等雜質(zhì)的高效脫除，工藝流程簡(jiǎn)單，氫氟酸用量少，通過廢水蒸酸工藝對(duì)廢水中殘酸進(jìn)行回收和循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)了石墨原料綠色化深度提純的目的，具有較高的推廣應(yīng)用前景。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明通過一步混酸高溫水熱反應(yīng)對(duì)石墨中雜質(zhì)進(jìn)行深度脫除，工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，對(duì)石墨中主要雜質(zhì)SiO2的脫除率達(dá)到95％以上，除雜效率高；
(2)本發(fā)明采用的酸經(jīng)過稀釋處理(配酸過程)，濃度較低，易于操作，且對(duì)廢水中的殘酸進(jìn)行回收和循環(huán)利用，大幅降低整體工藝的酸用量，減少了廢水排放，有利于環(huán)境保護(hù)。
（發(fā)明人：閆春生;楊華春;宋云艷;高勝軍;趙艷玲;董陽;彭文放;王輝;何斐斐）
