石墨提纯工艺的研究进展

石墨作为一种高能晶体碳材料，在自然界的储量十分庞大，矿藏的分布也非常广泛，中国的石墨储量位居世界第一。我国不仅是石墨储量位居世界第一，产量及出口量也都位于世界第一，但受到技术开发不够的影响，石墨产品深加工的水平较低，一些高纯石墨产品依然还需要从缺乏石墨资源的发达国家进口。而由于进出口产品的差价很大，造成极大的贸易差，这一状况与我国作为一个石墨储量的大国是极不相符的。因此，为了使我国能在石墨行业取得更大的发展与突破，必须要先解决将石墨原料高纯的问题。

1 石墨纯化方法

石墨提纯的过程十分的复杂，主要的提纯方法有碱酸法、浮选法、氢氟酸法、高温法以及氯化焙烧法。

浮选法是一种重要的选矿方法，它的原理是利用矿物表面性质的差异，将矿石用浮选药剂处理后，使矿物有选择性地粘附于气泡上，从而将有用的矿物和脉石矿物分开。石墨与水接触后，其表面不易被水浸润，同时石墨的可悬浮性十分良好，因此石墨较易被分离。浮选法的应用范围特别广泛，几乎所有的矿石和矿物原料都可以用浮选法分开和富集。利用浮选法提纯石墨矿石，耗费以及成本均较高，同时石墨的品位也只能达到一定范围，并且回收率低。故而要彻底去除石墨中的杂质，物理方法不能达到要求。通常情况下，只把浮选法作为石墨提纯的第一步，想要获得高纯石墨，还要进一步利用化学法或高温法。

目前石墨的化学提纯中应用较为普遍且成熟的工艺方法是碱酸两步法，其具体工艺流程见图1。这种方法的原理是在高温的条件下将石墨与氢氧化钠按一定比例混合，之后进行煅烧，在煅烧的过程中石墨中硅酸盐、石英、硅铝酸盐等的杂质可与NaOH发生一定的化学反应，之后将煅烧后的产物用水洗涤，这样就可以脱除硅。此外，一些氧化铁、氧化钙、氧化镁等金属的氧化物，煅烧碱熔之后仍然存在于石墨中无法除去，因此用酸液浸泡脱硅后的产物，酸液可与上述的金属氧化物反应生成金属盐，这些盐是可以溶于水的，于是可以通过洗涤、过滤等过程除去杂质，获得高纯石墨。在6000℃下，不与水和水蒸气反应，它与许多酸都不反应，除了浓硫酸、硝酸等强氧化性酸。因此在碱酸法提纯的工艺过程中石墨的性质能够保持不变。

碱酸法的工艺过程主要包括两个部分。第一部分碱融过程中发生的主要反应如下所示：

图1碱酸法工艺流程

在特定的高温和一定的气氛之下，通入氯气，以上这些氧化物可以与氯气发生反应，然后会生成熔沸点较低的氯化物，那么在一定的温度下，生成的氯化物可以气化成气体，从石墨组分中逸出，从而能够达到提高石墨固定碳含量的目的。

石墨是一种高熔点高沸点的物质，其熔沸点要远远高于硅酸盐材料，由于硅酸盐的沸点是2750℃左右，石墨熔点为3850±50℃，沸点为4500℃，因此，如果将石墨的温度升高到2750℃以上，就可以将这些硅酸盐杂质气化而被除掉，利用这一特性，石墨可以被提纯为固定碳含量为99.99%的高纯石墨。

(1)一般情况下，天然石墨的品位较低，通常都会先使用浮选法来提高石墨的品位，浮选法是所有方法中成本最低的一种，其能耗和试剂消耗都是最少的。但是利用浮选法所得到的石墨，品味一般在80%左右，想要利用浮选法进一步提高石墨的品味是很困难的。因此，为了获得纯度达到99%的石墨，还需要进一步利用化学方法来提纯石墨。

(2)碱酸法和氢氟酸法是目前应用比较广泛的，这两种方法优点突出，设备简单，投资较少，可以获得品味较高的石墨，但是生产成本高，且环境污染严重，后续的处理带来较大的麻烦。如果能够合理的处理环境污染问题，那么这种方法将得到更大规模的应用。