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石墨的深加工產(chǎn)品及生產(chǎn)方法
我國(guó)晶質(zhì)石墨礦石品位相差比較大，多數(shù)礦床的礦石品位在3-15%，入選品位在5%左右，片度在0.1-1.5毫米之間，礦石的可選性通常較好。
一，石墨的采礦
石墨礦床開(kāi)采簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便。晶質(zhì)石墨礦通常采用露天開(kāi)采，按照礦山地勢(shì)條件不同，又有山坡露天開(kāi)采和挖陷露天開(kāi)采兩種方式。內(nèi)蒙、山西、黑龍江等山地丘陵地區(qū)的石墨礦，采用山坡露天開(kāi)采；山東等平原地區(qū)采用挖陷露天開(kāi)采。其中，露天開(kāi)采可以獲得較高的回收率和較低的貧化率, 回采率可達(dá)到90％以上，礦石貧化率控制在10％以下。
二，石墨的選礦工藝介紹
由于石墨的可浮性較好，石墨的選礦多采用浮選法。在目前技術(shù)條件下，利用浮選方法只能將其純度（固定碳含量）提高到94～98％左右；而要生產(chǎn)純度更高的高碳石墨和高純石墨，則需采用化學(xué)提純等其他方法。
石墨選礦主要的流程包括：破碎、分級(jí)、浮選。以下是晶質(zhì)石墨浮選工藝流程示意圖：
圖：晶質(zhì)石墨浮選工藝流程示意圖
在晶質(zhì)石墨的選礦中，為保護(hù)和回收大鱗片，浮選工藝采用多段磨礦、多段選別、中礦順序或集中返回的閉路流程；多段再磨再選又有精礦再磨、中礦再磨和尾礦再磨三種形式。
三，石墨的深加工產(chǎn)品及生產(chǎn)方法
目前，石墨的深加工產(chǎn)品主要包括高純石墨、可膨脹石墨、柔性石墨、氟化石墨、球形石墨以及石墨乳等。以下分別是對(duì)這幾種產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法的介紹。
1.高純石墨
生產(chǎn)高純石墨，主要采用化學(xué)提純和高溫氣化提純法。化學(xué)提純工藝即用酸、堿處理以去除石墨中的雜質(zhì)，具體方法包括苛性鈉熔融法、酸堿法、氫氟酸法、活性氣體法等。
氫氧化鈉高溫熔融法
氫氧化鈉高溫熔融法是利用石墨中的雜質(zhì)(硅酸鹽等)，在500℃以上的高溫下與氫氧化鈉起反應(yīng)，一部分生成溶于水的反應(yīng)產(chǎn)物，被水浸出除去；另一些雜質(zhì)，如鐵的氧化物等，在堿熔后用鹽酸中和，生成溶于水的氯化鐵等，通過(guò)洗滌除去。
酸堿法
酸堿法又稱酸堿提純法,即將石墨的提純方法分為堿熔過(guò)程和酸解過(guò)程。
堿熔過(guò)程是將一定量的石墨、氫氧化鈉與水混合均勻,放入反應(yīng)器中,加熱熔融。反應(yīng)一段時(shí)間后冷卻至100℃以下,過(guò)濾至水洗液的pH 為7～8。酸解過(guò)程是把堿溶(熔) 后的石墨與一定濃度的鹽酸溶液混合進(jìn)行熱浸濾,在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間后,過(guò)濾水洗至中性,干燥,純化，通過(guò)酸解后即獲得高純石墨。
堿酸法的缺點(diǎn)在于需要高溫?zé)Y(jié)、熔融,能量消耗大，且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。
氫氟酸提純法
氫氟酸提純法是利用氫氟酸能與大部分物質(zhì)反應(yīng)生成可溶性物質(zhì)的原理進(jìn)行石墨提純。即將石墨與一定濃度的氫氟酸浸泡后,過(guò)濾水洗至中性,干燥,純化，即得到高純石墨。
利用氫氟酸提純法獲得的高純石墨純度可達(dá)到99. 95%,氫氟酸提純法的缺點(diǎn)在于操作條件惡劣,環(huán)境污染嚴(yán)重,對(duì)工人的操作不利。
高溫提純法
高溫氣化提純法是利用石墨耐高溫的性質(zhì)，將石墨置于特殊的電爐中隔絕空氣加熱到2500℃，此時(shí)石墨中的灰分雜質(zhì)被蒸發(fā)出去，石墨則再結(jié)晶，從而使石墨的純度大大提高。這種方法能將石墨提純到99.9%以上。如果在純化爐內(nèi)通入氯氣和氟，最后通入氮?dú)?，可使雜質(zhì)更容易揮發(fā)，可將石墨提純到99.99%以上。
此種方法雖然可以得到光譜純的石墨產(chǎn)品，但需要消耗大量電能。
2.可膨脹石墨（酸化石墨）
可膨脹石墨是經(jīng)過(guò)特殊改性處理而得到的一種柔性石墨產(chǎn)品，也稱為石墨酸、酸化石墨、氧化石墨。它是一種理想的新型密封材料，在石油、化工、電業(yè)、航空、汽車、船舶和儀器儀表等行業(yè)的動(dòng)、靜密封中有著廣泛的應(yīng)用。
可膨脹石墨經(jīng)高溫瞬時(shí)處理，鱗片狀變成蠕蟲(chóng)狀，體積可膨脹100-400倍，這種膨脹石墨仍然保持天然石墨的性質(zhì)，并且具有良好的成型可塑性、柔韌延展性和密封性，是各種石墨板材、密封件的優(yōu)質(zhì)原料，也可用于冶金工業(yè)的新型保護(hù)渣、發(fā)熱劑。
可膨脹石墨的生產(chǎn)工藝主要有強(qiáng)酸浸漬工藝和電解氧化工藝。兩種工藝除氧化工序不同外,脫酸、水洗、脫水、干燥等其它工序相同。電化學(xué)法是將天然鱗片石墨和輔助陽(yáng)極一起構(gòu)成陽(yáng)極室，浸泡在濃硫酸電解液中,通直流或脈沖電流,氧化一定時(shí)間后取出,水洗干燥后即可得到可膨脹石墨。
電化學(xué)法的最大特點(diǎn)是,可通過(guò)調(diào)節(jié)電參數(shù)和反應(yīng)時(shí)間來(lái)控制石墨反應(yīng)程度和產(chǎn)品的性能指標(biāo),并且污染小,成本低,質(zhì)量穩(wěn)定,性能優(yōu)異。但是，如何解決插層工藝中的攪拌問(wèn)題,提高效率,降低電耗,是該法急需解決的課題。
3.柔性石墨
柔性石墨是以膨脹石墨為原料，經(jīng)壓制或軋制成型的石墨產(chǎn)品，它克服了天然鱗片石墨硬而脆的缺點(diǎn)，具有新的柔韌性。
柔性石墨常用于密封材料,同時(shí)還具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、耐高低溫、抗腐蝕等優(yōu)異特性。因此,多年來(lái)柔性石墨的用途在不斷擴(kuò)展，并逐漸應(yīng)用在電氣工業(yè)、新能源的燃料電池工業(yè)中。
柔性石墨的生產(chǎn)過(guò)程是，將天然鱗片石墨通過(guò)濃硫酸插層制備成酸化石墨(可膨脹石墨)，然后再快速加熱，使層間插入物氣化,形成高壓,使石墨粒子膨脹，形成蠕蟲(chóng)石墨或石墨蠕蟲(chóng)，即膨脹石墨。膨脹石墨經(jīng)過(guò)壓制或軋制,蠕蟲(chóng)之間相互嚙合,從而壓軋成石墨卷材或板材,即為柔性石墨。
4.氟化石墨
氟化石墨是一種新興的工業(yè)材料，不會(huì)對(duì)金屬和其他材料產(chǎn)生腐蝕作用，可作為固體潤(rùn)滑劑、電池電極材料、憎水疏油劑、核反應(yīng)堆材料等，特別是在高速、高壓、高溫條件下使用，效果更佳。在防水、防油、涂料等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用前景。目前氟化石墨的合成方法主要有以下幾種：
直接合成法
石墨與氣體氟在350~600℃內(nèi)的反應(yīng)器中加熱合成氟化石墨，這是最早采用的合成方法。
催化劑合成法
該方法是在300℃的石墨與氟的反應(yīng)系統(tǒng)中加入微量金屬氟化物（LiF、MgF2等）作催化劑合成氟化石墨。
固體氟化物合成工藝
該方法是用含氟固體聚合物（如四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯基螢石等制成的聚合物）與石墨混合，在氦、氖、氬、氮等惰性氣氛下，加熱至320~600℃，在管式電爐中的石英管內(nèi)制得氟化石墨。
5.球形石墨
球形石墨是鋰離子電池負(fù)極材料的主要原料。
球形石墨的制備是借助專用設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的：石墨微粒通過(guò)對(duì)撞、卷曲、揉搓、密實(shí)、包覆等表面處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)球形化，從而使鱗片石墨實(shí)現(xiàn)從各向異性到各向同性的球形石墨的轉(zhuǎn)變。改性球形石墨的生產(chǎn)主要有以下兩種方法：
先粉碎后提純法
先提純后粉碎法
圖：球形石墨生產(chǎn)流程
6. 石墨乳
石墨乳也稱膠體石墨，是以石墨作為分散相，用水、油、有機(jī)溶劑、合成樹(shù)脂溶液等作為分散媒所形成的固－液分散系統(tǒng)，其按照使用用途分為顯像管石墨乳、鍛造石墨乳和拉絲石墨乳。
石墨乳以其特有的耐溫性、耐腐蝕、自潤(rùn)滑、無(wú)毒、無(wú)汚染等特性，被作為密封材料廣泛用于軍工、電站等行業(yè)。石墨乳還具有良好的導(dǎo)電性，振實(shí)密度高、儲(chǔ)能量大、容量高、迴圈性能好，從而被廣泛應(yīng)用在電子束管石墨乳、拉絲石墨乳產(chǎn)品上。
石墨乳的生產(chǎn)工藝，主要包括石墨粒子的微細(xì)化處理工藝和石墨超微粒子在溶劑中的分散處理工藝。
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