隨著石墨的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，對石墨的純度要求也越來越高，如何提高石墨的純度也隨之成為一個重要的課題，下面小編介紹幾種石墨提純方法。

圖1  高純石墨

一、浮選提純法

浮選法是最常用的選礦方法之一，該方法原理是依據(jù)石墨良好的天然疏水性，使其表面不易被水浸潤，利用石墨自身疏水性或經(jīng)浮選藥劑作用獲得疏水特性，在礦漿體系借助氣泡浮力，在液-氣界面發(fā)生聚集使其與雜質(zhì)礦物分離從而達到提純的目的。此外，石墨鱗片的大小是評判石墨好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一。為保護其鱗片，在選別方法上宜用多段磨礦、多次選別、粗精礦再磨再選等工藝，旨在及時選出大鱗片石墨。一般情況下先采用正浮選，然后對精選產(chǎn)品進行反浮選。

石墨浮選捕收劑多用煤焦油；起泡劑多選用 2#油、 4#油；抑制劑一般選用水玻璃和氟硅酸鈉。

浮選法優(yōu)點是：能耗低、藥劑用量少，成本低。缺點是：提純的石墨純度有限，品位一般為 85%～90%且再次提高品位不易，回收率不高，石墨產(chǎn)品多屬于中碳石墨（80.0≤C＜94.0）。因此浮選法主要用于石墨的初步提純，獲得高碳石墨還需用化學(xué)或火法提純方法對產(chǎn)品進行再加工處理。

二、堿酸法

堿酸法是濕法提純中應(yīng)用最廣泛、技術(shù)較成熟的提純方法。其工作原理為：利用石墨耐酸堿的屬性，將堿和石墨遵循一定的配比混合均勻進行煅燒。在熔融狀態(tài)下的堿與石墨中部分雜質(zhì)硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等發(fā)生反應(yīng)生成可溶性硅酸鹽或酸溶性硅酸鹽，再經(jīng)過清洗脫硅。而另一部分沒有與堿發(fā)生反應(yīng)的雜質(zhì)為金屬氧化物，經(jīng)堿熔后依舊留存于石墨中。隨后將脫硅后的產(chǎn)物進行酸法浸出，使金屬氧化物轉(zhuǎn)化為可溶性鹽，再經(jīng)過脫水、洗滌等工序?qū)崿F(xiàn)石墨提純。其工藝流程圖如下：

圖2  堿酸法提純工藝流程

堿酸法優(yōu)點是：一次性投資少、工藝適應(yīng)性強、設(shè)備較為通用。與浮選法相比， 該法獲得的產(chǎn)品純度高，一般可達到 99%以上。 其缺點是：工藝過程中高溫焙燒造成能源耗損大、純化效率低、設(shè)備損耗嚴(yán)重同時有價礦物流失較多。

三、氫氟酸法

氫氟酸法是一種較好的提純方法。其工藝原理為：將石墨與液態(tài)氫氟酸混合，石墨中雜質(zhì)與氫氟酸反應(yīng)生成溶于水的化合物及揮發(fā)物，然后經(jīng)水沖洗除去這些雜質(zhì)化合物，脫水干燥從而達到提純目的。為了盡可能避免反應(yīng)進行時含鈣、鎂、鐵等雜質(zhì)沉淀生成，必須在氫氟酸中添加少量的氟硅酸、稀HCl、HNO₃或H₂SO₄ 等，可以消除鈣、鎂、鐵等難免離子滋擾。

圖3  氫氟酸法提純工藝流程

目前，為進一步提升石墨產(chǎn)品的純度，研究者們多選擇在堿浸、酸浸之前對石墨原礦進行活化預(yù)處理。 具體工藝過程為先對原礦進行焙燒活化，再采用堿酸法對活化后的產(chǎn)品進一步除雜。焙燒后的石墨中雜質(zhì)與堿、酸反應(yīng)的活性增強，加快了雜質(zhì)的清除效率，與未經(jīng)預(yù)處理的原礦樣品相比，提純效果顯著。

氫氟酸提純法優(yōu)點為：提純效率高、產(chǎn)品純度較高、能耗低、對產(chǎn)品性能影響不大等。缺點是：HF易揮發(fā)且有毒性，生產(chǎn)過程必須有嚴(yán)格的安全防護和廢水處理系統(tǒng)。存在工藝復(fù)雜、成本高、腐蝕性強、環(huán)境污染較大等缺點，難以推行大規(guī)模生產(chǎn)。

四、氯化焙燒法

氯化焙燒法是常見的火法提純法，其原理是利用石墨中的硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等雜質(zhì)在高溫加熱條件下可分解成二氧化硅、 氧化鋁、 氧化鐵、氧化鈣等氧化物。在石墨粉中添加一定量的還原劑，在高溫和特定氛圍下焙燒，氧化物雜質(zhì)與氯氣發(fā)生氯化反應(yīng)，使氧化物轉(zhuǎn)化成氯化物。由于氯化物熔沸點相對較低，從而使這些氯化物受高溫焙燒汽化逸出，從而達到除雜提純目的。

氯化焙燒法優(yōu)點是：具有節(jié)約能源、提純效率高、回收率高等優(yōu)點。缺點是工藝條件不穩(wěn)定、純化成本較高、尾氣難處理造成空氣污染嚴(yán)重等。此外，氯氣有一定毒性、對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等一系列缺點，可控性差，限制了該法很難被推廣應(yīng)用。

目前，氯化焙燒法尚處于探索發(fā)展階段。相比堿酸法、氫氟酸法，該法具有較好的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。若能充分利用冶金行業(yè)和化工行業(yè)成熟的應(yīng)用技術(shù)及耐磨耐腐設(shè)備，該法在今后石墨深加工提純工業(yè)化中一定會被產(chǎn)業(yè)化推廣。

五、高溫提純法

高溫提純法工作原理是利用石墨耐高溫的特性及其與雜質(zhì)之間的熔沸點差異，將石墨添加到石墨化的石墨坩堝中，在通入惰性氣體和保護氣體的特定條件下， 利用特定的純化爐加熱到 2700℃，反應(yīng)發(fā)生一段時間便能使雜質(zhì)發(fā)生氣化從石墨中溢出，實現(xiàn)除雜的目的。該技術(shù)可以將除雜后產(chǎn)品的純度提升至 99.99%以上。

高溫提純法優(yōu)點是產(chǎn)品純度高，高純度石墨（C≥99.995%）。缺點是高溫法僅限于對高純度原料提純，需要特定的高溫爐因而造成投資、生產(chǎn)成本高、對操作技術(shù)要求嚴(yán)格等弊端。

石墨提純方法對比表

參考文獻：

1、張福良，殷騰飛，周楠等，我國石墨資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及優(yōu)化路徑選擇，炭素技術(shù)。

2、劉長青，高秀，酸堿法提純隱晶質(zhì)石墨的試驗研究，煤炭技術(shù)。

3、張鴻波，李悅，張忠新，焙燒活化隱晶質(zhì)石墨提純試驗研究，礦產(chǎn)綜合利用。

作者：李波濤