王 想

(蘇州中材非金屬礦工業(yè)設(shè)計研究院有限公司)

石墨是重要的資源性非金屬礦物,具有耐高溫、抗腐蝕、可塑性高及特殊的導(dǎo)電性等特性,廣泛應(yīng)用于化工、冶金、核電、航空航天和國防等領(lǐng)域[1-5]。隨著石墨應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,對石墨的純度要求也越來越高。由于優(yōu)質(zhì)鱗片狀石墨儲量的不斷減少，對于隱晶質(zhì)石墨進(jìn)行合理開發(fā)利用十分必要。目前國內(nèi)外各類純化隱晶質(zhì)石墨主要有酸堿法、氫氟酸法、氯化焙燒法和高溫提純法等，適用性和處理效果各不相同[6-10]。

福建某地隱晶質(zhì)石墨原礦固定碳含量80.71%，采用堿焙燒法和酸堿法進(jìn)行高純石墨提純試驗，以實現(xiàn)該隱晶質(zhì)石墨的純化利用。

1 礦石性質(zhì)

該隱晶質(zhì)石墨原礦呈土狀，粒度為-4 μm，嵌布粒度較細(xì)，雜質(zhì)成分以硅、鋁、鐵的氧化物為主，另外還含有少量鈣、鉀、鈦的氧化物和少量的硫化物，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表1可知，該石墨礦固定碳含量80.71%,SiO2含量5.00%，是主要雜質(zhì)成分。

2 提純試驗

2.1 堿焙燒法提純試驗

堿焙燒法提純將一定量的氫氧化鈉與石墨按照1∶3質(zhì)量比充分混合均勻后裝入坩堝，將坩堝置于電爐升溫至500 ℃進(jìn)行焙燒，保溫5 h后自然冷卻至室溫，將樣品取出研碎后用超純水洗滌并抽濾至pH≈7，干燥，即可得到提純精礦。提純試驗結(jié)果見表2。

表2 堿焙燒法提純原礦與精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表2結(jié)果可知，堿焙燒法提純效果不明顯，提純精礦固定碳含量僅提高1.64個百分點，其他成分含量變化不大。

2.2 酸堿法提純試驗

酸堿法提純是將石墨與一定濃度的酸液按液固比3∶1混合均勻，在80 ℃下反應(yīng)3 h，自然冷卻至室溫，用超純水洗滌并抽濾至pH≈7；濾餅再與一定量氫氧化鈉溶液按液固比3∶1混合均勻，在100 ℃下反應(yīng)4 h，自然冷卻至室溫，用超純水洗滌并抽濾至pH≈7，干燥，即可得到提純精礦。

2.2.1 堿含量試驗

取一定量的石墨原礦，按照液固比3∶1加入1 mol/L 的硫酸，在80 ℃下攪拌反應(yīng)3 h后，按照液固比3∶1給入不同濃度的氫氧化鈉溶液，在100 ℃溫度下攪拌反應(yīng)4 h，提純試驗結(jié)果見表3。

表3表明，相比5%濃度，使用10%濃度的氫氧化鈉溶液進(jìn)行酸堿法提純，雖然提純精礦固定碳含量偏低，但主要雜質(zhì)Si和Al殘余量也略低，說明氫氧化鈉溶液濃度低于10%時，對Si的去除效果差。

2.2.2 反應(yīng)時間試驗

表3 堿含量試驗效果 %

取一定量的石墨原礦，分別按液固比3∶1給入1 mol/L的硫酸，在80 ℃下反應(yīng)3 h。反應(yīng)后進(jìn)行洗滌過濾，再分別按液固比3∶1給入10%、20%的氫氧化鈉溶液，在100 ℃下分別反應(yīng)4，6 h，試驗結(jié)果見表4。

表4 不同堿含量下，反應(yīng)時間提純試驗結(jié)果 %

由表4可知，氫氧化鈉濃度增加1倍、反應(yīng)時間延長1.5倍，提純精礦固定碳含量明顯提高，說明適當(dāng)增加堿用量、延長反應(yīng)時間可改善提純效果。

2.3 驗證試驗

取一定量的石墨原礦，分別采用不同的方案進(jìn)行酸堿法提純驗證試驗。

方案1。按液固比3∶1將一定量原礦給入 1 mol/L的硫酸，在80 ℃下反應(yīng)3 h后洗滌，再按照液固比3∶1給入20%濃度的氫氧化鈉，在100 ℃下反應(yīng)4 h，其他條件不變。

方案2。按液固比3∶1將一定量原礦給入 1 mol/L的硫酸，在80 ℃下反應(yīng)3 h后洗滌，再按照液固比3∶1給入10%濃度的氫氧化鈉，在100 ℃下反應(yīng)4 h，其他條件不變。

方案3。按液固比3∶1將一定量原礦給入20%濃度的氫氧化鈉，在100 ℃下反應(yīng)4 h后洗滌，再按液固比3∶1加入2 mol/L的硫酸，在80 ℃下反應(yīng) 3 h，其他條件不變。

方案4。按液固比3∶1將一定量原礦給入20%濃度的氫氧化鈉，在100 ℃下反應(yīng)4 h后洗滌，再按液固比3∶1加入1 mol/L的硫酸，在80 ℃下反應(yīng) 3 h，其他條件不變。

各方案提純試驗結(jié)果見表5。

表5 各方案提純對比試驗結(jié)果 %

由表5可知，在其他反應(yīng)條件不變的情況下，增加氫氧化鈉溶液濃度、延長反應(yīng)時間、增加硫酸用量對提純效果有一定改善，主要體現(xiàn)在精礦SiO2含量的降低和固定碳含量的升高方面。方案3和方案4提純精礦固定碳含量可達(dá)90%以上。

3 結(jié) 論

福建某地隱晶質(zhì)石墨原礦固定碳含量80.71%，SiO2含量5.00%。采用堿焙燒法進(jìn)行提純，固定碳含量可從80.71%提高至82.35%，僅提高了1.64個百分點，效果不明顯；采用酸堿法進(jìn)行隱晶質(zhì)石墨的提純，固定碳含量可從80.71%提高至90.85%，提高了10.14個百分點，提純效果顯著。因此可采用酸堿法對該隱晶質(zhì)石墨進(jìn)行提純，從而實現(xiàn)其工業(yè)應(yīng)用。