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【干货】起底石墨提纯5大工艺及进展

蓝林笑生
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石墨是一种重要的资源性非金属矿物,石墨具有良好的抗腐蚀、抗辐射、导电、导热、自润滑、耐高低温等性能,在国民经济发展、科技现代化和国防建设中有着重要的战略支撑作用,已被美国及其他许多国家列为国家的战略资源。石墨及其制品是现代高温、高压、高速工业以及现代生物、信息、能源的基础原材料,也是现代高新技术产业的关键材料和多功能环保材料,更是核能、航空航天、国防军事领域(如原子堆中的减速剂、光电对抗中的隐身材料、攻击敌方电力系统的石墨炸弹等)不可或缺的战略材料。

将石墨原料加工成石墨材料,从技术上首先必须对其提纯,而后再根据所应用的领域在粒度、形貌或性能上进行加工。石墨提纯质量的高低决定着石墨材料的使用特性和综合性能,石墨纯度越高,应用价值越高。不管是用于人造金刚石的原料、 锂离子电池的阴极材料、燃料电池的双极材料、密封、导热的柔性石墨材料,还是用于航空航天、国防、核工业的特殊石墨材料,都要求石墨的纯度为含碳 99%~99.99%,甚至更高。

石墨的提纯是制备所有石墨材料的基础,是石墨材料发展的共性问题。本文简介了石墨资源特征,主要从浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法等方面详细介绍了石墨提纯工艺的技术现状,展望了石墨提纯的发展方向。

1 石墨资源特性与产消概况

1.1 资源、分类与特性

世界石墨资源主要分布在中国、印度、墨西哥、巴西、马达加斯加等国家,据美国地质调查局统计数据显示,2012年世界石墨储量约7700万吨,中国的储量为5500万吨,占世界储量的71%,各国所占比例情况见图 1。石墨是我国的优势资源之一。

【干货】起底石墨提纯5大工艺及进展

石墨矿床以中、小型为主,矿床类型大致分为 以下 5 种:①结晶片岩中的似层状石墨矿床;②变质煤层中的石墨矿床;③霞石正长岩中的石墨矿床;④矽卡岩中的石墨矿床;⑤结晶片岩中的脉状石墨矿床。

天然石墨资源有3类,它们分别是土状石墨(隐晶质石墨)、鳞片石墨(晶质石墨)和块状石墨。土状石墨是储量最多的一种,鳞片较小,结晶度不高,用于生产低价值的产品,是3种石墨中价格最低的一种;土状石墨主要蕴藏在中国、欧洲、墨西哥和美国。鳞片石墨是由许多单层的石墨结合而成,在变质岩中以单独的片状存在,储量少、价值高;鳞片石墨主要分布在澳大利亚、巴西、加拿大、中国、德国和马达加斯加。块状石墨是最罕见、价值最高的石墨矿,主要在斯里兰卡发现,各类石墨的特征见表1。

【干货】起底石墨提纯5大工艺及进展

中国石墨资源储量世界第一。鳞片石墨储量3068万吨,主要分布在黑龙江、山东、四川、内蒙古、河南;土状石墨储量约为1283万吨,主要分布在湖南、广东、吉林等省市。

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