碱酸法提纯某微晶石墨_姜芳

量比为 0. 4 mL / g 的情况下，可获得固定碳含量为 98. 79% 的提纯产物。
关键词 微晶石墨 固定碳 碱酸法 NaOH HCl
中图分类号 TD925. 6
文献标志码 A
文章编号 1001-1250（2014） -09-082-03
Purification of a Amorphous Graphite Using Alkali-acid Methods
Abstract The alkali-acid methods is the major process in purifying amorphous graphite． Purification experiments on dosage of NaOH，roasting time，roasting temperature and dosage of HCl are conducted to find reasonable technological parameters for a graphite with fixed canbon content of 85% ，particle size from 0． 048 to 0 mm and impurities of SiO2 ，Al2 O3 ，Fe2 O3 etc． in Hunan province． The results show that it is benefit to increase the fixed carbon content by properly increasing dosage of NaOH， roasting time，roasting temperature and dosage of HCl． Purified product with fixed carbon content of 98． 79% is obtained at the conditions of mass ratio 0． 6 of NaOH to the sample，roasting temperature at 600 ℃ for 60 min and the mass ratio of HCl to sample 0． 4 mL / g．
可直接用于现代工业的高碳微晶石墨原矿较稀
少，国内外大多采用化学法或超高温法获得纯度较高 的微晶石 墨［8］； 另 外，一 些 结 晶 程 度 低、粒 度 较 细 的 鳞片状石墨或鳞片石墨与微晶石墨共存的石墨矿石 中可能发生鳞片状结构被破坏的情况，从而导致这些 石墨的可选性大大降低，这样的石墨原矿尽管符合鳞 片状石墨 的 结 构 特 性，但 通 常 也 需 要 采 用 化 学 法 提 纯。
products on roasting time
从图 3 可以得出，随着焙烧时间的延长，提纯产 物固定碳含量先显著上升后小幅下降。焙烧时间过 长，提纯产物固定碳含量小幅下降的主要原因可能与 固定碳被氧化有关。因此，确定焙烧时间为 60 min。 2. 4 盐酸用量试验
HCl 是一种腐蚀性较弱，与杂质反应不易生成难 溶盐，适合微晶石墨提纯的强酸。HCl 与试样的体积 质量比试验固定 NaOH 与试样的质量比为 0. 6，焙烧 温度为 600 ℃ ，焙烧时间为 60 min，试验结果见图 4。
从图 2 可以看出，提高焙烧温度有利于提高反应 速度，固定反应时间内溶解的杂质矿物含量也增多， 因而提纯产物固定碳含量显著增大；随着反应温度的 提高，一方面一定时间后待反应的杂质越来越少，另 一方面，开始有固定碳与氧气发生反应。综合考虑， 确定碱溶过程的焙烧温度为 600 ℃ 。 2. 3 焙烧时间试验
天然石墨因其结晶程度不同，可分为晶质石墨和 隐晶质石墨 2 大类。晶质石墨的品位较低，固定碳含 量很少超过 10% ，超过 20% 的则较罕见，但该类石墨 矿可通过浮选工艺将其固定碳含量提高到 85% 以 上；而 隐 晶 质 石 墨 的 含 碳 量 较 高，一 般 达 60% ～ 80% ，最高可达 95% ，平均晶粒尺寸为 0. 01 ～ 0. 10 μm，用肉眼难以辨认出晶型，故称隐晶质石墨，俗称 土状石墨。
试验药剂氢氧化钠（ NaOH） 为分析纯，国药集团 化学试剂有限公司生产；盐酸（ HCl） 为分析纯，信阳 准河化学试剂有限公司生产。 1. 2 试验机理及方法
将试样与浓度为 30% 的一定量的 NaOH 溶液混 匀，在一定温度下熔融一定时间后冷却、水洗至 pH 为 7. 5 左右，然后用一定浓度 5% 的一定量的 HCl 溶 液处理滤饼 30min，水洗至 pH 为 6 左右。
图 4 HCl 用量对提纯产品固定碳含量的影响 Fig． 4 Fixed carbon content of the purification
NaOH 与试样质量比试验固定焙烧温度为 600 ℃ ，焙烧时间为 60 min，滤饼中加入 2 mL 的 HCl 溶 液，试验结果见图 1。
从图 1 可以看出，随着 NaOH 用量的加大，可以 有足够的 NaOH 与高度分散的杂质反应，因而产物的 固定碳含量先显著上升；继续加大 NaOH 的用量，固 定碳含 量 小 幅 上 升 后 开 始 下 降，这 是 由 于 过 量 的 NaOH 会阻碍反应生产物硅酸钠的溶解，在酸浸时， 硅酸钠会生成硅酸溶胶或硅酸凝胶黏附在微晶石墨 表面，难于除去，因而影响微晶石墨的提纯。综合考 虑，NaOH 与试样的质量比为 0. 6。
微晶石墨的化学法提纯是利用强酸、强碱与石墨 中的硅酸盐质等脉石矿物作用，使其转变为可溶于水 的物质，再通过水洗、过滤、烘干而得到纯度很高的石 墨产品。常用的化学提纯方法主要有碱酸法、氯化焙 烧法、氢氟酸法等。氯化焙烧法、氢氟酸法虽然除杂 效率高、能耗低、产品固定碳含量高，但因其既腐蚀设 备，又产生大量的有毒有害废弃物，因而在工业上的
Series No. 459 September 2014
金属矿山
METAL MINE
总 第 459 期 2014年第 9 期
碱酸法提纯某微晶石墨
姜 芳1 涂文懋2
（1． 武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070；2． 燃料电池湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070）
摘 要 碱酸工艺是当前提纯微晶石墨的主流工艺。为确定固定碳含量为 85% 、粒度为 0. 048 ～ 0 mm、主要杂质
SiO2 6. 09 TiO2 0. 23
Al2 O3 3. 88 MgO 0. 16
Fe2 O3 0. 86 SO3 0. 11
CaO 0. 55 P2 O5 0. 08
K2 O 0. 42 MnO 0. 02
Na2 O 0. 26 其他 0. 04
从 表 1 可 以 看 出，试 样 中 主 要 杂 质 为 SiO2 、 Al2 O3 、Fe2 O3 等，主要碱溶成分有 SiO2 、Al2 O3 、Fe2 O3 、 CaO 等，主要酸溶成分有 K2 O、Na2 O、TiO2 、MgO、MnO 等。
试验固定 NaOH 与试样的质量比为 0. 6，焙烧时 间为 60 min，滤饼中加入 2 mL 的 HCl 溶液，试验结果 见图 2。
图 2 焙烧温度对提纯产品固定碳含量的影响 Fig． 2 Fixed carbon content of the purification
products on roasting temperature
Jiang Fang1 Tu Wenmao2
（1． School of Ｒesources and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China； 2． Hubei Province Key Laboratory of Fuel Cells，Wuhan 430070，China）
图 1 NaOH 用量对提纯产品固定碳含量的影响 Fig． 1 Fixed carbon content of the purification
products on dosage of NaOH
2. 2 焙烧温度试验 碱熔法提纯石墨，焙烧温度在很大程度上影响了
碱与杂质反应是否完全：若达不到 NaOH 与杂质充分 反应所需的温度，则化学反应难以完全，提纯效果就 不理想；若焙烧温度过高，既造成不必要的能源消耗， 增加生产成本，又对反应设备有更高的要求，同时还 会使部分石墨被空气中的氧氧化，进而降低产物的固 定碳含量。由于 Na验在 350 ～ 650 ℃ 范围进行。
收稿日期 2014-06-07 作者简介 姜 芳（1988—） ，男，硕士研究生。
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姜 芳等：碱酸法提纯某微晶石墨
2014 年第 9 期
应用受到了极大的限制；而碱酸法因为具有生产工艺 简单，生产条件容易实现，产生的废弃物易处理，环境 污染少，生产成本低等特点，而成为当前微晶石墨提 纯的主要手段。本试验将采用碱酸法对湖南某微晶 石墨进行提纯研究。
（2） 在 NaOH 与试样的质量比为 0. 6，焙烧温度 为 600 ℃ ，焙烧时间为 60 min，HCl 与试样体积质量 比为 0. 4 mL / g，提纯产物固定碳含量为 98. 79% 。
参考文献
图 3 焙烧时间对提纯产品固定碳含量的影响 Fig． 3 Fixed carbon content of the purification
与 NaOH 之间的反应属于无机盐类反应，反应时只要 温度适宜，其反应速率应该很快。
试验固定 NaOH 与试样的质量比为 0. 6，焙烧温 度为 600 ℃ ，滤饼中加入 2 mL 的 HCl 溶液，试验结果 见图 3。
为 0. 048 ～ 0 mm，主要杂质为 SiO2 、Al2 O3 、Fe2 O3 等， 主要碱溶成分有 SiO2 、Al2 O3 、Fe2 O3 、CaO 等，主要酸 溶成分有 K2 O、Na2 O、TiO2 、MgO、MnO 等，适宜采用碱 酸法进行提纯。