碱酸法石墨化学提纯

攀枝花天然石墨提纯

一、实验目的

掌握碱酸法石墨化学提纯的基本原理和工艺

了解酸、碱浓度、焙烧温度时间对石墨提纯的影响

测定石墨中碳的含量

二、实验原理

石墨具有优异的耐高低温、抗腐蚀、抗辐射、导电、导热、自润滑等性能，在科技工程的各个领域都有广泛的应用。我国是石墨产出大国，但是石墨纯度不能满足工业要求。目前石墨的化学提纯方法主要有酸碱法、氢氟酸提纯法、高温提纯法、氯化焙烧法.本实验采用酸碱法。 碱酸法是石墨化学提纯的主要方法，也是目前比较成熟的工艺方法。该方法包括NaOH HCl -，24NaOH H SO -，3NaOH HCl HNO --等体系。其中NaOH HCl -法最常见。

碱酸法提纯石墨的原理是将NaOH 与石墨按照一定的比例混合均匀进行煅烧，在500-700℃的高温下石墨中的杂质如硅酸盐、硅铝酸盐、石英等成分与氢氧化钠发生化学反应，生成可溶性的硅酸钠或酸溶性的硅铝酸钠，然后用水洗将其除去以达到脱硅的目的；另一部分杂质如金属的氧化物等，经过碱熔后仍保留在石墨中，将脱硅后的产物用酸浸出，使其中的金属氧化物转化为可溶性的金属化合物，而石墨中的碳酸盐等杂质以及碱浸过程中形成的酸溶性化合物与酸反应后进入液相，再通过过滤、洗涤实现与石墨的分离。而石墨的化学惰性大，稳定性好，它不溶于有机溶剂和无机溶剂，不与碱液反应；除硝酸、浓硫酸等强氧化性的酸外，它与许多酸都不起反应，特别是能耐氢氟酸；在6000℃以下，不与水和水蒸汽反应。因此，石墨在提纯过程中性质保持不变。

碱酸法提纯石墨的过程可分为碱熔和酸解两个过程。碱熔过程的主要化学反应如下：

22222NaOH mSiO Na O mSiO H O +=+，（1）

232222NaOH Al O NaAlO H O +=+↑，（2）

()333Fe OH Fe OH +-+=↓，

（3） ()222Ca OH Ca OH +-+=↓，

（4） ()222Mg OH Mg OH +-+=↓，

（5） 在合适的温度下，22Na O mSiO 可形成低m 值可溶于水的硅酸钠，反应物用水洗涤就可达提纯之目的。 碱类物质与盐酸发生酸解反应，反应如下：

()32333Fe OH HCl FeCl H O +=+，

（6） ()22222Ca OH HCl CaCl H O +=+，

（7） ()22222Mg OH HCl MgCl H O +=+，

（8） 2223Na O mSiO HCl H SiO NaCl +→+，（9）

碱酸法可获得固定碳含量为99%以上的石墨产品。根据GB ／T 3521—95利用间接定碳法检测固定碳含量。此法在工业上应用较广，已从土法手工操作过渡到采用熔融炉及V 型槽连续洗涤的比较先进的工艺。熔融过程可在旋转的管式熔炉中进行，也可用铸铁锅在人工搅拌下进行，但安全性较差。熔融温度为500-800℃，反应1h 左右。用碱量视矿石性质而定，一 般为400-450kg/t 。酸用量为450-500 kg/t ，在常温下进行酸洗。

三、主要试剂及仪器

原料：实验以攀枝花天然石墨为原料，其固定碳含量为76．41％。

实验试剂：氢氧化钠NaOH ,浓度为35％；盐酸HCl ，浓度为l5％。

实验设备：离心沉淀机，电热恒温水浴锅，电子天平，电热恒温干燥箱，XRD 衍射仪。

四、实验步骤

采用分步实验方法，分为碱熔石墨2NaOH H O ++一混匀一焙烧一水洗一干燥一检测)和酸浸(碱熔产物一酸浸一水洗-干燥-检测)两个步骤。

1.碱熔过程 焙烧时间90分钟；焙烧温度700摄氏度，

2.酸浸过程 酸浸温度80摄氏度恒温水浴，酸浸时间150分钟

将NaOH 与石墨按照一定的比例混合均匀进行煅烧，在500～700℃的高温下石墨中的杂质如硅酸盐、硅铝酸盐、石英等成分与氢氧化钠发生化学反应，生成可溶性的硅酸钠或酸溶性的硅铝酸钠，然后用水洗将其除去以达到脱硅的目的；另一部分杂质如金属的氧化物等，经过碱熔后仍保留在石墨中，将脱硅后的产物用酸浸出，使其中的金属氧化物转化为可溶性的金属化合物，而石墨中的碳酸盐等杂质以及碱浸过程中形成的酸溶性化合物与酸反应后进入液相，再通过过滤、洗涤实现与石墨的分离。而石墨的化学惰性大，稳定性好，它不溶于有机溶剂和无机溶剂，不与碱液反应；除硝酸、浓硫酸等强氧化性的酸外，它与许多酸都不起反应，特别是能耐氢氟酸；在6000℃以下，不与水和水蒸汽反应。因此，石墨在提纯过程中性质保持不变。

碱酸法提纯石墨的过程可分为碱熔和酸解两个过程。碱熔过程的主要化学反应如：

在合适的温度下，Na 2O·mSiO 2可形成低m 值可溶于水的硅酸钠，反应物用水洗涤就可达提纯之目的。

碱类物质与盐酸发生酸解反应，反应如下：

碱酸法可获得固定碳含量为99%以上的石墨产品。此法在工业上应用较广，已从土法手

工操作过渡到采用熔融炉及V型槽连续洗涤的比较先进的工艺。熔融过程可在旋转的管式熔炉中进行，也可用铸铁锅在人工搅拌下进行，但安全性较差。熔融温度为500～800℃，反应1h左右。用碱量视矿石性质而定，一般为400～450kg/t。酸用量为450～500kg/t，在常温

下进行酸洗。

五、数据记录及处理

六、注意事项

七、思考题