國內外石墨提純進展述評

摘 要：石墨是一種戰略資源，對國民經濟發展以及現代化建設具有重要作用。我國石墨資源儲備巨大，被廣泛應用于工業，是一種不可或缺的非金屬材料。本文簡單論述了國內外提純石墨的主要方法，重點介紹獲取高純石墨的方法。對比浮選法、氯化焙燒法、酸堿法、氫氟酸法、高溫法的優缺點，認為結合化學法與高溫法是石墨提純工藝的發展方向。

關鍵詞：石墨；高純石墨；研究現狀；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.181

1 引言

1.1 石墨結構及性能

石墨是元素碳的結晶礦物之一，具有層狀原子結構，化學性質穩定，經過特殊加工的石墨可耐高溫、抗腐蝕。除此之外，石墨還具有強度高、韌性強、可塑性強、抗熱震性好等優良的性能，因此廣泛應用于工業。隨著科學技術的進步，傳統產業結構的不斷優化升級將增加石墨消費，同時我國大力發展戰略新興產業，也必將帶動石墨產業的快速發展。

1.2 石墨的用途

含碳量高于99.99%的石墨即為高純石墨。高純石墨導電性強、耐高溫等性能優越，可被制成耐火磚、坩堝等耐火部件；也可作為蓄電池的材料、摩擦材料、新型石墨材料原料[1]。目前在冶金工業、鑄造工業、電氣工業、機械工業、化學工業、核工業、航天工業等領域應用廣泛[3]，可作為環保材料、熱交換材料、儲能材料、導電材料、二次鋰離子電池材料等。隨著現代科學技術的發展，高純石墨的應用范圍仍在不斷擴大。國內石墨價格低廉，加工水平停留在初級階段，生產的石墨應用受限，造成石墨資源外流，而本國所需高純石墨制品需大量進口。

1.3 我國石墨資源分布

我國石墨礦床類型主要有區域變質型、接觸變質型、巖漿熱液型。工業上根據石墨結晶形態的不同可將石墨分為晶質和隱晶質石墨礦石，晶質石墨指肉眼或普通顯微鏡下即可觀察到晶體形狀的石墨，其直徑大于1μm，無法辨認晶體形狀的即為隱晶質石墨。我國礦產地分布廣泛，晶質石墨礦床主要分布于黑龍江、內蒙古、山西、陜西、山東等20余?。ㄗ灾螀^）；隱晶質礦床主要分布于內蒙古、湖南、陜西、山東等10余?。ㄗ灾螀^）。相對集中的特點便于集中建設石墨基地。

2 石墨提純方法

2.1 浮選法

天然鱗片狀石墨的可浮性好，主要采用浮選法進行提純。由于石墨鱗片中常嵌布有硅酸鹽礦物和鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等化合物，單體解理較困難，物理選礦提純效果不理想。浮選法只能對石墨進行初步提純，且回收率低，若想進一步提高石墨純度，必須借助化學方法或熱力學方法。但它具有能耗低、成本低的優點，因而應用廣泛。

2.2 化學法

2.2.1 氯化焙燒法

氯化焙燒法提純石墨是在石墨中添加一定量的還原劑，提供一定的高溫進行焙燒，利用氯氣與石墨中雜質發生反應達到提純目的。氯化焙燒法雖然具有低的焙燒溫度和較小的氯氣消耗量使石墨的生產成本有較大的降低，但因氯氣有毒，腐蝕性極強，對設備操作要求較高，對尾氣必須妥善處理，且生產的石墨無法達到極限純度，所以在一定程度上限制了其推廣應用[2-3]。

2.2.2 酸堿法

酸堿法是應用于石墨提純較為廣泛的工藝，在石墨中加入氫氧化鈉，混合均勻后在高溫下焙燒，石墨中部分雜質與氫氧化鈉反應生成可溶性物質，該部分雜質與石墨分離后，再用鹽酸浸出另一部分雜質，從而達到提高石墨純度目的。酸堿法存在雜質處理不完全，除雜過程中生成的硅酸鹽難以除去的缺點，但由于酸堿法操作簡單，無有害廢棄物產生，葛鵬等人對該方法進行了優化，提出加堿焙燒浸出法。在提高焙燒溫度的基礎上，增加水浸工序，改善后的方法使石墨固定碳含量超過99.99%，同時大大了縮短工藝周期[4]。

2.2.3 氫氟酸法

氫氟酸法能與石墨中大部分雜質發生反應，生成揮發物或可溶于水的化合物，用水沖洗后即可獲得純度較高的石墨。該方法具有效率高，能耗低，產品性能幾乎不受影響且品位高的優勢。但由于氫氟酸毒性和腐蝕性很強，需給操作人員到位的安全防護，設備要求的提高成本隨之增加。提純石墨產生的廢液有毒性和腐蝕性，需經過處理才能排放，也大大提高了成本。

2.3 高溫法

石墨具有高熔點和高沸點，雜質的熔沸點遠遠小于石墨，因此可利用這一性質使雜質在高溫下氣化脫除，達到石墨提純目的，理論上溫度達2700℃以上即可實現。高溫法優點是產品的含碳量可高達99.995%以上，缺點是所需溫度高，需設計建造高溫爐，造成成本提高，能量消耗大，技術要求高[4]。另外， 電費高昂也使高溫法的應用范圍十分受限，只有在有特殊要求時才考慮采用此方法進行小規模生產。

3 結語與展望

我國石墨資源豐富，石墨材料已成為工業領域不可或缺的一部分?，F有的提純方法各有優缺點，因此在選擇提純工藝時需綜合原料的產地、原料的性質、對環境的影響等各方面因素。

隨著環境問題的加劇，人們越來越重視環保，目前國內外正逐步擺脫高能耗、高污染的石墨提純方法，朝著節能、環保方向發展。高技術產業的發展對高純石墨的需求量增加，低成本、高效率、高純度的提純工藝是石墨提純的發展方向。天然石墨品位不高，首先通過浮選法對石墨進行初步的富集；結合化學法和高溫法進一步獲得高純度石墨，具體方法要結合產品應用領域等進行操作。

目前我國提純石墨技術有限，高純石墨生產規模小，生產技術仍由國外公司壟斷，優化我國高純石墨工藝流程，對于提高我國高純石墨提純在市場上的地位尤為重要。為此，我國應加強國際間相關學術交流，積極引進技術，增強理論研究，爭取實現再創新。

參考文獻：

[1]亨德GP.石墨的應用展望[J].國外金屬礦選礦，1998（11）：39-40.

[2]謝剛，李曉陽，臧健，閻江峰，楊大錦，俞小花，于站良.高純石墨制備現狀及進展[J].云南冶金，2011（01）：48-51.

[3]葛鵬，王化軍，解琳，趙晶，張強.石墨提純方法進展[J].金屬礦山，2010（10）：38-43.

[4]李志遠，李國榮.國內外石墨提純技術的現狀分析[J].中國高新技術企業，2013（01）：64-65.

作者簡介：聶春晨（1997-），女，山東臨朐人，學士在讀，從事礦物加工相關專業研究。