国内外石墨提纯进展述评
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摘 要：石墨是一种战略资源，对国民经济发展以及现代化建设具有重要作用。我国石墨资源储备巨大，被广泛应用于工业，是一种不可或缺的非金属材料。本文简单论述了国内外提纯石墨的主要方法，重点介绍获取高纯石墨的方法。对比浮选法、氯化焙烧法、酸碱法、氢氟酸法、高温法的优缺点，认为结合化学法与高温法是石墨提纯工艺的发展方向。
关键词：石墨；高纯石墨；研究现状；发展趋势
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.181
1 引言
1.1 石墨結构及性能
石墨是元素碳的结晶矿物之一，具有层状原子结构，化学性质稳定，经过特殊加工的石墨可耐高温、抗腐蚀。除此之外，石墨还具有强度高、韧性强、可塑性强、抗热震性好等优良的性能，因此广泛应用于工业。随着科学技术的进步，传统产业结构的不断优化升级将增加石墨消费，同时我国大力发展战略新兴产业，也必将带动石墨产业的快速发展。
1.2 石墨的用途
含碳量高于99.99%的石墨即为高纯石墨。高纯石墨导电性强、耐高温等性能优越，可被制成耐火砖、坩埚等耐火部件；也可作为蓄电池的材料、摩擦材料、新型石墨材料原料[1]。目前在冶金工业、铸造工业、电气工业、机械工业、化学工业、核工业、航天工业等领域应用广泛[3]，可作为环保材料、热交换材料、储能材料、导电材料、二次锂离子电池材料等。随着现代科学技术的发展，高纯石墨的应用范围仍在不断扩大。国内石墨价格低廉，加工水平停留在初级阶段，生产的石墨应用受限，造成石墨资源外流，而本国所需高纯石墨制品需大量进口。
1.3 我国石墨资源分布
我国石墨矿床类型主要有区域变质型、接触变质型、岩浆热液型。工业上根据石墨结晶形态的不同可将石墨分为晶质和隐晶质石墨矿石，晶质石墨指肉眼或普通显微镜下即可观察到晶体形状的石墨，其直径大于1μm，无法辨认晶体形状的即为隐晶质石墨。我国矿产地分布广泛，晶质石墨矿床主要分布于黑龙江、内蒙古、山西、陕西、山东等20余省（自治区）；隐晶质矿床主要分布于内蒙古、湖南、陕西、山东等10余省（自治区）。相对集中的特点便于集中建设石墨基地。
2 石墨提纯方法
2.1 浮选法
天然鳞片状石墨的可浮性好，主要采用浮选法进行提纯。由于石墨鳞片中常嵌布有硅酸盐矿物和钾、钙、钠、镁、铝等化合物，单体解理较困难，物理选矿提纯效果不理想。浮选法只能对石墨进行初步提纯，且回收率低，若想进一步提高石墨纯度，必须借助化学方法或热力学方法。但它具有能耗低、成本低的优点，因而应用广泛。
2.2 化学法
2.2.1 氯化焙烧法
氯化焙烧法提纯石墨是在石墨中添加一定量的还原剂，提供一定的高温进行焙烧，利用氯气与石墨中杂质发生反应达到提纯目的。氯化焙烧法虽然具有低的焙烧温度和较小的氯气消耗量使石墨的生产成本有较大的降低，但因氯气有毒，腐蚀性极强，对设备操作要求较高，对尾气必须妥善处理，且生产的石墨无法达到极限纯度，所以在一定程度上限制了其推广应用[2-3]。
2.2.2 酸碱法
酸碱法是应用于石墨提纯较为广泛的工艺，在石墨中加入氢氧化钠，混合均匀后在高温下焙烧，石墨中部分杂质与氢氧化钠反应生成可溶性物质，该部分杂质与石墨分离后，再用盐酸浸出另一部分杂质，从而达到提高石墨纯度目的。酸碱法存在杂质处理不完全，除杂过程中生成的硅酸盐难以除去的缺点，但由于酸碱法操作简单，无有害废弃物产生，葛鹏等人对该方法进行了优化，提出加碱焙烧浸出法。在提高焙烧温度的基础上，增加水浸工序，改善后的方法使石墨固定碳含量超过99.99%，同时大大了缩短工艺周期[4]。
2.2.3 氢氟酸法
氢氟酸法能与石墨中大部分杂质发生反应，生成挥发物或可溶于水的化合物，用水冲洗后即可获得纯度较高的石墨。该方法具有效率高，能耗低，产品性能几乎不受影响且品位高的优势。但由于氢氟酸毒性和腐蚀性很强，需给操作人员到位的安全防护，设备要求的提高成本随之增加。提纯石墨产生的废液有毒性和腐蚀性，需经过处理才能排放，也大大提高了成本。
2.3 高温法
石墨具有高熔点和高沸点，杂质的熔沸点远远小于石墨，因此可利用这一性质使杂质在高温下气化脱除，达到石墨提纯目的，理论上温度达2700℃以上即可实现。高温法优点是产品的含碳量可高达99.995%以上，缺点是所需温度高，需设计建造高温炉，造成成本提高，能量消耗大，技术要求高[4]。另外， 电费高昂也使高温法的应用范围十分受限，只有在有特殊要求时才考虑采用此方法进行小规模生产。
3 结语与展望
我国石墨资源丰富，石墨材料已成为工业领域不可或缺的一部分。现有的提纯方法各有优缺点，因此在选择提纯工艺时需综合原料的产地、原料的性质、对环境的影响等各方面因素。
随着环境问题的加剧，人们越来越重视环保，目前国内外正逐步摆脱高能耗、高污染的石墨提纯方法，朝着节能、环保方向发展。高技术产业的发展对高纯石墨的需求量增加，低成本、高效率、高纯度的提纯工艺是石墨提纯的发展方向。天然石墨品位不高，首先通过浮选法对石墨进行初步的富集；结合化学法和高温法进一步获得高纯度石墨，具体方法要结合产品应用领域等进行操作。
目前我国提纯石墨技术有限，高纯石墨生产规模小，生产技术仍由国外公司垄断，优化我国高纯石墨工艺流程，对于提高我国高纯石墨提纯在市场上的地位尤为重要。为此，我国应加强国际间相关学术交流，积极引进技术，增强理论研究，争取实现再创新。
参考文献：
[1]亨德GP.石墨的应用展望[J].国外金属矿选矿，1998（11）：39-40.
[2]谢刚，李晓阳，臧健，阎江峰，杨大锦，俞小花，于站良.高纯石墨制备现状及进展[J].云南冶金，2011（01）：48-51.
[3]葛鹏，王化军，解琳，赵晶，张强.石墨提纯方法进展[J].金属矿山，2010（10）：38-43.
[4]李志远，李国荣.国内外石墨提纯技术的现状分析[J].中国高新技术企业，2013（01）：64-65.
作者简介：聂春晨（1997-），女，山东临朐人，学士在读，从事矿物加工相关专业研究。
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