專利名稱：一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料提純技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
高純石墨指石墨質(zhì)量比含量在99. 9%以上的石墨，其具有耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電性好、抗熱震性、自潤滑、易于精密機(jī)加工等優(yōu)點(diǎn)，是理想的無機(jī)非金屬材料。作為替代性材料，在高科技、新技術(shù)領(lǐng)域有著寬廣的應(yīng)用空間。以高純石墨為原料生產(chǎn)高純石墨坩堝、石墨電極、澆鑄燒結(jié)模具、細(xì)結(jié)構(gòu)模壓石墨和熱解石墨等。這些高純石墨產(chǎn)品被廣泛的應(yīng)用于原子能工業(yè)、國防和航空等高精端特殊要求的場合。天然石墨提純方法主要有堿酸提純法、氫氟酸提純法、氯化焙燒提純法和高溫提純法。這些常規(guī)石墨提純方法雖然使石墨純度達(dá)到一定要求，但是也存在反應(yīng)時(shí)間長、廢水和尾氣難處理、污染環(huán)境等問題。近年來，隨著低碳環(huán)保口號(hào)的提出，人們更加注意在生產(chǎn)高純石墨的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染。因此，既要生產(chǎn)出高純石墨，又要克服前期投入高、提純時(shí)反應(yīng)時(shí)間長、廢水和尾氣難處理等問題，就成為石墨提純制造業(yè)急需研究解決的重要課題。采用等離子發(fā)生器提純天然石墨，既保障了石墨原始晶態(tài)結(jié)構(gòu)性質(zhì)不發(fā)生變化，又具有環(huán)保、操作簡單、設(shè)備成本低、生產(chǎn)效率高，并可連續(xù)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此利用等離子發(fā)生器提純天然石墨具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法及其裝置，其特征在于，生產(chǎn)高純天然石墨的步驟為
首先用惰性氣體運(yùn)載天然石墨粉進(jìn)入等離子發(fā)生器，惰性氣體壓力0. 8MPa,送粉量80-150g/min，冷卻水流速1. 0-1. 5M/s,采用80KW等離子發(fā)生器，調(diào)節(jié)其工作電流為 10-80A，工作電壓為30-85V ；使等離子發(fā)生器陰陽極之間所產(chǎn)生的溫度為3500-400(TC的高溫區(qū)，天然石墨粉在通過3500-4000°C的高溫區(qū)時(shí)，天然石墨粉中所有的灰分氣化揮發(fā)， 從而使石墨質(zhì)量比純度達(dá)到99. 9%以上；在提純過程中，天然石墨粉始終處于惰性氣體的保護(hù)狀態(tài)。所述的惰性氣體為氬氣、氮?dú)狻⒑饣蚰蕷狻Ｋ龅臍怏w通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位。所述的陰極材料為鎢或石墨；陽極材料為紫銅板。所述的天然石墨粉質(zhì)量純度為90-98%。所述所有的灰分主要含有Si02、A1203、Fe2O3> CaO和MgO。所述生產(chǎn)高純天然石墨的裝置是在陽極和陰極水冷套之間固定絕緣體，陰極水冷套中心固定陰極，陽極上部為梯形張口，陰極段為梯形，兩個(gè)梯形的圓錐角相同，陰極的梯形段伸入陽極上部梯形張口內(nèi)；陽極、陰極、陰極水冷套和絕緣體同軸。在絕緣體上開一個(gè)徑向氣體和石墨粉通道；或者徑向氣體通道開在絕緣體上，石墨粉通道開在陽極上部的梯形張口段。所述陽極的圓柱壁中設(shè)置陽極冷卻水通道；陰極水冷套中設(shè)置陰極冷卻水通道。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是克服了原有石墨提純方法反應(yīng)時(shí)間長、廢水和尾氣難處理、污染環(huán)境等問題，所提純的天然石墨技術(shù)指標(biāo)的質(zhì)量純度為99. 9%以上，既保障了石墨原始晶態(tài)結(jié)構(gòu)性質(zhì)不發(fā)生變化，又具有環(huán)保、操作簡單、設(shè)備成本低、生產(chǎn)效率高，并可連續(xù)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。


圖1為生產(chǎn)高純天然石墨專用裝置之一結(jié)構(gòu)示意圖(氣體與粉末通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位)。圖2為生產(chǎn)高純天然石墨專用裝置之二結(jié)構(gòu)示意圖(氣體通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位，粉末通道設(shè)計(jì)在陽極部位)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明目提供一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法及其裝置。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以說明。如圖1所示的生產(chǎn)高純天然石墨專用裝置之一結(jié)構(gòu)示意圖，圖中氣體與粉末通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位。所述生產(chǎn)高純天然石墨的裝置的結(jié)構(gòu)是在陽極1和陰極水冷套6之間固定絕緣體7，陰極水冷套6中心固定陰極4，陽極1上部為梯形張口，陰極下段為梯形，兩個(gè)梯形的圓錐角相同，陰極的梯形段伸入陽極上部梯形張口內(nèi)；陽極1、陰極4、陰極水冷套 6和絕緣體7同軸。在絕緣體上開一個(gè)徑向氣體和石墨粉通道2 ；或者如圖2所示，徑向氣體通道2. 2開在絕緣體7上，石墨粉通道2. 3開在陽極1上部的梯形張口段。在陽極的圓柱壁中設(shè)置陽極冷卻水通道8 ；在陰極水冷套6中設(shè)置陰極冷卻水通道5。本發(fā)明是先用惰性氣體運(yùn)載天然石墨粉從徑向氣體和石墨粉通道進(jìn)入等離子發(fā)生器，開啟在陰陽極之間的直流電源3 ；在通過等離子發(fā)生器陰陽極所產(chǎn)生的3500-4000°C 的高溫區(qū)時(shí)，使得石墨中所有的灰分(主要含有31023120346203、010、1%0)氣化揮發(fā)，從而使石墨純度達(dá)到99. 9%以上，并保障了石墨原始性質(zhì)不發(fā)生變化，在提純過程中，天然石墨粉始終處于惰性氣體的保護(hù)狀態(tài)。實(shí)施例1
稱取純度90%-98%的天然石墨粉，啟動(dòng)生產(chǎn)高純天然石墨專用裝置(見圖1)，氬氣壓力0. 8MPa,送粉量lOOg/min，冷卻水流速1. 2M/s，采用80KW等離子發(fā)生器，調(diào)節(jié)其工作電流20-60A，工作電壓30-50V，使等離子發(fā)生器陰陽極之間產(chǎn)生3000-3600°C的高溫區(qū)。氣體與粉末通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位，氣體與粉末通道內(nèi)徑10mm，用惰性氣體氬氣運(yùn)載天然石墨粉進(jìn)入等離子發(fā)生器，天然石墨粉在通過等離子發(fā)生器陰陽極所產(chǎn)生的300-3600°C的高溫區(qū)時(shí)，使得石墨中所有的灰分(主要含有Si02、Al203、Fe203、Ca0、Mg0)氣化揮發(fā)；在提純過程中，天然石墨粉始終處于惰性氣體的保護(hù)狀態(tài)，檢測(cè)結(jié)果表明石墨質(zhì)量純度為99. 9%以上，并且石墨的原始晶態(tài)結(jié)構(gòu)性能未發(fā)生改變。實(shí)施例2
啟動(dòng)生產(chǎn)高純天然石墨專用裝置(見圖2)，氮?dú)鈿鈮毫?. 8MPa，送粉量145g/min，冷卻水流速1.45M/s，采用80KW等離子發(fā)生器，調(diào)節(jié)其工作電流60-75A，工作電壓50_80V，使等離子發(fā)生器陰陽極之間產(chǎn)生3600-4000°C的高溫區(qū)。氣體通道2. 2仍在絕緣體7部位， 粉末通道2. 3開在陽極1上部的梯形張口段；氣體與粉末通道內(nèi)徑均為10mm，用惰性氣體氬氣運(yùn)載天然石墨粉進(jìn)入等離子發(fā)生器，天然石墨粉在通過等離子發(fā)生器陰陽極所產(chǎn)生的 3600-40001的高溫區(qū)時(shí)，使得石墨中所有的灰分(主要含有3丨02、4120346203、010、1%0)氣化揮發(fā)；在提純過程中，天然石墨粉始終處于惰性氣體的保護(hù)狀態(tài)，檢測(cè)結(jié)果表明石墨質(zhì)量純度為99. 9%以上，并且石墨的原始晶態(tài)結(jié)構(gòu)性能未發(fā)生改變。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，生產(chǎn)高純天然石墨的步驟為首先用惰性氣體運(yùn)載天然石墨粉進(jìn)入等離子發(fā)生器，惰性氣體壓力0. 8MPa,送粉量80-150g/min，冷卻水流速1. 0-1. 5M/s,采用80KW等離子發(fā)生器，調(diào)節(jié)其工作電流為 10-80A，工作電壓為30-85V ；使等離子發(fā)生器陰陽極之間所產(chǎn)生的溫度為3500-400(TC的高溫區(qū)，天然石墨粉在通過3500-4000°C的高溫區(qū)時(shí)，天然石墨粉中所有的灰分氣化揮發(fā)， 從而使石墨質(zhì)量比純度達(dá)到99. 9%以上；在提純過程中，天然石墨粉始終處于惰性氣體的保護(hù)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，所述的惰性氣體為氬氣、氮?dú)狻⒑饣蚰蕷狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，所述的氣體通道設(shè)計(jì)在絕緣體部位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，所述的陰極材料為鎢或石墨；陽極材料為紫銅板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，所述的天然石墨粉質(zhì)量純度為90-98%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述生產(chǎn)高純天然石墨的方法，其特征在于，所述所有的灰分主要含有 Si02、A1203、Fe2O3> CaO 禾口 MgO。
7.—種生產(chǎn)高純天然石墨的裝置，其特征在于，所述生產(chǎn)高純天然石墨的裝置是在陽極和陰極水冷套之間固定絕緣體，在陽極、陰極之間連接直流電源；陰極水冷套中心固定陰極，陽極上部為梯形張口，陰極段為梯形，兩個(gè)梯形的圓錐角相同，陰極的梯形段伸入陽極上部梯形張口內(nèi)；陽極、陰極、陰極水冷套和絕緣體同軸；在絕緣體上開一個(gè)徑向氣體和石墨粉通道；或者徑向氣體通道開在絕緣體上，石墨粉通道開在陽極上部的梯形張口段。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述生產(chǎn)高純天然石墨的裝置，其特征在于，所述陽極的圓柱壁中設(shè)置陽極冷卻水通道；陰極水冷套中設(shè)置陰極冷卻水通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于無機(jī)非金屬材料提純技術(shù)領(lǐng)域的一種生產(chǎn)高純天然石墨的方法及其裝置，用惰性氣體運(yùn)載90%-98%的天然石墨粉進(jìn)入等離子發(fā)生器中，通過等離子發(fā)生器產(chǎn)生的3500-4000℃的高溫區(qū)時(shí)，使得所有的灰分氣化揮發(fā)，從而使90%-98%的天然石墨粉提純?yōu)?9.9%以上的高純石墨粉。本發(fā)明與常規(guī)相比，具有環(huán)保、工藝簡單、低能低耗、可連續(xù)化生產(chǎn)，并保障石墨原始晶態(tài)結(jié)構(gòu)不改變等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102557019SQ20111044291
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫儉峰, 孟君晟, 徐家文, 梁剛, 王振廷, 趙春香 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院