鱗片石墨有哪些提純方法？

石墨作為優質的礦物原料，其應用已經囊括了人類賴以生存的能源、環境及信息領域，冶金、電子、航空航天和其他支撐國民經濟的行業與石墨材料密不可分。石墨要進行深加工對純度有一定的要求，并且伴隨著石墨的相關科學研究越來越深入，高純石墨的需求量會越來越大，石墨礦石的提純將會變得越來越重要。

1、浮選法

浮選是當前礦物加工操作中最常用的方法之一。其原理主要是通過添加一系列浮選藥劑如發泡劑、捕收劑、調整劑和抑制劑來富集氣-液界面處的所選目標礦物，實現與脈石礦物的分離。

由于其良好的可浮性和天然疏水性，鱗片狀石墨可以通過浮選達到分離石墨和雜質的目的。石墨浮選實驗過程中所用起泡劑一般采用二號油或四號油，捕收劑選用煤油或柴油，調整劑選用石灰，抑制劑選用水玻璃。

鱗片狀石墨的鱗片大小決定著它的使用價值，所以為了使石墨的價值不受到影響，大鱗片得到保護，石墨在浮選過程中一般采取多段流程，即階磨階選。浮選的優點是能耗最低，成本最低。但是，經過浮選法提純所獲得的石墨多為中碳水平，品位較低，通常為85%～90%，并且想要進一步提升品位相當困難。因此，浮選法通常用作石墨純化過程的初步過程，然后使用其他化學或物理方法獲得更高純度的石墨。

袁來敏針對品位為6.76%的遼寧某石墨礦，采用一段粗磨、粗精礦兩段再磨，五次精選的工藝流程，最終可獲得品位為97.84%，回收率為92.63%的石墨精礦。

劉海營等針對黑龍江蘿北地區固定碳含量為13.27%的細鱗片晶質石墨礦，采用階段磨礦-階段選別-分質分流-精礦再磨再選的浮選工藝流程進行選別，最終獲得的石墨精礦中固定碳含量為96.11%，回收率為91.30%。

基于普通浮選工藝流程長的缺點，呂一波等針對鱗片石墨磨礦段數多、精選流程長，影響石墨大鱗片的保護和生產穩定性，增大生產成本等缺陷，以中碳石墨為研究對象，設計浮選柱進行石墨提純，試驗結果表明，礦漿濃度能顯著影響石墨精礦的品位，循環壓力對石墨精礦產率影響最大。在浮選柱的柱體高度為1.55m時，選用礦漿質量濃度40g/L、循環壓力0.04MPa、捕收劑用量200g/t的組合條件，可將石墨精礦的品位提高至94.19%。

余悅等針對國外某鱗片石墨進行提純試驗研究并確定磨礦介質直徑，采用GJM型高效攪拌磨機(擦洗機)磨礦，采用一次磨礦一次粗選的工藝流程，使石墨的固定碳含量提高了3.9個百分點，部分石墨中固定碳含量達到了98%。

余學斌等針對難選細鱗片石墨，采用新型立式砂磨機，經過一次磨礦兩次精選，可從品位為81%的中碳石墨中獲得95.15%和90%兩個品級的石墨產品，浮選回收率為92.84%。

方和平等采用浮選法提純大鱗片石墨，并添加助磨劑來提高磨礦效率，試驗發現，與不加助磨劑相比，添加助磨劑可緩解由于脈石雜質嵌布形態和石墨晶體狀態性質引起的難磨問題。在最佳磨礦時間和浮選礦漿濃度條件下，選用助磨劑有效地提高了石墨的浮選產率，并縮短磨礦時間。

2、堿酸法

目前，堿酸法已形成了較為成熟的工藝，整個工藝流程主要分為堿熔和酸浸兩個步驟。其原理為：在石墨試樣中加入適量的NaOH，反應在一定的溫度條件下進行。NaOH屬于強堿，能與石墨中的酸性雜質SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等發生反應，將SiO2轉化為水溶性硅酸鈉，然后可以用水洗滌除去。剩余的雜質形成的氫氧化物難溶于水，在一定溫度下經過酸浸處理生成可溶于水的鹽。主要反應如式（1）~式（4）：

堿酸法的優點是能耗低、一次性的投資小、設備簡單，提純后的產品純度較高，能達到99.5%。缺點是酸堿對設備的腐蝕性嚴重，反應后的廢水有嚴重污染，石墨的流失量也不小。目前，這一方法在我國工業生產中提純石墨時運用最為廣泛。

堿酸法提純石墨工藝流程圖

3、氫氟酸法

氫氟酸是一種強酸，它可以和石墨中除了石墨以外的幾乎所有的雜質發生反應，因此也可以用于石墨的提純。氫氟酸法的基本原理是：將石墨和氫氟酸充分混合后，氫氟酸與石墨中的雜質反應生成能溶物或者可揮發物質，然后經過水洗洗去其中的可溶性雜質。

氫氟酸法的優點：能高效除去樣品礦中的雜質，得到高品位的石墨，并且該過程幾乎不對石墨的性能造成影響，能耗也低。但氫氟酸有劇毒，對環境污染較大。可以配合其他酸一起使用，以減少HF酸的用量。我國工業生產上用該法生產高純石墨主要采用的是HF/HCl、HF/HCl/H2SO4、HF/H2SO4等混酸體系。

張然等依次通過使用H2SO4、氫氟酸對石墨礦進行分步提純。具體過程為，H2SO4除去礦樣中的一些硅酸鹽后，再用氫氟酸除去其余的雜質。在最佳工藝條件H2SO4濃度30%～60%，溫度90℃下預反應2h，氫氟酸濃度20%常溫下反應2h，使原料品位由97%提升至99.94%。

4、氯化焙燒法

氯化焙燒方法是在石墨樣品中加入適量的還原物質，然后在適當的溫度和環境條件下在焙燒反應時通入氯氣。礦石樣品中有價金屬與低價氯的結合后進一步形成低熔點沸點的氣相或凝聚相氯化物或絡合物從而析出，并實現與其他組分的有效分離，進而制取高純度的石墨。

氯化焙燒方法的優點是提純效率高、回收率高、能耗低、成本低等。但是氯氣有嚴重的腐蝕性，并且具有毒性，會污染環境，因此在實際應用中會受到影響，此法還有待改進。

李繼業等采用氯化焙燒法提純某細鱗片石墨，當還原劑用量為石墨的4%時，在最佳的氯氣氣壓下，溫度為1200℃時反應2.5 h，可獲得含碳量為80%的石墨精礦。

5、高溫法

石墨擁有非常高的熔沸點：熔點為3652℃，沸點為4250℃。其熔點遠遠高于所含雜質的沸點。高溫法就是通過熔沸點的差異，將石墨樣品加熱到將近3000℃，此時大部分雜質已經氣化，剩下得到高純度的石墨，由此達到將石墨與其雜質分離的目的。通過此法提純的石墨，品位可達到99.99%或更高，可用于制備高純石墨。

高溫法提純石墨最大的優勢是能制得純度高于其他提純方法的高質量石墨產品，但同時所需的能耗大，對設備的要求也是極高，相應的對所需提純的石墨原料純度也有一定的要求。因此，該方法目前的應用領域受限，主要涉及航天、國防、核工業等特殊領域。

梁剛等采用感應加熱法提純某天然鱗片石墨，通過自制的感應加熱爐提高溫度、延長反應時間可將石墨中的雜質硅除去，最終可將鱗片石墨的純度提高到99.92%，且提純后的石墨鱗片沒有受到破壞，狀態結構良好。

張向軍等采用高溫提純法純化某鱗片石墨，研究發現，石墨坩堝的灰分含量低于鱗片石墨灰分含量，且石墨快速升溫有利于散狀鱗片石墨中的灰分氣體逸出，因此，通過改善升溫工藝條件，提高坩堝質量，可將原料提純為碳含量占99.995%的高純石墨。

6、堿酸-高溫氯化聯合法

張勁斌等采用堿酸-高溫氯化聯合法對天然鱗片石墨進行提純。正交實驗結果表明，堿酸法的最佳工藝條件：堿與石墨配比0.9，焙燒溫度1000℃，水洗溫度80℃，水洗時間80min，鹽酸濃度1mol/L，酸浸溫度30℃，酸浸時間60 min。進一步采用高溫氯化法（1500℃）提高石墨提純效果，當NH4Cl與石墨加入比為0.4時，樣品石墨固定碳含量達到99%以上。

展望

石墨作為優質的礦物原料，其應用已經囊括了人類賴以生存的能源、環境及信息領域，冶金、電子、航空航天和其他支撐國民經濟的行業與石墨材料密不可分。石墨要進行深加工對純度有一定的要求，并且伴隨著石墨的相關科學研究越來越深入，高純石墨的需求量會越來越大，石墨礦石的提純將會變得越來越重要。