矿物材料课件：石墨深加工（第一章）.ppt

1、 矿物材料制备技术之矿物材料制备技术之 石墨的深加工及应用石墨的深加工及应用1 1 石墨概况石墨概况石墨的结构、性质与应用石墨的结构、性质与应用石墨的理化性质石墨的理化性质1） 耐高温性耐高温性2） 导电、导热性导电、导热性3） 润滑性润滑性4） 化学稳定性化学稳定性5） 可塑性可塑性6） 抗热震性抗热震性石墨的应用石墨的应用 石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上石墨在工业上用途很广，用于制作冶炼上的的高温坩埚高温坩埚、机械工业的、机械工业的润滑剂润滑剂、制作、制作电极电极和和铅笔芯；广泛用于冶金工业的铅笔芯；广泛用于冶金工业的高级耐火材料与高级耐火材料与涂料涂料、电气工业的碳刷、电池工业的电

2、极、化、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。鳞片石墨经过深加工，又可肥工业催化剂等。鳞片石墨经过深加工，又可生产出石墨乳、石墨密封材料与复合材料、石生产出石墨乳、石墨密封材料与复合材料、石墨制品、石墨减磨添加剂等高新技术产品，成墨制品、石墨减磨添加剂等高新技术产品，成为各个工业部门的重要非金属矿物原料。为各个工业部门的重要非金属矿物原料。2 2 石墨的深加工石墨的深加工2.1 石墨的提纯石墨的提纯 石墨提纯方法有石墨提纯方法有化学提纯法、高温提纯法化学提纯法、高温提纯法和混和混合法，其中化学提纯法又可分为湿法和干法两种。合法，其中化学提纯法又可分为湿法和干法两种。2.2 可膨胀石

3、墨可膨胀石墨 原理：原理：可膨胀石墨的膨胀过程分两步完成。可膨胀石墨的膨胀过程分两步完成。（1）插入剂在强氧化剂作用下进入石墨层间形成）插入剂在强氧化剂作用下进入石墨层间形成石墨盐，使层间距离变大，形成可膨胀石墨，这是石墨盐，使层间距离变大，形成可膨胀石墨，这是可膨胀石墨膨胀过程的第一步膨胀；可膨胀石墨膨胀过程的第一步膨胀；（2）在高温处理下，可膨胀石墨迅速受热，使层）在高温处理下，可膨胀石墨迅速受热，使层间插入物质受热分解或汽化产生大量的膨胀热，此间插入物质受热分解或汽化产生大量的膨胀热，此膨胀热远远大于石墨层间的范德华力，片层间的连膨胀热远远大于石墨层间的范德华力，片层间的连接处首先被气流

4、胀开，使石墨层间距离再次扩大，接处首先被气流胀开，使石墨层间距离再次扩大，形成了蠕虫状膨胀石墨。这是可膨胀石墨膨胀过程形成了蠕虫状膨胀石墨。这是可膨胀石墨膨胀过程的第二次膨胀的第二次膨胀； 天然鳞片石墨在强氧化剂的作用天然鳞片石墨在强氧化剂的作用下，网状平面大分子变成带有正电荷下，网状平面大分子变成带有正电荷的平面大分子，致使具有极性的的平面大分子，致使具有极性的H2SO4分子和硫酸氢根等负离子插入分子和硫酸氢根等负离子插入石墨层中形成可膨胀石墨。石墨层中形成可膨胀石墨。 + +HSO4-FF + +2.2.1 可膨胀石墨的制备可膨胀石墨的制备(1) 化学氧化法化学氧化法插层处理时主要采用化学

5、浸渍的方法，先将鳞片石插层处理时主要采用化学浸渍的方法，先将鳞片石墨与混酸溶液（墨与混酸溶液（H2SO4:HNO3=2:l）混合，其中石墨）混合，其中石墨:混酸混酸:FeC13=1:3:0.2，然后加入一定的高锰酸钾，均，然后加入一定的高锰酸钾，均匀搅拌反应一定时间后，水洗至中性，匀搅拌反应一定时间后，水洗至中性，60下烘干，下烘干，制得可膨胀石墨，经高温热处理后，获得膨胀石墨制得可膨胀石墨，经高温热处理后，获得膨胀石墨产物。产物。鳞片石墨粒度对膨胀石墨倍数影响鳞片石墨粒度对膨胀石墨倍数影响KMnO4含量对膨胀倍数的影响含量对膨胀倍数的影响反应时间对膨胀倍数的影响反应时间对膨胀倍数的影响反应温

6、度对膨胀倍数的影响反应温度对膨胀倍数的影响膨化温度对膨胀倍数的影响膨化温度对膨胀倍数的影响不同原料粒度，化学法制膨胀石墨不同原料粒度，化学法制膨胀石墨SEM图图试验装置示意图试验装置示意图(2) 电泳法电泳法混酸合比混酸合比( (浓硝酸浓硝酸: :乙酸酐乙酸酐) )对膨胀倍数的影响对膨胀倍数的影响电流强度对膨胀倍数的影响电流强度对膨胀倍数的影响电压大小对膨胀倍数的影响电压大小对膨胀倍数的影响插层反应时间对膨胀倍数的影响插层反应时间对膨胀倍数的影响石墨原料粒度对膨胀倍数的影响石墨原料粒度对膨胀倍数的影响不同工艺参数，电泳法制膨胀石墨不同工艺参数，电泳法制膨胀石墨SEM图图 电泳插层工艺是利用电场

7、力对反应溶液中带电电泳插层工艺是利用电场力对反应溶液中带电粒子如（粒子如（CH3COO-、NO3-等）作用，迫使其沿石墨等）作用，迫使其沿石墨层间定向运动，并镶嵌下来，形成石墨层间化合物。层间定向运动，并镶嵌下来，形成石墨层间化合物。试验采用浓硝酸和乙酸酐混合酸液作为反应介质，试验采用浓硝酸和乙酸酐混合酸液作为反应介质，其中，乙酸酐起了双重作用，一是吸收浓度其中，乙酸酐起了双重作用，一是吸收浓度65%的的硝酸溶液的部分水，二是作为插入剂。硝酸溶液的部分水，二是作为插入剂。 同时发生如下副反应同时发生如下副反应：(3) 电泳法和化学氧化法及膨胀石墨性能分析电泳法和化学氧化法及膨胀石墨性能分析两种

8、工艺体系膨胀石墨比表面积对比两种工艺体系膨胀石墨比表面积对比石墨层间化合物的结构石墨层间化合物的结构样品样品：石墨原料，粒度：石墨原料，粒度50目。目。样品样品：化学法制备，高锰酸钾加入量为：化学法制备，高锰酸钾加入量为40%，粒度为，粒度为50 目，反应温度目，反应温度45，反应，反应30min。样品样品：化学法制备，高锰酸钾加入量为：化学法制备，高锰酸钾加入量为70%，粒度为，粒度为50 目，反应温度目，反应温度45，反应，反应30min。样品样品：电泳工艺制备，粒度为：电泳工艺制备，粒度为50目，电流目，电流180mA，电压，电压 150V，反应，反应30分钟。分钟。样品样品：电泳工艺制

9、备，粒度为：电泳工艺制备，粒度为50目，电流目，电流300mA，电压，电压 150V，反应，反应30分钟。分钟。样品样品：电泳工艺制备，粒度为：电泳工艺制备，粒度为50目，电流目，电流500mA，电压，电压 250V，反应，反应30分钟。分钟。两种工艺制备膨胀石墨的吸附性能对比两种工艺制备膨胀石墨的吸附性能对比2.2.2 可膨胀石墨的应用可膨胀石墨的应用（1）密封材料领域）密封材料领域（2）环境保护）环境保护（3）军事领域）军事领域（4）催化领域）催化领域（5）生物医学材料）生物医学材料膨胀石墨和活性炭吸油能力对比膨胀石墨和活性炭吸油能力对比膨胀石墨和活性炭吸附色素的对比研究膨胀石墨和活性炭吸附色素的对比研究A0、At分别为吸附前和吸附后的吸光度分别为吸附前和吸附后的吸光度2.2.3 可膨胀石墨发展趋势可膨胀石墨发展趋势（1）可膨胀石墨及其制品向低硫方向发展；）可膨胀石墨及其制品向低硫方向发展；（2）可膨胀石墨向高纯、高）可膨胀石墨向高纯、高pH值、低温膨胀方向发展；值、低温膨胀方向发展；（3）可膨胀石墨制品向高强度方向发展；）可膨胀石墨制品向高强度方向发展；（4）由作坊式生产向自动化规模生产方向发展）由作坊式生产向自动化规模生产方向发展Thank youThank you！