一种无硫碳石墨的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无硫碳石墨的制备方法，属于碳石墨制备领域。该方法包括：将除硫剂溶液和碳石墨原料混合后，在20-100℃下放置5～24小时进行除硫反应；将反应后的混合物反复离心水洗至pH中性；自然干燥或采用烘箱80～120℃烘干，获得无硫碳石墨粉。本发明专利技术工艺条件简单，流程易于控制，不产生残留杂质或新的固体杂质，制备过程无污染，无环境负担，成本低廉，产品回收率高，效果显著。而且，制备出的碳石墨粉完整保留了石墨的晶体结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碳石墨制备领域，特别涉及。
技术介绍
碳石墨材料质量轻、韧性高、高比强、高模量、稳定性高、耐腐蚀、无毒，是重要的结 构材料、功能材料和生物医用材料，在航空、航天、航海、体育等领域广泛应用；具有优异的 机械性能、自润滑性和耐磨性，是无可比拟的高温机械密封材料。因为低热膨胀系数、优异 的抗热冲击性、低中子活化性能，是核反应堆中的重要的慢化、反射和结构材料。事实上，碳石墨原料通常含有大量的硫和硫化物、导致用石墨原料制作的碳石墨 制品中，通常都含有硫。然而，碳石墨材料含硫时，会造成很大危害。含硫的碳石墨原料通 常会使产品性能下降、或用做碳石墨制品在使用过程中产生事故，同时也带来很多环境污 染问题。一方面，含硫制件在使用过程中也会释放并发生一系列变化后，降低产品性能。这 些含硫产品会产生严重的环境问题。硫的污染以SO2A2S气体形式排放，会造成酸雨、臭 氧层空洞；污染水体中污染产生异味、土壤和水体酸化等，腐蚀混凝土构筑物；在垃圾填埋 及其处理系统，会产生异味，造成环境污染。另一方面，含硫碳石墨制品使用过程中也会导 致事故。例如含硫的柔性石墨作为密封材料使用时，与其接触的配偶金属密封面常常会发 生硫化物腐蚀而且随着密封时间延长，在环境温度较高时，金属密封面的腐蚀程度会愈加 严重，密封效果受到极大损害，最终会造成密封失效，甚至还会导致事故的发生。这一问题 已成为碳石墨在一些重要领域推广应用的严重障碍。此外，天然石墨还是人工合成金刚石 的重要原料。在金刚石行业，现在使用的石墨原料，均为未经除硫的石墨原料，这些含硫石 墨会导致合成的金刚石晶体形态不完整，常在晶体表面形成大小不一的凹坑，进而影响金 刚石性能，降低了金刚石的静压强度、冷冲击强度、热冲击强度等。与自然界的煤相同，碳石墨原料(特别是天然石墨)通常含有大量的硫和硫化物、 导致用石墨原料制作的碳石墨制品中，通常都含有硫。然而，从采矿、选矿、分级、变成碳石 墨原料、到制成各种碳石墨制品，碳石墨原料或制品从来没有除过硫。各种碳石墨制品。甚 至在制备石墨制品过程也常使用硫酸，导致硫的污染问题。虽然在各种膨胀石墨、柔性石 墨产品也发现大量硫污染的问题，大家也只是设法放弃通用的硫酸，防止硫的污染问题，然 而，由原始碳石墨原料(特别是天然石墨)所产生的硫的污染问题从来没有得到被认识、更 不可能采取任何措施去除。这些造成全世界整个碳石墨行业都存在硫的污染的问题。不但 包括天然石墨行业、也包括大量的使用天然石墨制品行业，例如，柔性石墨行业、碳石墨电 极、锂离子电池、核石墨、电动汽车用含石墨电池、碳石墨电容器等等。根据石墨形态和矿物 学特点，也包括现在的新兴产业 球形石墨行业，这种球形石墨是对天然石墨球形化处理 后，生产的碳石墨制品。去除碳石墨原料或制品中的硫至关重要。脱硫不但能减少污染、也能提高碳石墨 原料或制品的性能。在碳石墨原料或制品除硫，对于天然石墨行业、以及大量的使用天然石 墨制品行业具有非常重要的实际应用价值，具有重要的现实意义和巨大的潜在经济价值。虽然传统石墨选矿工艺，部分提纯了石墨，但是，从来没有专门针对除硫的工艺， 即使经过现有的选矿、多次化学提纯、物理提纯以后，石墨中硫杂质含量仍较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于采用绿色环保无毒无害的除硫剂(过氧化氢、次氯酸钠、次氯 酸钙等)或硝酸溶液以去除石墨中杂质硫。本专利技术提供的无硫碳石墨的制备方法，其步骤包括第一步将除硫剂溶液加入装有碳石墨原料粉的容器中，碳石墨粉与除硫剂溶液 的体积比大约为1 (1 10)。第二步将上述装有碳石墨粉和除硫剂溶液的容器在一定温度下放置5 M小 时。所述温度保持在20-100°C。磁力搅拌或振荡的作用会使反应完全，加热会使反应加快 完成。第三步将反应完的混合物经反复离心水洗至PH中性。第四步将所得产物自然干燥或采用烘箱80 120°C烘干，即可获制得无硫碳石墨粉。除硫剂溶液选自饱和的次氯酸钠、次氯酸钙、过氧化氢等或硝酸溶液中的一种，或 两者及两者以上的混合。在使用过氧化氢情况下，过氧化氢与硫化物矿物(以黄铁矿、辉铜矿为例)反应过 程以下列反应方程式表示2FeS2+17H202 — 2Fe (OH) 3+4H2S04+10H20+02 个在使用次氯酸钠、次氯酸钙情况下，次氯酸钠、次氯酸钙与硫化物矿物(以黄铁矿 为例)反应过程以下列反应方程式表示FeS2+7NaC10+H20 — FeS04+7NaCl+H2S042FeS2+7Ca (ClO) 2+2H20 — 2FeS04+7CaCl2+2H2S04过氧化氢、次氯酸钠、次氯酸钙基本属于绿色环保无毒无害的除硫剂，对于以黄铁 矿为主的硫化物矿物非常有效。对于以辉铜矿为主的硫化物矿物时，采用硝酸溶液去除石墨中杂质硫会更有效。在使用硝酸情况下，硝酸与硫化物矿物(以黄铁矿、辉铜矿为主时为例)反应过程 以下列反应方程式表示3Cu2S+22HN03 = 6Cu (NO3) 2+3H2S04+10N0 +8Η20FeS2+8HN03 = Fe (NO3) 3+2H2S04+5N0 丨 +2H20通过上述反应，本专利技术将固体状态的不溶性的矿物硫，转化为可溶性硫，主要以硫 酸根形式存在、可以很容易地被水洗掉。其中，过氧化氢水溶液是无色无毒的透明液体，通常，过氧化氢水溶液俗称双氧 水，用于伤口消毒、食品消毒、杀菌剂、漂白剂、脱氯剂及环境等方面。采用无色无毒的无过 氧化氢水溶液，进行石墨除硫，成本低廉，工艺简单。次氯酸钠(NaClO)是漂白液的主要成分，通常用于水的净化，以及作消毒剂、纸浆 漂白等。次氯酸钙(Ca(ClO)2)就是俗称的漂白粉，通常用作消毒剂、杀菌剂、漂白剂等，常 用于游泳池消毒。采用常用作漂白剂的次氯酸钠、次氯酸钙，进行石墨除硫，成本低廉，工艺通过本专利技术所提供的方法，能够脱除碳石墨原料中的杂质硫，降低碳石墨材料的 灰分，增加碳石墨原料的固定碳含量，提高碳石墨材料的纯度，提高碳石墨制品的质量，减 少碳石墨制品在使用过程中造成的硫的污染和腐蚀。本专利技术工艺条件简单，流程易于控制，不产生残留杂质或新的杂质，制备过程无污 染，无环境负担，成本低廉，产品回收率高，效果显著。而且，制备出的碳石墨粉完整保留了 石墨的晶体结构。本专利技术对于碳石墨行业、特别是大量的使用天然石墨制品行业具有非常重要的实 际应用价值和潜在经济价值。可以应用于天然石墨行业、也包括大量的使用天然石墨制品 行业，例如，柔性石墨行业、碳石墨电极、锂离子电池、核石墨、电动汽车用含石墨电池、碳石 墨电容器等等，也包括现在的新兴产业——球形石墨行业。在航空、航天、航海、体育等领 域，也有利于无硫的高质量石墨制品的结构件、功能材料和生物医用材料制备。在机械工业 能够有利于高质量无硫碳石墨制品的高温机械密封材料。在核工业上，有可能制造核反应 堆中的高质量无硫碳石墨质慢化、反射和结构制品。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图。 具体实施例方式下面结合三个实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术的用途并不仅限于下面的具 体实施例子。实施例一采用过氧化氢为除硫剂制备无硫的高质量石墨制品，其工艺过程如下1、称取一定量的碳石墨粉置于反应器(例如玻璃、塑料、聚四氟乙烯容器)中，例 如，碳石墨粉重量1本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无硫碳石墨的制备方法，其步骤包括：第一步：将碳石墨原料粉和除硫剂溶液混合；第二步：将上述混合物在２０－１００℃下放置５～２４小时，进行除硫反应；第三步：将反应后的混合物反复离心、水洗至ｐＨ中性；第四步：自然干燥或采用烘箱８０～１２０℃烘干，获得无硫碳石墨成品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：传秀云，张晓琳，周述慧，秦浪，汤勇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11