纯化石墨材料的方法技术

本公开涉及一种纯化石墨材料的方法，特别是实现>99.9％碳(C)的高纯度。所述方法包括a)加热石墨和包括两种或更多种碱金属氢氧化物的低共熔混合物的混合物以产生包括所述石墨和所述低共熔混合物的熔融物；b)用水或水溶液浸出熔融物以溶解其中的水溶性杂质；以及c)用酸性溶液浸出水浸出的熔融物以溶解其中的酸溶性杂质，从而生产高纯度石墨。从而生产高纯度石墨。从而生产高纯度石墨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纯化石墨材料的方法


[0001]本公开涉及一种纯化石墨材料的方法，特别是实现>99.9％碳(C)的高纯度。

技术介绍

[0002]对本专利技术的背景的讨论旨在促进对本专利技术的理解。然而，应当理解，该讨论不是确认或承认所引用的任何材料在本申请的优先权日时是公开的、已知的或公知常识的一部分。
[0003]石墨具有许多工业用途，包括但不限于耐火材料、炼钢、制动衬片、铸造面和润滑剂。在过去的三十年中，对用于电池电极的高纯度石墨(>99.9％C)的需求日益增加。
[0004]天然(开采的)石墨从不以必需的纯度存在于地面中，因此必须应用纯化方法以使石墨足够纯以用于工业应用。在进行进一步纯化之前，可以通过浮选处理所开采的石墨以产生石墨浓缩物。
[0005]有两种广泛的纯化方法应用于石墨浓缩物
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使用氟化氢或“酸
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碱”方法的湿法冶金纯化；或使用极高温度(>2700℃)或氯化焙烧方法的高温冶金纯化。
[0006]“酸
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碱”方法，也称为碱金属熔融方法，是最常用的方法并且涉及在>300℃的温度下加热石墨与氢氧化钠的混合物以产生熔融物，随后用水和酸连续浸出熔融物。
[0007]现有的纯化方法具有若干缺点，包括使用有毒化学品如氟化氢和氟化氢，需要高能量输入(例如300℃<T<2700℃)和/或不满足电池级石墨的纯度规格。因此，需要开发用于纯化石墨以实现>99.9％C的纯度的替代且更有效的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术人已经对纯化石墨的方法进行了研究和开发。特别地，本专利技术人已经确定，加热石墨和包括至少一种碱金属氢氧化物的低共熔混合物的混合物可以产生包括石墨的熔融物，其随后可以被浸出以产生高纯度石墨，特别地实现>99.5％C，特别地>99.9％C，或甚至>99.95％C的纯度。
[0009]在第一方面，提供了一种用于纯化石墨的方法，包括：
[0010]a)加热石墨和包含至少一种碱金属氢氧化物的低共熔混合物的混合物以产生熔融物；
[0011]b)用水或水溶液浸出熔融物以溶解其中的水溶性杂质；以及
[0012]c)用酸浸出水浸出的熔融物以溶解其中的酸溶性杂质，从而生产高纯度石墨。
[0013]在一些实施方案或实施例中，纯化石墨的方法包括：
[0014]a)加热石墨和包括两种或更多种碱金属氢氧化物的低共熔混合物的混合物以产生包括石墨和低共熔混合物的熔融物；
[0015]b)用水或水溶液浸出熔融物以溶解其中的水溶性杂质；以及
[0016]c)用酸浸出水浸出的熔融物以溶解其中的酸溶性杂质，从而产生高纯度石墨。
[0017]在一些实施方案或实施例中，可在步骤b)中用水浸出熔融物。
[0018]在其它实施方案或实施例中，可在步骤b)中用水溶液浸出熔融物。水溶液可以是碱性溶液。在一些实施方案或实施例中，用水浸出熔融物可以产生碱性浸出液。本领域技术人员应当理解，用水浸出熔融物会溶解熔融物中的至少一部分碱，从而产生碱性浸出液。该碱性浸出液可以再循环并用于步骤b)中以浸出熔融物。因此，在一个实施方案或实施例中，水溶液可以是碱性浸出液。例如，可以用从步骤b)回收的碱性浸出液对熔融物进行浸出。或者，水溶液可以是用于从步骤c)中产生的高纯度石墨中洗涤酸的洗涤液。
[0019]在一个实施方案或实施例中，低共熔混合物包括至少第一碱金属氢氧化物和至少一种选自第二碱金属氢氧化物和/或碱金属盐的碱金属化合物。
[0020]在一个实施方案或实施例中，低共熔混合物可包括至少第一碱金属氢氧化物和第二碱金属氢氧化物。在一个实施例中，低共熔混合物可以包括两种或更多种碱金属氢氧化物，例如氢氧化钠和氢氧化钾。在另一个实施方案中，低共熔混合物可以包括两种碱金属氢氧化物或由两种碱金属氢氧化物组成，例如选自氢氧化钠和氢氧化钾。低共熔混合物可包括摩尔比为约10：1至约1：10；约5：1至约1：5；约3：1至约1：3；约2：1至约1：2；或约1：1的两种碱金属氢氧化物。在一个实施方案或实施例中，可选择低共熔混合物中第一碱金属氢氧化物与第二碱金属氢氧化物的摩尔比以提供在或低于步骤a)的加热温度下熔融的低共熔混合物。在一些实施方案或实施例中，步骤a)中的加热温度可以小于约300℃。
[0021]在另一个实施方案中，低共熔混合物包括至少一种碱金属氢氧化物和一种或多种碱金属盐。在一个特定的实施方案中，低共熔混合物可以包括氢氧化钠和钠盐如硝酸钠或亚硝酸钠。所述低共熔混合物可包括摩尔比为约10：1至约1：10；约5：1至约1：5；约3：1至约1：3；约2：1至约1：2；或约1：1的碱金属氢氧化物和碱金属盐。在一个实施方案或实施例中，可选择低共熔混合物中碱金属氢氧化物与碱金属盐的摩尔比以提供在或低于步骤a)的加热温度下熔融的低共熔混合物。在一些实施方案或实施例中，步骤a)中的加热温度可以小于约300℃。
[0022]有利地，石墨和低共熔混合物的混合物可以在比石墨与单独的碱金属氢氧化物混合时明显更低的温度下形成熔融物。在一个实施方案中，步骤a)可以在小于300℃，小于250℃，甚至小于200℃下进行。在一些实施方案或实施例中，步骤a)的混合物可以在有效产生熔融低共熔混合物的第一温度下加热，然后加热至有效产生包括石墨和低共熔混合物的熔融物的第二温度。在一些实施方案中，酸包括可挥发的酸。在一些实施方案或实施例中，酸在1atm下具有小于300℃，例如小于约200℃的沸点。
[0023]在一个实施方案或实施例中，其中酸包括可挥发的酸，所述方法可进一步包括：
[0024]d)蒸馏步骤c)中产生的酸性浸出液的至少一部分以回收可挥发的酸，并将所述酸再循环至步骤c)。
[0025]在一个实施方案中，在步骤b)之前，所述方法还包括使所述熔融物与预定体积的水反应，从而回收热能，所述热能包括所述熔融物的显热和所述熔融物与水之间的反应热。有利地，任选地在步骤a)、b)、c)或d)中的任何一个或多个中，回收的热能可用于产生用作加热流的蒸汽。
附图说明
[0026]现在将参考附图仅以示例的方式进一步描述和示出优选实施方案，其中：
[0027]图1是纯化石墨的方法的一个实施方案的代表性流程图。
具体实施方式
[0028]本公开涉及纯化石墨的方法，特别是实现>99.5％C，特别是>99.9％C，或甚至>99.95％C的纯度。
[0029]一般术语
[0030]在整个说明书中，除非另有特别说明或上下文另有要求，提及单个步骤、物质组成、步骤组或物质组成组应被认为包括一个和多个(即一个或更多个)那些步骤、物质组成、步骤组或物质组成组。因此，如本文所用，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种纯化石墨的方法，包括：a)加热石墨和包括两种或更多种碱金属氢氧化物的低共熔混合物的混合物以产生包括所述石墨和所述低共熔混合物的熔融物；b)用水或水溶液浸出熔融物以溶解其中的水溶性杂质；以及c)用酸性溶液浸出水浸出的熔融物以溶解其中的酸溶性杂质，从而生产高纯度石墨。2.根据权利要求1的方法，其中所述低共熔混合物包括两种选自氢氧化钠和氢氧化钾的碱金属氢氧化物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述低共熔混合物包括摩尔比为约10：1至约1：10，或约3：1至约2：1，或约1：1的两种碱金属氢氧化物。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中所述低共熔混合物还包括一种或多种碱金属盐。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：联邦科学技术研究组织，
类型：发明
国别省市：