石墨化學(xué)提純?cè)囼?yàn) - 唐興明-

1、石墨化學(xué)提純?cè)囼?yàn)攀鋼耐材公司科研所*唐興明【摘要】隨著含碳質(zhì)耐火材料的發(fā)展,對(duì)鱗片狀石墨純度的要求也越來(lái)越高。目前浮選法生產(chǎn)的石墨品位能達(dá)到95%左右,已不能滿足耐火材料發(fā)展需要。由于部分硅酸鹽礦物雜質(zhì)呈極細(xì)粒狀態(tài)夾雜在石墨鱗片中,用浮選法進(jìn)一步提高其品位是很困難的?；瘜W(xué)提純法能將90%的石墨提純至99%以上,工藝簡(jiǎn)單,成本低,且回收率較高?！娟P(guān)鍵詞】石墨化學(xué)提純*郵編617023,四川,攀枝花市1試驗(yàn)原理石墨中的雜質(zhì)如SiO 2,CaO,Mg O,Al 2O 3,Fe 2O 3等在高溫下與NaO H 反應(yīng),一部分生成溶于水的產(chǎn)物,用水浸取洗滌而被除去,另一部分生成不溶于水的氫氧化物,用鹽酸浸

2、泡轉(zhuǎn)變可溶性的氯化物用水洗滌而被除去。石墨耐酸堿腐蝕,在提純過(guò)程中性質(zhì)不變。主要反應(yīng)如下:SiO 2+NaOHNa 2SiO 3+H 2OMn +OH -M (O H n M(OHn +HCl M Cl n +H 2O 式中n=2或32試驗(yàn)方法將一定濃度的NaO H 溶液與90%的石墨按一定的重量比進(jìn)行混合,攪拌均勻在高溫下進(jìn)行熔融,然后冷卻至100以下,用水浸取,洗滌至中性,加入HCl 浸泡,再洗至中性,然后脫水,干燥。3試驗(yàn)內(nèi)容3.1原料及試劑本試驗(yàn)采用攀枝花金江石墨礦生產(chǎn)的90%的鱗片狀石墨,攀鋼企業(yè)公司燒堿廠生產(chǎn)的液體工業(yè)NaO H 和工業(yè)HCl ,洗滌水采用自來(lái)水。3.2熔融溫度的選

3、擇固定NaO H 溶液與石墨的配比,熔融時(shí)間為1h ,NaO H 的濃度為30%,鹽酸加入量為石墨重量的35%左右,酸浸泡時(shí)間為1h ,改變不同的溫度進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如表1。表1熔融溫度試驗(yàn)結(jié)果溫度(350400450500600C(%99.2999.3999.4999.5599.59從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,產(chǎn)品要求不低于99%,則溫度高于350即行。如果溫度過(guò)低,石墨中的雜質(zhì)不能完全和NaO H 發(fā)生反應(yīng),特別是夾雜在石墨中較大顆粒的雜質(zhì)不易除去,溫度升得太高,產(chǎn)品再提高的檔次不是很大,造成熱能浪費(fèi),因此選擇溶融溫度為450為宜。3.3熔融時(shí)間的選擇固定溫度為450,其它條件保持不變,改變?nèi)廴跁r(shí)間

4、進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如表2。表2熔融時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果時(shí)間(min 30456075C(%99.2899.3899.4999.53從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著溶融時(shí)間的增加,產(chǎn)品品位不斷提高,但幅度不是很大,·57·四川冶金M etallurg y o f Sichuan考慮能耗、效率等因素,選擇3060min范圍,本條件試驗(yàn)暫定為60min,以便選擇其它最佳條件。3.4NaO H溶液與石墨的比例固定溫度為450,熔融時(shí)間為1h,其它條件不變,改變NaO H溶液與石墨的配比進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如表3。表3配比試驗(yàn)結(jié)果配比10.410.510.610.710.8 C(%99.2999.4199.3

5、599.2099.18從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,NaO H與石墨的比例增大,結(jié)果降低。比例太小,造成NaO H 用量過(guò)大,費(fèi)用增高,比例過(guò)大,則NaO H與石墨不易混合均勻,雜質(zhì)不易除去,因此選擇10.6為宜。3.5NaO H濃度的選擇固定溫度為450,熔樣時(shí)間為1h, NaO H與石墨的比例為10.6,其它條件不變,改善氫氧化鈉溶液的濃度進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果如表4。表4濃度試驗(yàn)結(jié)果NaOH(%202530354050 C(%99.1799.3999.4199.6899.5899.60從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,產(chǎn)品結(jié)果基本上隨NaO H濃度增高而增高,但NaO H濃度過(guò)高,成本加大,NaO H濃度過(guò)低,會(huì)導(dǎo)致雜

6、質(zhì)不能完全除去,因此選擇NaO H濃度為30%為宜。3.6HCl的加入量固定熔融溫度、時(shí)間等條件,改變鹽酸的加入量進(jìn)行試驗(yàn),酸的加入量為石墨重的30%至50%之間,不溶性的氫氧化物基本上能轉(zhuǎn)化成可溶性的氯化物,但考慮成本及廢液處理等問(wèn)題,采用HCl的加入量約為石墨重的35%為宜。3.7鹽酸浸泡時(shí)間的確定在酸處理過(guò)程中鹽酸浸泡時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)結(jié)果有一定的影響,浸泡時(shí)間短,不溶性的氫氧化物不能全部轉(zhuǎn)化成可溶性的氯化物,通過(guò)試驗(yàn),用鹽酸浸泡0.5h以上,氫氧化物基本上能轉(zhuǎn)化成氯化物,從而通過(guò)洗滌除去。3.8綜合條件試驗(yàn)選定NaO H濃度為30%,熔融溫度為450,NaO H液與石墨的配比為10.6,攪拌

7、均勻后放入反應(yīng)鍋進(jìn)行熔融,時(shí)間分別為30min和60min,熔后冷至100以下,用自來(lái)水浸取,攪拌,并洗滌至中性,保持石墨中的水分盡量少,然后按石墨重量的35%加入HCl浸泡3040min,再用自來(lái)水洗至中性,脫水、干燥,測(cè)定碳含量結(jié)果如表5。表5綜合條件試驗(yàn)結(jié)果時(shí)間(min3060C(%99.7599.79從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,選擇了溫度、配比、NaO H濃度、鹽酸加入量、酸浸泡時(shí)間等最佳條件后,熔融時(shí)間縮至30min,其結(jié)果與熔60min相近,而且石墨的含碳量都大于99.5%。產(chǎn)品測(cè)定固定碳含量前應(yīng)在105 110烘12h,然后用已恒重的瓷坩堝在10501100的高溫下灼燒直至恒重。4廢液處

8、理在堿洗和酸洗過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢堿和廢酸,并帶著溢流出的石墨粉,因此必須處理后方可排放。堿洗和酸洗的母液濃度較高可以回收利用,洗滌廢液分別流放至沉淀池將溢流出的石墨進(jìn)行沉淀,然后再放主中和池進(jìn)行中和,直至達(dá)到排放要求。5討論a.本法能將90%的鱗片狀石墨提純至99%以上,能夠滿足水口磚,鎂碳磚等生產(chǎn)的需要,而且工藝簡(jiǎn)單、成本低,回收率高。b.洗滌時(shí)注意水流不宜過(guò)快,以免石墨溢失量增加,致使回收率下降。(下轉(zhuǎn)第61頁(yè)·58·2000年第3期還原鐵愈來(lái)愈受到鋼鐵界的認(rèn)識(shí)和重視。4直接還原鐵市場(chǎng)預(yù)測(cè)預(yù)計(jì)到2000年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量仍保持在12000萬(wàn)t,其中電爐鋼約占25%為3000

9、萬(wàn)t。據(jù)有關(guān)方面介紹,那時(shí)全國(guó)各行業(yè)廢鋼總消耗約5000萬(wàn)t,其中煉鋼消耗4000萬(wàn)t,廢鋼來(lái)源及缺口量見(jiàn)表1。表1我國(guó)廢鋼消耗量及來(lái)源(萬(wàn)t/a項(xiàng)目數(shù)量其中:煉鋼消耗總消耗量54004000廢鋼來(lái)源:(1企業(yè)自產(chǎn)16001600(2社會(huì)回收26001600(3拆船廢鋼5533小計(jì)42553233廢鋼缺口1145767由表1可以看出,到2000年,我國(guó)廢鋼鐵缺口量達(dá)1100多萬(wàn)t,其中煉鋼廢鋼缺口達(dá)700多萬(wàn)t。若全靠進(jìn)口解決,一年要支付17億多美元,顯然這是難以承受的,也是不合理的。國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)證明,發(fā)展直接還原鐵是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一?，F(xiàn)在國(guó)家要求冶金企業(yè)每年生產(chǎn)200萬(wàn)t/a高檔次鋼

10、鐵產(chǎn)品替代進(jìn)口,到2000年每年要生產(chǎn)出2000萬(wàn)t/a低合金和微合金鋼,以滿足電子、機(jī)械、化工、航天、高速鐵路、高速公路等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的需要?？梢钥隙?沒(méi)有直接還原鐵這樣高純凈的原料,要達(dá)到這一目標(biāo)很難。據(jù)預(yù)測(cè),世界鋼產(chǎn)量及對(duì)煉鋼金屬料需求量如表2。表2世界鋼產(chǎn)量及對(duì)煉鋼金屬料需求量(萬(wàn)t/a項(xiàng)目2000年2005年鋼產(chǎn)量7740080000(1電爐鋼2550028000(2轉(zhuǎn)爐及平爐鋼5190052000煉鋼金屬料需量9070094900(1鐵水4210042000(2廢鋼4480047900其中:(1回爐廢鋼(2加工廢鋼(3舊廢鋼(4廢鋼代用品1150093002400038001

11、08009800273005000隨著世界鋼鐵積蓄量的增加,社會(huì)可利用舊廢鋼將越來(lái)越多,2000年時(shí)世界廢鋼供應(yīng)可能不會(huì)太緊張,但各大州、各地區(qū)是不平衡的。而廢鋼的質(zhì)量是不能保證的,通常是每況愈下。日本三菱公司1995年預(yù)測(cè),東亞煉鋼原料到2000年可能短1000萬(wàn)t,通過(guò)供應(yīng)直接還原鐵可得到緩解,但不可避免仍有400萬(wàn)t 的煉鋼原料缺口。因此未來(lái)幾年,亞洲優(yōu)質(zhì)廢鋼可能奇缺,將出現(xiàn)廢鋼爭(zhēng)奪戰(zhàn)。四川省的鋼產(chǎn)量達(dá)600萬(wàn)t/a,其中長(zhǎng)特、成都無(wú)縫兩家企業(yè)的電爐鋼產(chǎn)量將超過(guò)100萬(wàn)t/a,長(zhǎng)特正在籌建90t大電爐。預(yù)計(jì)到2000年,四川省需要廢鋼475萬(wàn)t/a,而回收廢鋼僅357萬(wàn)t/a,尚缺口120萬(wàn)t/a。由于省內(nèi)尚無(wú)直接還原鐵產(chǎn)品,成都無(wú)縫鋼管廠90t大電爐正從馬來(lái)西亞進(jìn)口直接還原鐵試用。因此,從總的看,今后國(guó)內(nèi)外直接還原鐵消耗量的增長(zhǎng),以及直接還原鐵工業(yè)生產(chǎn)向前發(fā)展,是一個(gè)很好的機(jī)遇,產(chǎn)品的銷售有廣闊的市場(chǎng)。(上接第58頁(yè)c.加入HCl浸泡前石墨中的水份應(yīng)盡量少,以免造成HCl濃度降低,使氫氧化物不能完全轉(zhuǎn)化成可溶性的氯化物。d.生產(chǎn)1t產(chǎn)品耗30%的工業(yè)液體N