Was ist gereinigter Graphit?

In der Materialwissenschaft wird Graphit aufgrund seiner einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften häufig verwendet, von Bleistiftminen bis hin zu High-Tech-Produkten. Es gibt jedoch viele Verunreinigungen in natürlichem Graphit, die die Leistung ernsthaft beeinträchtigen. Gereinigter Graphit ist zum Schlüssel geworden, der ihm zu einem größeren Wert verhelfen und die Entwicklung der Technologie fördern kann.

Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Graphit

Physikalische Methode

Flotationsverfahren:

Die Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Oberfläche von Graphit und Verunreinigungen. Insbesondere die unterschiedliche Benetzbarkeit. Die natürliche Hydrophobie von Graphit ist gut, während die Verunreinigungsminerale hydrophil sind. Das Graphiterz wird gemahlen und mit Wasser zu einem Brei vermischt, dem dann ein Sammler und ein Schaumbildner zugesetzt werden. Der Kollektor macht den Graphit hydrophober und lässt ihn leichter an den Blasen haften. Der Schaumbildner erzeugt stabile Blasen. Durch die Luft, die in den Brei gelangt, schwimmt der Graphit mit den Blasen auf und bildet eine Schaumschicht. Die Verunreinigungen verbleiben am Boden, um eine Trennung zu erreichen.

Das Verfahren ist einfach, kostengünstig und für die großtechnische Aufbereitung von Graphiterz geeignet. Aber es ist schwierig, feinkörnige Verunreinigungen zu entfernen, die Reinigungswirkung ist begrenzt. Im Allgemeinen kann die Reinheit von Graphit nur auf 80%-90% erhöht werden.

Hochtemperatur-Sublimationsverfahren:

Verwendung von Graphit und Verunreinigungen Sublimationstemperatur ist anders Reinigung. Der Schmelzpunkt von Graphit ist so hoch wie 3652℃, ist es schwierig, unter atmosphärischem Druck zu schmelzen. Unter hoher Temperatur Vakuumliegt die Temperatur über 2700℃. Verunreinigungen wie Silizium, Aluminium und Eisen werden bevorzugt sublimiert, und Graphit bleibt im Wesentlichen fest. Geben Sie den Graphit in einen speziellen Hochtemperaturofen. Bei 10^–3 -10^–5 Pa Hochvakuumtemperatur zu 2800-3000 ℃, Verunreinigungen sublimieren, nachdem sie durch Vakuumpumpe extrahiert. Dies kann mehr als 99,99% Reinheit von Graphit zu erhalten. Die Ausrüstung ist jedoch teuer, der Energieverbrauch ist hoch und der Produktionsumfang ist begrenzt.

Chemische Methode

Alkali-Säure-Methode:

In der Regel mit chemischen Reinigungsverfahren, Reaktion mit Alkali und Säure zu konvertieren Verunreinigungen in lösliche Stoffe zu entfernen. Zunächst mischen Graphit und Natriumhydroxid im Verhältnis, rösten sie bei 500-700 ℃. Verunreinigungen wie Kieselsäure und Tonerde reagieren zu Natriumsilikat und Natriummetaaluminat. Die gerösteten Produkte wurden in Wasser getaucht und gefiltert, um lösliches Salz zu entfernen. Dann werden dem Filterrückstand Salzsäure, Eisen, Kalzium und andere Metallverunreinigungen hinzugefügt, um lösliches Chlorid zu erzeugen. Nach der Filtration wird gereinigter Graphit gewaschen. Das Verfahren ist ausgereift, die Ausrüstung ist einfach, die Reinigungswirkung ist gut, kann die Reinheit von Graphit auf 95%-99% erhöhen. Aber es wird eine Menge von Abwasser Rückstand produzieren, die Verschmutzung der Umwelt.

Flusssäure-Methode:

Die Verwendung von Fluorwasserstoffsäure und die Reinigung von Verunreinigungen. Flusssäure reagiert mit Verunreinigungen wie Siliziumdioxid und bildet flüchtiges Siliziumtetrafluoridgas. Der Graphit wird im richtigen Verhältnis mit Flusssäure gemischt, reagiert bei der richtigen Temperatur, wird gefiltert und anschließend gewaschen, um hochreinen Graphit zu erhalten. Auf diese Weise kann die Reinheit des Graphits auf mehr als 99% erhöht werden. Allerdings ist Flusssäure hochgradig ätzend und giftig und stellt hohe Sicherheitsanforderungen an Ausrüstung und Personal. Außerdem ist es schwierig, fluorhaltige Abwässer zu behandeln, und die Kosten für den Umweltschutz sind hoch.

Charakterisierung der Leistung von gereinigtem Graphit

Reinheitsprüfung bedeutet

Chemische Analyse:

Mit Instrumenten zur quantitativen Analyse von Graphit Verunreinigungen Elemente, um die Reinheit zu bestimmen. Wie ICP-MS kann gleichzeitig messen eine Vielzahl von Spurenelementen, ultra-hohe Empfindlichkeit, kann sehr niedrigen Gehalt an Verunreinigungen zu erkennen. Die AAS konzentriert sich hauptsächlich auf Metallverunreinigungen, indem sie die Probe zerstäubt und den Grad der Lichtabsorption misst. Die Verunreinigungskonzentration wird genau berechnet, und dann wird die Reinheit von Graphit erhalten.

Methode zur Bestimmung der Asche:

Die Graphitprobe wird bei 950-1000 ℃ verbrannt, um das Gewicht, die flüchtigen organischen Stoffe usw. konstant zu halten. Der verbleibende Asche-Massenanteil kann indirekt die Reinheit des Graphits widerspiegeln. Das Verfahren ist einfach, aber es kann nur der Gesamtgehalt an Verunreinigungen bestimmt werden. Und die spezifischen Verunreinigungsarten können nicht definiert werden.

Beobachtung des Mikrogefüges

Rasterelektronenmikroskop (SEM)

Wird zur Beobachtung der mikroskopischen Situation von Graphit verwendet, wodurch die Schichtstruktur, die Kristallmorphologie und die Verteilung von Verunreinigungen deutlich sichtbar gemacht werden können. Bei hoher Auflösung kann man sogar mikroskopische Merkmale wie Kristalldefekte erkennen. Es hilft uns, die Eigenschaften von Graphit und die Auswirkungen der Reinigung auf seine Struktur zu verstehen.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) :

Ermöglicht die eingehende Untersuchung der Graphitmikrostruktur, z. B. der Gitterstruktur. Es durchdringt dünne Proben und nutzt Elektronenbeugung und bildgebende Verfahren, um die atomare Anordnung aufzudecken. Hilft bei der Untersuchung von Veränderungen der Kristallstruktur von Graphit während der Reinigung.

Leistungstest

Prüfung der Leitfähigkeit:

Die Leitfähigkeit von Graphit selbst ist gut, und nach der Reinigung ist sie noch besser. Die Vier-Sonden-Methode wird üblicherweise zur Messung des elektrischen Widerstands und zur Berechnung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet, die der Schlüssel zur Messung ist. In Lithium-Ionen-Batterien kann eine Graphitanode mit hoher Leitfähigkeit die Effizienz des Auf- und Entladens der Batterie verbessern.

Prüfung der thermischen Stabilität:

Die thermische Stabilität ist für Graphit bei Hochtemperaturanwendungen entscheidend. Die Massen- und Wärmeänderungen wurden mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) bzw. Differentialscanningkalorimetrie (DSC) analysiert. Zur Bewertung der Leistungsstabilität von Graphit bei verschiedenen Temperaturen.

Anwendungen von gereinigtem Graphit

Lithium-Ionen-Batterien

In Lithium-Ionen-Batterien ist Graphit ein gängiges Anode Material. Gereinigter Graphit hat eine höhere theoretische spezifische Kapazität und eine bessere Zyklenstabilität, die die Behinderung der Lithium-Ionen-Aktivitäten durch Verunreinigungen verringern kann. Es kann den Innenwiderstand verringern, die Energiedichte der Batterie, die Lade- und Entladeeffizienz und die Leistung verbessern und die Zykluslebensdauer verlängern. Und es kann die Nachfrage nach Hochleistungsbatterien für Elektrofahrzeuge erfüllen.

Herstellung von Halbleitern

Die Halbleiterherstellung erfordert eine sehr hohe Materialreinheit. Sie können den gereinigten Graphit in Produktionsanlagen verwenden Graphit-BooteVorrichtungen und andere Komponenten. Aufgrund seines sehr geringen Gehalts an Verunreinigungen kann es die Verschmutzung von Halbleitergeräten vermeiden. Seine hohe Reinheit und thermische Stabilität können die Anforderungen an Hochtemperatur- und Hochpräzisionsprozesse erfüllen. Um die qualitativ hochwertige Produktion von Halbleitergeräten zu gewährleisten.

Nuklearindustrie

In der Nuklearindustrie wird Graphit als Neutronenmoderator und Reflexionsmaterial verwendet. Gereinigter Graphit hat eine gute Neutronenbremswirkung und eine hohe chemische Stabilität. Er kann die Geschwindigkeit und die Verteilung der Neutronen wirksam steuern und die Einmischung von Verunreinigungen in die Kernreaktionen verringern. Es verbessert die Reaktorsicherheit und die Betriebseffizienz und ist von großer Bedeutung für moderne Kernreaktoren.

Hochwertige Schmierstoffe

Graphit hat eine gute Schmierleistung und ist ein wichtiger Rohstoff für hochwertige Schmiermittel. Schmierstoffe aus gereinigtem Graphit können auch unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und Hochvakuum eine hervorragende Schmierleistung erbringen. Sie erfüllen die anspruchsvollen Anforderungen von Geräten in der Luft- und Raumfahrt und verringern den Verschleiß von Komponenten.

Schlussfolgerung

Gereinigter Graphit kann Verunreinigungen wirksam entfernen und die Leistung verbessern. Die verschiedenen Reinigungsmethoden haben Vor- und Nachteile, die umfassend berücksichtigt werden sollten. Es hat einen großen Anwendungswert in vielen Bereichen und fördert die industrielle Entwicklung. In Zukunft werden effizientere, umweltfreundlichere und kostengünstigere Reinigungstechnologien entwickelt und angewandt werden.