Wie stellt man Graphitpulver her?

Aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit, Schmierfähigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit wird Graphitpulver häufig in Bereichen wie Batterien eingesetzt. Das Herstellungsverfahren variiert je nach den Rohstoffen, was eine materielle und industrielle technologische Innovation darstellt. Es umfasst die Reinigung von natürlichem Graphit, die Synthese und Umwandlung von künstlichem Graphit und die Herstellung von neuem Graphit im Nanomaßstab.

Rohstoffe für die Herstellung von Graphitpulver

Natürlicher Graphit

Naturgraphit kommt in mineralischer Form in geologischen Strukturen wie Gneis und Schiefer vor. Die Verteilung seiner Vorkommen ist regional und kann je nach Kristallform in folgende Kategorien eingeteilt werden:

Flockengraphit

Die Kristalle sind in Schichten angeordnet und ihre Durchmesser reichen von einigen Mikrometern bis zu mehreren Millimetern. Aufgrund der hohen Reinheit und der guten elektrischen Leitfähigkeit kann es als Anodenmaterial für High-End-Batterien und flexible elektronische Materialien verwendet werden.

Erdiges Graphit

Die Kristallstruktur ist ungeordnet, was auch als "kryptokristalliner Graphit" bezeichnet wird. Sie müssen seine Leistung durch gründliche Reinigung verbessern. Und es ist weit verbreitet in feuerfesten Materialien, Gussbeschichtungen und anderen Bereichen verwendet.

Rohstoffe für künstlichen Graphit

Der Kernrohstoff von künstlichem Graphit ist ein kohlenstoffhaltiger Feststoff, der in der Regel aus Kohlenstoff besteht:

Petrolkoks

Es handelt sich um ein Nebenprodukt der Erdölraffination, dessen Kohlenstoffgehalt 90% übersteigt. Nach der Kalzinierung wird es zu einem Graphitierungsvorprodukt und ist der Hauptrohstoff für die negative Elektrode von Lithiumbatterien.

Asphalt

Es wird in Steinkohlenteerpech und Petroleumpech unterteilt, die als Bindemittel und Kohlenstoffquelle verwendet werden. Sie werden bei hohen Temperaturen verkohlt, um eine Graphit-Schichtstruktur zu bilden.

Koks

Es handelt sich um ein Produkt der trockenen Kohledestillation mit niedrigen Kosten, aber mehr Verunreinigungen. Und es ist geeignet für mittlere und niedrige Szenarien wie feuerfeste Materialien.

Ruß

Sie können es als Hilfsstoff in einigen speziellen Prozessen verwenden, um die Porenstruktur zu regulieren.

Herstellungsverfahren von Naturgraphitpulver

Primäre Verarbeitung

Zerkleinern und Mahlen

Sie sollten natürliches Graphiterz mit Geräten wie Backenbrechern und Kegelbrechern auf den Millimeter genau zerkleinern. Anschließend wird es in Kugelmühlen, Raymond-Mühlen usw. auf Mikron-Partikel zermahlen. Während des Mahlvorgangs müssen Sie die Partikelgrößenverteilung kontrollieren, um eine Beschädigung der Kristallstruktur durch Übermahlung zu vermeiden.

Klassifizierung und Screening

Klassifizierung der Partikel nach Partikelgröße mit Hilfe von Geräten wie Vibrationssieben und Luftstromsichtern. Die groben Partikel werden zum erneuten Mahlen zurückgeführt, während die feinen Partikel dem Reinigungsprozess zugeführt werden. Die Luftklassifizierungsmethode kann die Partikelgröße im Bereich von 1 bis 100 μm genau steuern, was den Anforderungen verschiedener Anwendungen entspricht.

Reinigung Behandlung

Flotationsverfahren

Bei dieser Methode wird der Unterschied in der Hydrophobie von Graphit und der Hydrophilie von Gangmineralien ausgenutzt. Zunächst werden Sammler wie Kerosin und Terpentinöl sowie Schaumbildner hinzugefügt. Dann werden die Graphitpartikel durch eine Flotationsmaschine dazu gebracht, an Luftblasen zu haften und aufzuschwimmen. So wird eine Trennung von Verunreinigungen wie Quarz und Feldspat erreicht und die Reinheit kann 85%-95% erreichen.

Alkali-Säure-Verfahren

Alkalischmelzen

Mischen Sie Graphit und Natriumhydroxid im richtigen Verhältnis und schmelzen Sie sie bei 500-700℃. Danach werden die Verunreinigungen (wie SiO2) werden in lösliche Silikate umgewandelt.

Versauerung

Nach dem Abkühlen wird Salzsäure oder Schwefelsäure hinzugefügt, um das Silikat aufzulösen. Durch Waschen und Trocknen kann die Reinheit über 98% erreicht werden, das für mittlere und hochwertige Batteriematerialien verwendet wird.

Hochtemperatur-Methode

Das Graphitpulver wird in einem Ofen mit Schutzgasatmosphäre bei einer hohen Temperatur von 2500-3000℃ gebrannt. Während dieses Prozesses verflüchtigen sich Verunreinigungen (wie Bor und Aluminium) in gasförmiger Form, mit einer Reinheit von über 99,9%. Es kann in High-End-Bereichen wie der Halbleiter- und Nuklearindustrie eingesetzt werden, der Energieverbrauch ist jedoch relativ hoch.

Vorbehandlung von Rohstoffen

Kalzinierung von Petrolkoks

Als wichtiger Rohstoff für künstliches Graphitpulver enthält der Rohkoks Kohlenwasserstoffverbindungen und Feuchtigkeit, die kalziniert werden müssen. Sie sollten ihn in einem Kesselkalzinierungsofen oder Drehrohrofen bei 1200-1400 °C kalzinieren, damit die flüchtigen Bestandteile entweichen können. Dieser Prozess kann den Kohlenstoffgehalt erhöhen, die Dichte, Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit verbessern und Verunreinigungen reduzieren.

Asphaltkneten

Nach dem Kalzinieren müssen Sie den Petrolkoks mit Steinkohlenteerpech im richtigen Verhältnis mischen. Anschließend wird das Gemisch in einen leistungsstarken Kneter gegeben und bei einer bestimmten Temperatur gerührt und geknetet, um eine Mischung mit guter Plastizität zu erhalten. Die Viskosität und die Plastizität des Gemischs werden genau kontrolliert, so dass es den Anforderungen des Formprozesses entspricht.

Umformung und Wärmebehandlung

Formungsprozess

Es gibt drei gängige Verfahren: Strangpressen, Formpressen und isostatisches Pressen. Beim Strangpressen wird der Rohling durch eine Düse gepresst, was für eine kontinuierliche Produktion geeignet ist. Beim Formpressen wird in einer Form Druck ausgeübt, um Produkte wie Zylinder und Platten zu formen. Isostatisches Pressen ist ein Verfahren der isotropen Kompression unter hohem Druck zur Erhöhung der Dichte, das für Hochleistungsprodukte verwendet wird.

Karbonisierungsprozess

Langsames Erhitzen in einem Inertgas auf 800-1200℃, um das Bindemittel zu verkohlen und eine erste Kohlenstoffstruktur zu bilden. Dann zersetzen sich die organischen Stoffe unter Bildung von Kohlenstoff und flüchtigen Gasen und bilden eine Porenstruktur, die die Leistungsfähigkeit des Endprodukts beeinträchtigt.

Graphitierungsverfahren

Bei hohen Temperaturen von 2000-3000 °C wird der amorphe Kohlenstoff in dem verkohlten Grünkörper in hexagonale Graphitkristalle umgewandelt. Dadurch werden wichtige Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Schmierfähigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit erheblich verbessert.

Nachbearbeitung

Zerkleinern und Mahlen

Graphitblöcke wurden mit Hilfe von Geräten wie Kugelmühlen, Vibrationsmühlen und Strahlmühlen zerkleinert, um verschiedene Partikelgrößen zu erhalten.

Einstufung und Verpackung

Klassifizierung des zerkleinerten Graphitpulvers und Herstellung verschiedener Produkte je nach den Spezifikationen für die Partikelgröße. Nach bestandener Qualitätsprüfung wird es in Kunststoffgewebesäcke, Papiersäcke oder versiegelte Fässer verpackt. So wird sichergestellt, dass Transport und Lagerung nicht kontaminiert werden.

Neue Technologie zur Herstellung von Graphitpulver

Herstellung von Nano-Graphit-Pulver

5.1.1 Chemische Gasphasenabscheidung

Bei der CVD-Methode werden Methan und andere gasförmige Kohlenstoffquellen zur Bildung von Nano-Graphitschichten verwendet. Dieses Verfahren erfordert die Zersetzung und Abscheidung der Kohlenstoffquelle auf dem Substrat bei 800-1200 °C und unter Einwirkung eines Katalysators. Das Produkt hat einen hohen Reinheitsgrad, der sich für den Einsatz in der Spitzenelektronik eignet, aber der Wirkungsgrad ist gering.

5.1.2 Ultraschall-unterstützte Flüssigphasen-Exfoliationsmethode

Dabei wird Naturgraphit in Lösemitteln wie NMP dispergiert, die Kräfte zwischen den Graphitschichten gebrochen und durch Abziehen ein Nanopulver gewonnen. Das Verfahren ist einfach und zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch aus, so dass eine Massenproduktion möglich ist, die sich für Szenarien mit geringen Anforderungen an die Einheitlichkeit eignet.

Herstellung von Graphitkompositpulver

Verbundverfahren mit Metallen und Polymeren

Metall-Verbundwerkstoff

Pulvermetallurgie gemischt Sinterung, dann hat es die Schmierung und Metall Stärke, die für selbstschmierende Komponenten verwendet wird.

Polymer-Compoundierung

Wenn Graphitpulver mit Polymeren gemischt wird, werden in der Regel Lösungs- und Schmelzmischungen verwendet. Graphit hat eine elektrische und thermische Leitfähigkeit, die in industriellen Produkten verwendet wird, die Strom und Wärme leiten.

Qualitätskontrolle und Umweltschutzmaßnahmen im Herstellungsprozess

Qualitätskontrolle

Das fertige Produkt muss auf Eigenschaften wie Partikelgröße, Reinheit und elektrische Leitfähigkeit geprüft werden. Auch optische Mängel sollten mit Instrumenten analysiert werden, um sicherzustellen, dass das Endprodukt den Normen entspricht.

Behandlung zum Schutz der Umwelt

Nach der Herstellung von Graphitpulver müssen Sie eine Umweltschutzbehandlung durchführen, um Luft- und Wasserverschmutzung usw. zu vermeiden. Zum Beispiel können Sie das Abwasser neutralisieren, absetzen und filtern, um es zu reinigen. Staub und schädliche Gase werden durch Schlauchfilter, elektrostatische Abscheider und Wäscher entfernt, um die Umweltbelastung zu verringern.

Schlussfolgerung

Die Herstellung von Graphitpulver erfordert die Auswahl von Verfahren, die auf den Eigenschaften der Rohstoffe basieren. Bei Naturgraphit liegt der Schwerpunkt auf der Reinigung, bei künstlichem Graphit auf der Graphitierung und bei den neuen Technologien werden Verfahren im Nanomaßstab und Verbundverfahren gefördert. Gleichzeitig müssen Sie sowohl die Qualitätskontrolle als auch die Anforderungen des Umweltschutzes berücksichtigen.