Πώς να φτιάξετε σκόνη γραφίτη;

Με την ηλεκτρική αγωγιμότητα, τη λίπανση και την αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, η σκόνη γραφίτη χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως οι μπαταρίες. Και η διαδικασία κατασκευής του ποικίλλει ανάλογα με τις πρώτες ύλες, η οποία ενσωματώνει την υλική και βιομηχανική τεχνολογική καινοτομία. Περιλαμβάνει τον καθαρισμό του φυσικού γραφίτη, τη σύνθεση και τη μετατροπή του τεχνητού γραφίτη και την παρασκευή νέου γραφίτη νανοκλίμακας.

Πρώτες ύλες για την κατασκευή σκόνης γραφίτη

Φυσικός γραφίτης

Φυσικός γραφίτης υπάρχει σε ορυκτή μορφή σε γεωλογικές δομές όπως ο γνεύσιος και ο σχιστόλιθος. Η κατανομή των αποθεμάτων του είναι περιφερειακή και ανάλογα με την κρυσταλλική του μορφή, μπορεί να ταξινομηθεί σε:

Νιφάδες γραφίτη

Οι κρύσταλλοι είναι τοποθετημένοι σε στρώματα και η διάμετρός τους κυμαίνεται από μερικά μικρόμετρα έως αρκετά χιλιοστά. Λόγω της υψηλής καθαρότητας και της καλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ως υλικό ανόδου για μπαταρίες υψηλής ποιότητας και εύκαμπτα ηλεκτρονικά υλικά.

Γήινος γραφίτης

Η κρυσταλλική δομή είναι ατακτοποιημένη, η οποία είναι επίσης γνωστή ως "κρυπτοκρυσταλλικός γραφίτης". Πρέπει να βελτιώσετε την απόδοσή του μέσω βαθύ καθαρισμού. Και χρησιμοποιείται ευρέως σε πυρίμαχα υλικά, επικαλύψεις χύτευσης και άλλους τομείς.

Πρώτες ύλες για τεχνητό γραφίτη

Η βασική πρώτη ύλη του τεχνητού γραφίτη είναι ένα στερεό που περιέχει άνθρακα και συνήθως περιλαμβάνει:

Κοκ από πετρέλαιο

Πρόκειται για υποπροϊόν της διύλισης πετρελαίου, του οποίου η περιεκτικότητα σε άνθρακα υπερβαίνει το 90%. Μετά την πύρωση, μετατρέπεται σε πρόδρομη ουσία γραφίτη και αποτελεί την κύρια πρώτη ύλη για το αρνητικό ηλεκτρόδιο των μπαταριών λιθίου.

Άσφαλτος

Διακρίνεται σε πίσσα πίσσας άνθρακα και πίσσα πετρελαίου, οι οποίες χρησιμοποιούνται ως συνδετικά υλικά και πηγές άνθρακα. Και ανθρακοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες για να σχηματίσουν μια δομή από στρώματα γραφίτη.

Coke

Είναι προϊόν ξηρής απόσταξης άνθρακα, με χαμηλό κόστος αλλά περισσότερες ακαθαρσίες. Και είναι κατάλληλο για σενάρια μεσαίου και χαμηλού επιπέδου, όπως τα πυρίμαχα υλικά.

Μαύρος άνθρακας

Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ως βοηθητικό υλικό σε ορισμένες ειδικές διεργασίες για τη ρύθμιση της δομής των πόρων.

Διαδικασία κατασκευής φυσικής σκόνης γραφίτη

Πρωτογενής επεξεργασία

Θραύση και άλεση

Θα πρέπει να θρυμματίσετε το φυσικό μετάλλευμα γραφίτη σε επίπεδο χιλιοστού χρησιμοποιώντας εξοπλισμό όπως σπαστήρες σιαγόνων και κωνικούς θραυστήρες. Και στη συνέχεια να το αλέσετε σε σωματίδια επιπέδου μικρομέτρων με σφαιρόμυλους, μύλους Raymond κ.λπ. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας άλεσης, πρέπει να ελέγχετε την κατανομή του μεγέθους των σωματιδίων για να αποφύγετε τη βλάβη της κρυσταλλικής δομής που προκαλείται από την υπερβολική άλεση.

Ταξινόμηση και διαλογή

Ταξινομήστε τα σωματίδια ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων χρησιμοποιώντας εξοπλισμό όπως δονητικά κόσκινα και ταξινομητές ροής αέρα. Και επιστρέφουν τα χονδροειδή σωματίδια για εκ νέου άλεση, ενώ τα λεπτόκοκκα σωματίδια εισέρχονται στη διαδικασία καθαρισμού. Η μέθοδος ταξινόμησης αέρα μπορεί να ελέγξει με ακρίβεια το μέγεθος των σωματιδίων στο εύρος από 1 έως 100μm, το οποίο ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις των διαφόρων εφαρμογών.

Επεξεργασία καθαρισμού

Μέθοδος επίπλευσης

Η μέθοδος αυτή εκμεταλλεύεται τη διαφορά στην υδροφοβικότητα μεταξύ του γραφίτη και την υδρόφιλη φύση των ορυκτών του αδρανούς υλικού. Πρώτα προστίθενται οι συλλέκτες, όπως η κηροζίνη και το τερεβινθέλαιο, καθώς και οι αφριστικοί παράγοντες. Στη συνέχεια, μέσω μιας μηχανής επίπλευσης, τα σωματίδια γραφίτη αναγκάζονται να προσκολληθούν σε φυσαλίδες αέρα και να επιπλεύσουν προς τα πάνω. Έτσι επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός από προσμίξεις όπως ο χαλαζίας και ο αστρίτης και η καθαρότητα μπορεί να φθάσει το 85%-95%.

Μέθοδος αλκαλίου-οξέος

Τήξη αλκαλίων

Θα πρέπει να αναμίξετε το γραφίτη και το υδροξείδιο του νατρίου σε αναλογία και να τα λιώσετε στους 500-700℃. Στη συνέχεια, οι προσμίξεις (όπως το SiO2) μετατρέπονται σε διαλυτά πυριτικά άλατα.

Οξίνιση

Μετά την ψύξη, προσθέστε υδροχλωρικό ή θειικό οξύ για να διαλύσετε το πυριτικό οξύ. Και μέσω πλύσης και ξήρανσης, η καθαρότητα μπορεί να φτάσει πάνω από 98%, που χρησιμοποιείται για υλικά μπαταριών μεσαίου και υψηλού επιπέδου.

Μέθοδος υψηλής θερμοκρασίας

Τοποθετήστε τη σκόνη γραφίτη σε κλίβανο αδρανούς ατμόσφαιρας σε υψηλή θερμοκρασία 2500-3000℃. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, οι προσμίξεις (όπως το βόριο και το αλουμίνιο) εξατμίζονται σε αέρια μορφή, με καθαρότητα πάνω από 99,9%. Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε σε τομείς υψηλών προδιαγραφών, όπως οι ημιαγωγοί και οι πυρηνικές βιομηχανίες, αλλά η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά υψηλή.

Προεπεξεργασία πρώτων υλών

Πυράκτωση του οπτάνθρακα πετρελαίου

Ως βασική πρώτη ύλη για τη σκόνη τεχνητού γραφίτη, το ακατέργαστο κοκ περιέχει ενώσεις υδρογονανθράκων και υγρασία, οι οποίες πρέπει να πυρωθούν. Θα πρέπει να το τοποθετήσετε σε κλίβανο πύρωσης με δεξαμενή ή περιστροφικό κλίβανο στους 1200-1400 ℃ για να επιτραπεί η διαφυγή των πτητικών συστατικών. Αυτή η διαδικασία μπορεί να αυξήσει την περιεκτικότητα σε άνθρακα, να βελτιώσει την πυκνότητα, την αντοχή και την ηλεκτρική αγωγιμότητα και να μειώσει τις ακαθαρσίες.

Ζύμωμα ασφάλτου

Μετά την πύρωση, πρέπει να αναμίξετε το πετρελαϊκό κοκ με πίσσα πίσσας άνθρακα σε αναλογία. Στη συνέχεια, τοποθετήστε το μείγμα σε ένα ισχυρό ζυμωτήριο και ανακατέψτε και ζυμώστε το σε συγκεκριμένη θερμοκρασία για να σχηματίσετε ένα μείγμα με καλή πλαστικότητα. Το ιξώδες και η πλαστικότητα του ελέγχονται με ακρίβεια, γεγονός που μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της διαδικασίας χύτευσης.

Διαμόρφωση και θερμική επεξεργασία

Διαδικασία διαμόρφωσης

Υπάρχουν τρεις κοινές μέθοδοι: χύτευση με εξώθηση, χύτευση με συμπίεση και ισοστατική συμπίεση. Η χύτευση με εξώθηση εξωθεί το ακατέργαστο τεμάχιο μέσω μιας μήτρας, η οποία είναι κατάλληλη για συνεχή παραγωγή. Η χύτευση με συμπίεση περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης σε ένα καλούπι για να σχηματιστούν προϊόντα όπως κύλινδροι και φύλλα. Η ισοστατική συμπίεση είναι μια διαδικασία ισοτροπικής συμπίεσης υπό υψηλή πίεση για την αύξηση της πυκνότητας, η οποία χρησιμοποιείται για προϊόντα υψηλής απόδοσης.

Διαδικασία ενανθράκωσης

Θερμαίνετε αργά σε αδρανές αέριο στους 800-1200 ℃ για να απανθρακοποιηθεί το συνδετικό υλικό και να σχηματιστεί μια αρχική δομή άνθρακα. Στη συνέχεια, η οργανική ύλη αποσυντίθεται για την παραγωγή άνθρακα και πτητικών αερίων, σχηματίζοντας μια δομή πόρων, η οποία επηρεάζει την απόδοση του τελικού προϊόντος.

Διαδικασία γραφιτοποίησης

Σε υψηλές θερμοκρασίες 2000-3000℃, ο άμορφος άνθρακας στο ανθρακούχο πράσινο σώμα αναδιατάσσεται σε κρυστάλλους γραφίτη εξαγωνικού πλέγματος. Αυτό βελτιώνει σημαντικά βασικές ιδιότητες όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η λιπαντικότητα και η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες.

Μετα-επεξεργασία

Θραύση και άλεση

Τα μπλοκ γραφίτη θρυμματίστηκαν με τη χρήση εξοπλισμού όπως σφαιρόμυλοι, μύλοι δόνησης και μύλοι εκτόξευσης για να ληφθούν διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων.

Ταξινόμηση και συσκευασία

Ταξινόμηση της θρυμματισμένης σκόνης γραφίτη και παραγωγή διαφορετικών προϊόντων σύμφωνα με τις προδιαγραφές μεγέθους σωματιδίων. Αφού περάσει τον ποιοτικό έλεγχο, συσκευάζεται σε πλαστικούς υφασμάτινους σάκους, χάρτινους σάκους ή σφραγισμένα βαρέλια. Εξασφαλίζει ότι η μεταφορά και η αποθήκευση δεν μολύνονται.

Νέα τεχνολογία παρασκευής σκόνης γραφίτη

Παρασκευή σκόνης νανο-γραφίτη

5.1.1 Χημική εναπόθεση ατμών

Η μέθοδος CVD χρησιμοποιεί μεθάνιο και άλλες αέριες πηγές άνθρακα για να σχηματίσει στρώματα νανογραφίτη. Η διαδικασία αυτή απαιτεί την αποσύνθεση και την εναπόθεση της πηγής άνθρακα στο υπόστρωμα σε θερμοκρασία 800-1200℃ και υπό τη δράση ενός καταλύτη. Το προϊόν έχει υψηλή καθαρότητα, η οποία είναι κατάλληλη για τον ηλεκτρονικό τομέα υψηλών προδιαγραφών, αλλά η απόδοση είναι χαμηλή.

5.1.2 Μέθοδος απολέπισης υγρής φάσης με τη βοήθεια υπερήχων

Πρόκειται για τη διασπορά του φυσικού γραφίτη σε διαλύτες όπως το NMP, τη διάσπαση των δυνάμεων μεταξύ των στρώσεων του γραφίτη και την αποκόλληση για να ληφθεί νανοσκόνη. Η διαδικασία είναι απλή και διαθέτει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, επιτρέποντας τη μαζική παραγωγή, κατάλληλη για σενάρια με χαμηλές απαιτήσεις ομοιομορφίας.

Κατασκευή σύνθετης σκόνης γραφίτη

Διεργασία σύνθετων υλικών με μέταλλα και πολυμερή

Σύνθετο μέταλλο

Η μεταλλουργία σκόνης αναμειγνύεται με πυροσυσσωμάτωση, τότε έχει τη λίπανση και τη δύναμη του μετάλλου, η οποία χρησιμοποιείται για αυτολιπαινόμενα εξαρτήματα.

Σύνθεση πολυμερών

Όταν η σκόνη γραφίτη αναμιγνύεται με πολυμερή, οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι περιλαμβάνουν την ανάμειξη διαλύματος και την ανάμειξη τήγματος. Έχει ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, η οποία χρησιμοποιείται σε βιομηχανικά προϊόντα που αγωγιμοποιούν τον ηλεκτρισμό και τη θερμότητα.

Μέτρα ελέγχου ποιότητας και προστασίας του περιβάλλοντος κατά τη διαδικασία παραγωγής

Επιθεώρηση ποιότητας

Το τελικό τελικό προϊόν πρέπει να ελεγχθεί ως προς τις ιδιότητες όπως το μέγεθος των σωματιδίων, η καθαρότητα και η ηλεκτρική αγωγιμότητα. Και τα ελαττώματα εμφάνισης πρέπει να αναλύονται με όργανα για να διασφαλιστεί ότι το τελικό προϊόν πληροί τα πρότυπα.

Επεξεργασία προστασίας του περιβάλλοντος

Μετά την κατασκευή σκόνης γραφίτη, πρέπει να πραγματοποιήσετε επεξεργασία για την προστασία του περιβάλλοντος για την πρόληψη της ρύπανσης του αέρα, της ρύπανσης του νερού κ.λπ. Για παράδειγμα, μπορείτε να εξουδετερώσετε, να κατακάτσετε και να φιλτράρετε τα λύματα για να τα καθαρίσετε. Και να απομακρύνετε τη σκόνη και τα επιβλαβή αέρια χρησιμοποιώντας σακκόφιλτρα, ηλεκτροστατικά φίλτρα και καθαριστήρες για να μειώσετε τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Συμπέρασμα

Η παραγωγή σκόνης γραφίτη απαιτεί την επιλογή διεργασιών με βάση τα χαρακτηριστικά των πρώτων υλών. Ο φυσικός γραφίτης επικεντρώνεται στον καθαρισμό, ο τεχνητός γραφίτης δίνει έμφαση στη γραφιτοποίηση, ενώ οι νέες τεχνολογίες προωθούν τις διεργασίες νανοκλίμακας και τις σύνθετες διεργασίες. Εν τω μεταξύ, πρέπει να λαμβάνετε υπόψη τόσο τον ποιοτικό έλεγχο όσο και τις απαιτήσεις προστασίας του περιβάλλοντος.