Qu'est-ce que le graphite purifié ?

Dans le domaine de la science des matériaux, le graphite est largement utilisé grâce à ses propriétés physiques et chimiques uniques, depuis les mines de crayon jusqu'aux produits de haute technologie. Cependant, le graphite naturel contient de nombreuses impuretés qui nuisent gravement à ses performances. Le graphite purifié est devenu la clé qui peut l'aider à jouer un rôle plus important et promouvoir le développement de la technologie.

Méthode de préparation du graphite purifié

Méthode physique

Méthode de flottation :

La séparation est réalisée sur la base de la différence des propriétés physiques de la surface du graphite et des impuretés. En particulier, les différences de mouillabilité. L'hydrophobie naturelle du graphite est bonne, et les minéraux d'impureté sont hydrophiles. Le minerai de graphite est broyé et mélangé à de l'eau pour former une pâte, puis un collecteur et un agent moussant sont ajoutés. Le collecteur rend le graphite plus hydrophobe et facilite son adhésion aux bulles. L'agent moussant produit des bulles stables. Par le biais de l'air dans la pâte, le graphite flotte avec les bulles pour former une couche de mousse. Les impuretés restent au fond pour assurer la séparation.

Le procédé est simple, peu coûteux et convient au traitement à grande échelle du minerai de graphite. Mais il est difficile d'éliminer les impuretés à grains fins, l'effet de purification est limité. En général, la pureté du graphite ne peut être augmentée que jusqu'à 80%-90%.

Méthode de sublimation à haute température :

Utilisation de graphite et impuretés température de sublimation est différente purification. Le point de fusion du graphite atteint 3652℃, il est difficile à fondre sous pression atmosphérique. Sous haute température videLa température est supérieure à 2700℃. Les impuretés telles que le silicium, l'aluminium et le fer sont préférentiellement sublimées, et le graphite reste essentiellement solide. Placer le graphite dans un four spécial à haute température. À 10^–3 -10^–5 Pa une température de vide élevée de 2800-3000 ℃, les impuretés se subliment après avoir été extraites par la pompe à vide. On peut ainsi obtenir un graphite d'une pureté supérieure à 99,99%. Cependant, l'équipement est coûteux, la consommation d'énergie est importante et l'échelle de production est limitée.

Méthode chimique

Méthode alcali-acide :

La méthode de purification chimique est couramment utilisée, la réaction avec l'alcali et l'acide pour convertir les impuretés en substances solubles à éliminer. Tout d'abord, le graphite et l'hydroxyde de sodium sont mélangés en proportion, puis grillés à 500-700 ℃. Les impuretés telles que la silice et l'alumine réagissent pour produire du silicate de sodium et du métaaluminate de sodium. Les produits torréfiés sont immergés dans l'eau et filtrés pour éliminer les sels solubles. Ensuite, on ajoute de l'acide chlorhydrique au résidu du filtre, au fer, au calcium et à d'autres impuretés métalliques pour produire du chlorure soluble. Après filtration, lavage du graphite purifié. Le processus est mature, l'équipement est simple, l'effet de purification est bon, il peut augmenter la pureté du graphite jusqu'à 95%-99%. Mais il produit beaucoup de résidus d'eaux usées, ce qui pollue l'environnement.

Méthode à l'acide fluorhydrique :

Utilisation de l'acide fluorhydrique et purification des impuretés. L'acide fluorhydrique réagit avec les impuretés telles que le dioxyde de silicium pour former du tétrafluorure de silicium gazeux et volatil. Le graphite est mélangé à l'acide fluorhydrique en proportion, réagit à la température appropriée, est filtré et lavé à la fin pour obtenir un graphite de grande pureté. Ce procédé permet d'augmenter la pureté du graphite à plus de 99%. Cependant, l'acide fluorhydrique est hautement corrosif et toxique, et les exigences en matière de sécurité pour l'équipement et le personnel sont élevées. En outre, il est difficile de traiter les eaux usées contenant du fluor et le coût de la protection de l'environnement est élevé.

Caractérisation des performances du graphite purifié

Le test de pureté signifie

Analyse chimique :

L'utilisation d'instruments pour analyser quantitativement les éléments d'impureté du graphite afin d'en déterminer la pureté. Comme l'ICP-MS, il est possible de mesurer simultanément une variété d'éléments traces, avec une sensibilité ultra-élevée, et de détecter de très faibles teneurs en impuretés. L'AAS se concentre principalement sur les impuretés métalliques, en atomisant l'échantillon et en mesurant le degré d'absorption de la lumière. La concentration des impuretés est calculée avec précision, puis la pureté du graphite est obtenue.

Méthode de détermination des cendres :

L'échantillon de graphite est brûlé à 950-1000 ℃ pour obtenir un poids constant, des matières organiques volatiles, etc. La fraction massique des cendres restantes peut refléter indirectement la pureté du graphite. L'opération est simple, mais seule la teneur totale en impuretés peut être connue. Les types d'impuretés spécifiques ne peuvent pas être définis.

Observation de la microstructure

Microscope électronique à balayage (MEB)

Utilisé pour observer la situation microscopique du graphite, qui peut clairement montrer la structure en couches, la morphologie des cristaux et la distribution des impuretés. À haute résolution, il est même possible de voir des caractéristiques microscopiques telles que des défauts cristallins. Elle nous aide à comprendre les propriétés du graphite et les effets de la purification sur sa structure.

Microscopie électronique à transmission (TEM) :

Permet une étude approfondie de la microstructure du graphite, telle que la structure du réseau. Elle pénètre dans des échantillons minces et utilise la diffraction des électrons et des techniques d'imagerie pour révéler les arrangements atomiques. Permet d'étudier les changements dans la structure cristalline du graphite au cours de la purification.

Test de performance

Test de conductivité :

La conductivité du graphite lui-même est bonne, et elle est encore meilleure après purification. La méthode des quatre sondes est couramment utilisée pour mesurer la résistance électrique et calculer la conductivité électrique, qui est la clé de la mesure. Dans les batteries lithium-ion, l'anode en graphite à haute conductivité peut améliorer l'efficacité de la charge et de la décharge de la batterie.

Test de stabilité thermique :

La stabilité thermique est essentielle pour le graphite dans les applications à haute température. Les changements de masse et de chaleur ont été analysés par analyse thermogravimétrique (TGA) et calorimétrie différentielle à balayage (DSC) respectivement. Pour évaluer la stabilité des performances du graphite à différentes températures.

Applications du graphite purifié

Batteries au lithium-ion

Dans les batteries lithium-ion, le graphite est un matériau commun. anode Le graphite purifié a une capacité spécifique théorique plus élevée et une meilleure stabilité de cycle. Le graphite purifié a une capacité spécifique théorique plus élevée et une meilleure stabilité de cycle, ce qui peut réduire l'obstruction des impuretés aux activités du lithium-ion. Il peut réduire la résistance interne, améliorer la densité énergétique de la batterie, l'efficacité de la charge et de la décharge et la performance du taux, et prolonger la durée de vie du cycle. Il peut également répondre à la demande de batteries à haute performance, notamment pour les véhicules électriques.

Fabrication de semi-conducteurs

La fabrication de semi-conducteurs exige une très grande pureté des matériaux. Le graphite purifié peut être utilisé dans les équipements de production. bateaux en graphiteIl peut également être utilisé pour la fabrication d'accessoires, d'appareils et d'autres composants. En raison de sa très faible teneur en impuretés, il peut éviter de polluer les dispositifs à semi-conducteur. Sa grande pureté et sa stabilité thermique permettent de répondre aux exigences des processus à haute température et à haute précision. Il garantit une production de haute qualité des dispositifs semi-conducteurs.

Industrie nucléaire

Dans l'industrie nucléaire, le graphite est utilisé comme modérateur de neutrons et matériau réfléchissant. Les performances de décélération des neutrons du graphite purifié sont bonnes, la stabilité chimique est forte. Il peut contrôler efficacement la vitesse et la distribution des neutrons, réduire l'interférence des impuretés sur les réactions nucléaires. Il améliore la sécurité du réacteur et l'efficacité de son fonctionnement, et revêt une grande importance pour les réacteurs nucléaires avancés.

Matériaux lubrifiants haut de gamme

Le graphite possède de bonnes performances en matière de lubrification et constitue une matière première importante pour les matériaux lubrifiants haut de gamme. Les matériaux lubrifiants fabriqués à partir de graphite purifié peuvent conserver d'excellentes performances de lubrification dans des conditions extrêmes telles que les hautes températures, les hautes pressions et le vide poussé. Ils peuvent répondre aux besoins exigeants des équipements dans le domaine aérospatial et réduire l'usure des composants.

Conclusion

Le graphite purifié peut éliminer efficacement les impuretés et améliorer les performances. Les différentes méthodes de purification présentent des avantages et des inconvénients qu'il convient d'examiner en détail. Le graphite purifié a une grande valeur d'application dans de nombreux domaines et favorise le développement industriel. À l'avenir, des technologies de purification plus efficaces, plus respectueuses de l'environnement et plus économiques seront développées et appliquées.