흑연 파우더는 어떻게 만드나요?

흑연 분말은 전기 전도성, 윤활성 및 고온 저항성을 가지고 있어 배터리와 같은 분야에서 널리 사용됩니다. 그리고 제조 공정은 원료에 따라 달라지며, 이는 재료 및 산업 기술 혁신을 구현합니다. 여기에는 천연 흑연의 정제, 인조 흑연의 합성 및 변형, 새로운 나노 크기의 흑연 제조가 포함됩니다.

흑연 분말 제조용 원료

천연 흑연

천연 흑연 편마암과 편암과 같은 지질 구조에 광물 형태로 존재합니다. 자원의 분포는 지역적이며 결정 형태에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다:

플레이크 흑연

결정은 층으로 배열되어 있으며 직경은 수 마이크로미터에서 수 밀리미터에 이릅니다. 순도가 높고 전기 전도성이 우수하기 때문에 고급 배터리 및 유연한 전자 재료의 음극 재료로 사용할 수 있습니다.

흙빛 흑연

결정 구조가 무질서하여 "암호 결정 흑연"이라고도 합니다. 심층 정제를 통해 성능을 향상시켜야 합니다. 그리고 내화 재료, 주조 코팅 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

인공 흑연 원료

인조 흑연의 핵심 원료는 일반적으로 탄소 함유 고체입니다:

석유 코크스

탄소 함량이 90%를 초과하는 석유 정제 부산물입니다. 소성 후 흑연화 전구체가 되어 리튬 배터리 음극의 주원료가 됩니다.

아스팔트

콜타르 피치와 석유 피치로 나뉘며, 바인더와 탄소원으로 사용됩니다. 그리고 고온에서 탄화되어 흑연 층 구조를 형성합니다.

Coke

석탄 건식 증류의 산물이며 비용은 저렴하지만 불순물이 더 많습니다. 또한 내화성 물질과 같은 중저가 시나리오에 적합합니다.

카본 블랙

기공 구조를 조절하기 위해 일부 특수 공정에서 보조 재료로 사용할 수 있습니다.

천연 흑연 분말의 제조 공정

기본 처리

분쇄 및 연삭

조 크러셔와 콘 크러셔와 같은 장비를 사용하여 천연 흑연 광석을 밀리미터 단위로 분쇄해야 합니다. 그런 다음 볼 밀, 레이몬드 밀 등을 사용하여 미크론 수준의 입자로 분쇄합니다. 분쇄 과정에서 과분쇄로 인한 결정 구조의 손상을 방지하기 위해 입자 크기 분포를 제어해야 합니다.

분류 및 심사

진동 스크린과 기류 분류기 등의 장비를 사용하여 입자 크기별로 입자를 분류합니다. 그리고 거친 입자는 재분쇄를 위해 회수하고 미세한 입자는 정화 공정으로 들어갑니다. 공기 분류 방법은 1~100μm 범위 내에서 입자 크기를 정밀하게 제어할 수 있어 다양한 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다.

정화 처리

부양 방법

이 방법은 흑연과 맥반석 광물의 소수성과 친수성의 차이를 이용합니다. 먼저 등유와 테레빈유와 같은 집진제와 발포제를 첨가합니다. 그런 다음 부양기를 통해 흑연 입자가 기포에 달라붙어 떠오르도록 만듭니다. 이렇게 해서 석영이나 장석과 같은 불순물을 분리하고 순도는 85%-95%에 도달할 수 있습니다.

알칼리성 산성 방법

알칼리 용해

흑연과 수산화나트륨을 비율에 맞게 혼합하고 500-700℃에서 녹여야 합니다. 그 후 불순물(예: SiO2)를 용해성 규산염으로 변환합니다.

산성화

냉각 후 염산 또는 황산을 첨가하여 규산염을 용해시킵니다. 그리고 세척과 건조를 통해 순도는 중급 및 고급 배터리 재료에 사용되는 98% 이상에 도달할 수 있습니다.

고온 방식

흑연 분말을 2500~3000℃의 고온 불활성 대기 용광로에 넣습니다. 이 과정에서 불순물(붕소, 알루미늄 등)이 기체 형태로 휘발되어 순도 99.9% 이상의 흑연이 만들어집니다. 반도체, 원자력 산업과 같은 첨단 분야에서 사용할 수 있지만 에너지 소비량이 상대적으로 높습니다.

원료 전처리

석유 코크스 소성

인조 흑연 분말의 주요 원료인 원료 코크스에는 탄화수소 화합물과 수분이 포함되어 있어 소성해야 합니다. 휘발성 성분이 빠져나갈 수 있도록 1200~1400℃의 탱크 소성로 또는 로터리 킬른에 넣어야 합니다. 이 과정을 통해 탄소 함량을 높이고 밀도, 강도 및 전기 전도도를 향상시키며 불순물을 줄일 수 있습니다.

아스팔트 반죽

소성 후에는 석유 코크스와 콜타르 피치를 비율에 따라 혼합해야 합니다. 그런 다음 혼합물을 강력한 반죽기에 넣고 특정 온도에서 저어 반죽하여 가소성이 좋은 혼합물을 형성합니다. 점도와 가소성이 정밀하게 제어되어 성형 공정의 요구 사항을 충족 할 수 있습니다.

성형 및 열처리

성형 프로세스

압출 성형, 압축 성형, 등방성 프레스의 세 가지 일반적인 방법이 있습니다. 압출 성형은 다이를 통해 블랭크를 압출하는 방식으로 연속 생산에 적합합니다. 압축 성형은 금형에 압력을 가하여 실린더 및 시트와 같은 제품을 성형하는 방식입니다. 등방성 프레스는 밀도를 높이기 위해 고압으로 등방성 압축하는 공정으로, 고성능 제품에 사용됩니다.

탄화 프로세스

불활성 가스에서 800~1200℃로 천천히 가열하여 바인더를 탄화시키고 초기 탄소 구조를 형성합니다. 그런 다음 유기물이 분해되어 탄소와 휘발성 가스를 생성하여 기공 구조를 형성하여 최종 제품의 성능에 영향을 미칩니다.

흑연화 프로세스

2000~3000℃의 고온에서 탄화된 녹색 몸체의 비정질 탄소는 육각형 격자 흑연 결정으로 재배열됩니다. 이를 통해 전기 전도성, 윤활성, 고온 저항성과 같은 주요 특성이 크게 향상됩니다.

후처리

분쇄 및 연삭

흑연 블록은 다양한 입자 크기를 얻기 위해 볼 밀, 진동 밀, 제트 밀과 같은 장비를 사용하여 분쇄했습니다.

채점 및 포장

분쇄된 흑연 분말을 분류하고 입자 크기 사양에 따라 다양한 제품을 생산합니다. 품질 검사를 통과한 후 비닐 마대, 종이 봉투 또는 밀봉된 드럼에 포장합니다. 이를 통해 운송 및 보관이 오염되지 않도록 합니다.

새로운 흑연 분말 제조 기술

나노 흑연 분말의 준비

5.1.1 화학 기상 증착

CVD 방식은 메탄 및 기타 기체 탄소원을 사용하여 나노 흑연 층을 형성합니다. 이 공정은 800~1200℃에서 촉매의 작용으로 기판 위에 탄소원을 분해하고 증착해야 합니다. 이 제품은 순도가 높아 하이엔드 전자 분야에 적합하지만 효율은 낮습니다.

5.1.2 초음파를 이용한 액상 각질 제거 방법

천연 흑연을 NMP와 같은 용매에 분산시켜 흑연의 층간 힘을 깨고 벗겨내어 나노 분말을 얻는 방식입니다. 이 공정은 간단하고 에너지 소비가 적어 대량 생산이 가능하므로 균일도가 낮은 시나리오에 적합합니다.

복합 흑연 분말 제조

금속 및 폴리머를 사용한 복합 공정

금속 복합재

분말 야금 혼합 소결은 자체 윤활 부품에 사용되는 윤활 및 금속 강도를 가지고 있습니다.

폴리머 컴파운딩

흑연 분말을 폴리머와 혼합할 때 일반적으로 사용되는 방법에는 용액 혼합과 용융 혼합이 있습니다. 흑연은 전기 및 열 전도성이 있어 전기와 열을 전도하는 산업용 제품에 사용됩니다.

제조 공정의 품질 관리 및 환경 보호 조치

품질 검사

최종 완제품은 입자 크기, 순도, 전기 전도도 등의 특성을 테스트해야 합니다. 또한 외관 결함을 기기로 분석하여 완제품이 표준을 충족하는지 확인해야 합니다.

환경 보호 처리

흑연 분말을 제조한 후에는 대기 오염, 수질 오염 등을 방지하기 위해 환경 보호 처리를 수행해야 합니다. 예를 들어 폐수를 중화, 침전, 여과하여 정화할 수 있습니다. 또한 백 필터, 전기 집진기, 스크러버를 사용하여 먼지와 유해 가스를 제거하여 환경에 미치는 영향을 줄이세요.

결론

흑연 분말을 생산하려면 원료의 특성에 따라 공정을 선택해야 합니다. 천연 흑연은 정제에 중점을 두고, 인조 흑연은 흑연화에 중점을 두며, 새로운 기술은 나노 스케일 및 복합 공정을 촉진합니다. 한편, 품질 관리와 환경 보호 요구 사항을 모두 고려해야 합니다.