정제 흑연이란 무엇인가요?

재료 과학 분야에서 흑연은 연필심부터 하이테크 제품에 이르기까지 독특한 물리적, 화학적 특성으로 널리 사용됩니다. 하지만 천연 흑연에는 불순물이 많아 성능에 심각한 영향을 미칩니다. 그리고 정제된 흑연이 핵심이 되어 더 큰 가치를 발휘하고 기술 개발을 촉진할 수 있습니다.

정제 흑연의 제조 방법

물리적 방법

부양 방법:

흑연과 불순물 표면의 물리적 특성의 차이에 따라 분리가 이루어집니다. 특히 다른 습윤성. 흑연의 자연적인 소수성은 양호하고 불순물 미네랄은 친수성입니다. 흑연 광석을 분쇄하고 물과 혼합하여 펄프를 형성하고 수집기와 발포제를 첨가합니다. 수집기는 흑연을 소수성으로 만들어 기포에 더 쉽게 달라붙게 합니다. 발포제는 안정적인 거품을 생성합니다. 공기를 통해 펄프에 도달한 흑연은 거품과 함께 떠오르며 거품 층을 형성합니다. 그리고 불순물은 바닥에 남아 분리가 이루어집니다.

이 공정은 간단하고 비용이 저렴하며 흑연 광석의 대규모 처리에 적합합니다. 그러나 세립 불순물을 제거하기 어렵고 정화 효과가 제한적입니다. 일반적으로 흑연의 순도를 80%-90%까지만 높일 수 있습니다.

고온 승화 방식:

흑연과 불순물 승화 온도의 사용은 다른 정제입니다. 흑연의 녹는점은 3652 ℃로 높으며 대기압 하에서 녹기가 어렵습니다. 고온에서 진공온도는 2700℃ 이상입니다. 실리콘, 알루미늄 및 철과 같은 불순물은 우선적으로 승화되고 흑연은 기본적으로 고체로 유지됩니다. 흑연을 특수 고온 용광로에 넣습니다. 10에서^–3 -10^–5 2800-3000 ℃의 Pa 고진공 온도, 불순물은 진공 펌프에 의해 추출 된 후 승화됩니다. 이렇게 하면 순도 99.99% 이상의 흑연을 얻을 수 있습니다. 그러나 장비가 비싸고 에너지 소비량이 많으며 생산 규모가 제한적입니다.

화학적 방법

알칼리성 방법:

일반적으로 화학적 정제 방법을 사용하여 알칼리 및 산과 반응하여 불순물을 가용성 물질로 전환하여 제거합니다. 먼저 흑연과 수산화 나트륨을 비율에 따라 혼합하고 500-700 ℃에서 로스팅합니다. 그리고 실리카 및 알루미나와 같은 불순물이 반응하여 규산 나트륨과 메타 알루미네이트 나트륨을 생성합니다. 볶은 제품을 물에 담그고 여과하여 수용성 염분을 제거합니다. 그런 다음 필터 잔류물, 철, 칼슘 및 기타 금속 불순물에 염산을 첨가하여 용해성 염화물을 생성합니다. 여과 후 정제된 흑연을 세척합니다. 공정이 성숙하고 장비가 간단하며 정화 효과가 좋으며 흑연의 순도를 95%-99%로 높일 수 있습니다. 그러나 많은 폐수 폐기물 잔류 물을 생성하여 환경을 오염시킵니다.

불산 방식:

불산 사용 및 불순물 정화. 불산은 이산화규소와 같은 불순물과 반응하여 휘발성 사불화 규소 가스를 형성합니다. 흑연에 불산을 비율에 따라 혼합하고 적절한 온도에서 반응시킨 후 여과 및 세척하여 고순도 흑연을 얻습니다. 이렇게 하면 흑연의 순도를 99% 이상으로 높일 수 있습니다. 그러나 불산은 부식성과 독성이 강하고 장비와 인력에 대한 안전 요구 사항이 높습니다. 또한 불소 함유 폐수를 처리하기 어렵고 환경 보호 비용이 높습니다.

정제 흑연 성능 특성 분석

순도 테스트 수단

화학 분석:

장비를 사용하여 흑연 불순물 원소를 정량적으로 분석하여 순도를 결정합니다. ICP-MS가 다양한 미량 원소를 동시에 측정할 수 있는 것처럼 초고감도로 매우 낮은 함량의 불순물도 검출할 수 있습니다. AAS는 주로 시료를 분무하고 빛의 흡수 정도를 측정하여 금속 불순물에 초점을 맞춥니다. 불순물 농도를 정확하게 계산한 다음 흑연의 순도를 얻습니다.

회분 측정 방법:

흑연 샘플은 950-1000℃에서 일정한 무게, 휘발성 유기물 등으로 연소됩니다. 남은 회분은 흑연의 순도를 간접적으로 반영할 수 있습니다. 작업은 간단하지만 총 불순물 함량 만 알 수 있습니다. 그리고 특정 불순물 유형은 정의 할 수 없습니다.

미세 구조 관찰

주사 전자 현미경(SEM)

흑연의 미세한 상황을 관찰하는 데 사용되며, 층 구조, 결정 형태 및 불순물 분포를 명확하게 보여줄 수 있습니다. 고해상도에서는 결정 결함과 같은 미세한 특징까지 볼 수 있습니다. 흑연의 특성과 정제가 구조에 미치는 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.

투과 전자 현미경(TEM) :

격자 구조와 같은 흑연 미세 구조를 심층적으로 연구할 수 있습니다. 얇은 시료를 투과하고 전자 회절 및 이미징 기술을 사용하여 원자 배열을 밝힙니다. 정제 중 흑연 결정 구조의 변화를 연구하는 데 도움이 됩니다.

성능 테스트

전도도 테스트:

흑연 자체의 전도도가 좋으며 정제 후 더 좋습니다. 네 가지 프로브 방법은 일반적으로 전기 저항을 측정하고 전기 전도도를 계산하는 데 사용되며, 이는 측정의 핵심입니다. 리튬 이온 배터리에서 전도도가 높은 흑연 양극은 배터리 충전 및 방전 효율을 향상시킬 수 있습니다.

열 안정성 테스트:

고온 애플리케이션에서 흑연은 열 안정성이 매우 중요합니다. 질량 및 열 변화는 각각 열무게 분석(TGA)과 시차 주사 열량 측정(DSC)으로 분석했습니다. 다양한 온도에서 흑연의 성능 안정성을 평가하기 위해서입니다.

정제된 흑연 애플리케이션

리튬 이온 배터리

리튬 이온 배터리에서 흑연은 일반적으로 양극 소재를 사용합니다. 정제된 흑연은 이론적 비용량이 높고 사이클 안정성이 우수하여 리튬 이온 활동에 대한 불순물의 방해를 줄일 수 있습니다. 내부 저항을 줄이고 배터리 에너지 밀도, 충전 및 방전 효율 및 속도 성능을 개선하며 사이클 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 전기 자동차와 같은 고성능 배터리에 대한 수요를 충족시킬 수 있습니다.

반도체 제조

반도체 제조에는 매우 높은 재료 순도가 필요합니다. 정제된 흑연을 생산 장비에 사용할 수 있습니다. 흑연 보트, 고정 장치 및 기타 구성 요소에 사용됩니다. 불순물 함량이 매우 낮기 때문에 반도체 장치의 오염을 방지할 수 있습니다. 고순도 및 열 안정성은 고온, 고정밀 공정 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 반도체 장치의 고품질 생산을 보장합니다.

원자력 산업

원자력 산업에서 흑연은 중성자 중재자 및 반사 재료로 사용됩니다. 정제된 흑연 중성자 감속 성능이 우수하고 화학적 안정성이 강합니다. 중성자의 속도와 분포를 효과적으로 제어하고 핵 반응에 대한 불순물의 간섭을 줄일 수 있습니다. 원자로 안전과 운영 효율을 향상시키고 첨단 원자로에서 큰 의미가 있습니다.

고급 윤활 재료

흑연은 윤활 성능이 우수하며 고급 윤활 재료의 중요한 원료입니다. 정제된 흑연으로 만든 윤활 재료는 고온, 고압, 고진공과 같은 극한 조건에서도 우수한 윤활 성능을 유지할 수 있습니다. 항공우주 분야 장비의 까다로운 요구 사항을 충족하고 부품 마모를 줄일 수 있습니다.

결론

정제된 흑연은 불순물을 효과적으로 제거하고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 그리고 다양한 정제 방법에는 장단점이 있으므로 종합적으로 고려해야 합니다. 그것은 많은 분야에서 큰 응용 가치를 가지고 있으며 산업 발전을 촉진합니다. 앞으로 더 효율적이고 환경 친화적이며 저렴한 정제 기술이 개발되고 적용될 것입니다.