Hoe grafietpoeder maken?

Met zijn elektrische geleidbaarheid, smering en hoge temperatuurbestendigheid wordt grafietpoeder veel gebruikt op gebieden zoals batterijen. Het fabricageproces varieert afhankelijk van de grondstoffen, wat een materiële en industriële technologische innovatie inhoudt. Het omvat de zuivering van natuurlijk grafiet, de synthese en transformatie van kunstmatig grafiet en de bereiding van nieuw grafiet op nanoschaal.

Grondstoffen voor grafietpoederfabricage

Natuurlijk grafiet

Natuurlijk grafiet komt in minerale vorm voor in geologische structuren zoals gneis en schist. De verspreiding van de bronnen is regionaal en volgens de kristalvorm kan het worden geclassificeerd als:

Grafietschilfers

De kristallen zijn gerangschikt in lagen en hun diameters variëren van enkele micrometers tot enkele millimeters. Vanwege de hoge zuiverheid en goede elektrische geleidbaarheid kun je het gebruiken als anodemateriaal voor hoogwaardige batterijen en flexibele elektronische materialen.

Aards grafiet

De kristalstructuur is ongeordend, wat ook bekend staat als "cryptokristallijn grafiet". Je moet de prestaties verbeteren door diepe zuivering. En het wordt veel gebruikt in vuurvaste materialen, gietcoatings en andere gebieden.

Grondstoffen voor kunstmatig grafiet

De kerngrondstof van kunstmatig grafiet is een koolstofhoudende vaste stof, gewoonlijk inclusief:

Petroleumcoke

Dit is een bijproduct van aardolieraffinage, met een koolstofgehalte van meer dan 90%. Na calcinatie wordt het een grafietprecursor en is het de belangrijkste grondstof voor de negatieve elektrode van lithiumbatterijen.

Asfalt

Het wordt onderverdeeld in koolteerpek en aardoliepek, die worden gebruikt als bindmiddelen en koolstofbronnen. En ze worden bij hoge temperaturen verkoold om een gelaagde grafietstructuur te vormen.

Cola

Het is een product van droge destillatie van steenkool, met lage kosten maar meer onzuiverheden. En het is geschikt voor medium en low-end scenario's zoals vuurvaste materialen.

Koolstof zwart

Je kunt het gebruiken als hulpmateriaal in sommige speciale processen om de poriestructuur te reguleren.

Productieproces van natuurlijk grafietpoeder

Primaire verwerking

Pletten en malen

Je moet natuurlijk grafieterts tot op het millimeterniveau breken met apparatuur zoals kaakbrekers en kegelbrekers. Daarna maal je het tot deeltjes op microniveau met kogelmolens, Raymondmolens, enz. Tijdens het maalproces moet je de deeltjesgrootteverdeling controleren om schade aan de kristalstructuur door oververmaling te voorkomen.

Classificatie en screening

Classificeer de deeltjes op deeltjesgrootte met apparatuur zoals trilzeven en luchtstroomklassificeerders. En stuur de grove deeltjes terug om opnieuw te malen, terwijl de fijne deeltjes het zuiveringsproces ingaan. De luchtclassificatiemethode kan de deeltjesgrootte nauwkeurig regelen binnen een bereik van 1 tot 100 μm, wat voldoet aan de eisen van verschillende toepassingen.

Zuivering Behandeling

Flotatiemethode

Deze methode maakt gebruik van het verschil in hydrofobiciteit tussen grafiet en hydrofiliciteit van gangue mineralen. Eerst worden collectoren zoals kerosine en terpentijnolie en schuimmiddelen toegevoegd. Vervolgens worden grafietdeeltjes met behulp van een flotatiemachine aan luchtbellen vastgemaakt en naar boven gedreven. Zo wordt scheiding van onzuiverheden zoals kwarts en veldspaat bereikt en kan de zuiverheid 85%-95% bereiken.

Alkali-zuur methode

Smelten van alkali

Je moet het grafiet en natriumhydroxide in verhouding mengen en smelten bij 500-700℃. Daarna worden de onzuiverheden (zoals SiO2) worden omgezet in oplosbare silicaten.

Verzuring

Voeg na afkoeling zoutzuur of zwavelzuur toe om het silicaat op te lossen. En door wassen en drogen kan de zuiverheid meer dan 98% bereiken, gebruikt voor middelgrote en hoogwaardige batterijmaterialen.

Methode bij hoge temperatuur

Plaats het grafietpoeder in een oven onder inerte atmosfeer bij een hoge temperatuur van 2500-3000℃. Tijdens dit proces vervliegen onzuiverheden (zoals boor en aluminium) in gasvorm, met een zuiverheid van meer dan 99,9%. Je kunt het gebruiken op hoogwaardige gebieden zoals halfgeleiders en de nucleaire industrie, maar het energieverbruik is relatief hoog.

Voorbehandeling van grondstoffen

Branden van petroleumcoke

Als belangrijke grondstof voor kunstmatig grafietpoeder bevat ruwe coke koolwaterstofverbindingen en vocht, die gecalcineerd moeten worden. Je moet het in een calcinatieoven of roterende oven plaatsen bij 1200-1400℃ om de vluchtige componenten te laten ontsnappen. Dit proces kan het koolstofgehalte verhogen, de dichtheid, sterkte en elektrische geleidbaarheid verbeteren en onzuiverheden verminderen.

Asfalt kneden

Na het calcineren moet je de petroleumcoke evenredig mengen met koolteerpek. Doe het mengsel dan in een krachtige kneder en roer en kneed het bij een specifieke temperatuur om een mengsel met een goede plasticiteit te vormen. De viscositeit en plasticiteit worden nauwkeurig geregeld en kunnen voldoen aan de eisen van het vormproces.

Vormen en warmtebehandeling

Vervormingsproces

Er zijn drie veelgebruikte methoden: extrusievormen, persen en isostatisch persen. Extrusievormen extrudeert de vorm door een matrijs, wat geschikt is voor continue productie. Bij persen wordt druk uitgeoefend in een matrijs om producten zoals cilinders en platen te vormen. Isostatisch persen is een proces van isotrope compressie onder hoge druk om de dichtheid te verhogen, wat gebruikt wordt voor producten met hoge prestaties.

Carbonisatieproces

Verhit langzaam in een inert gas tot 800-1200℃ om het bindmiddel te carboniseren en een initiële koolstofstructuur te vormen. Daarna ontbindt het organisch materiaal om koolstof en vluchtige gassen te produceren en een poriënstructuur te vormen die de prestaties van het eindproduct beïnvloedt.

Grafitisatieproces

Bij hoge temperaturen van 2000-3000℃ wordt de amorfe koolstof in het gecarboniseerde groene lichaam herschikt in hexagonale grafietkristallen. Dit verbetert de belangrijkste eigenschappen zoals elektrische geleiding, smeerbaarheid en weerstand bij hoge temperaturen aanzienlijk.

Post-processing

Pletten en malen

Grafietblokken werden vermalen met apparatuur zoals kogelmolens, vibratiemolens en straalmolens om verschillende deeltjesgroottes te verkrijgen.

Sorteren en verpakken

Classificeer het gemalen grafietpoeder en produceer verschillende producten volgens de specificaties van de deeltjesgrootte. Na de kwaliteitsinspectie wordt het verpakt in plastic geweven zakken, papieren zakken of verzegelde vaten. Dit zorgt ervoor dat het transport en de opslag niet worden vervuild.

Nieuwe technologie voor het prepareren van grafietpoeder

Bereiding van nano-grafietpoeder

5.1.1 Chemische dampdepositie

De CVD-methode maakt gebruik van methaan en andere gasvormige koolstofbronnen om nanographietlagen te vormen. Dit proces vereist de ontleding en afzetting van de koolstofbron op het substraat bij 800-1200℃ en onder invloed van een katalysator. Het product heeft een hoge zuiverheid, die geschikt is voor het high-end elektronische gebied, maar het rendement is laag.

5.1.2 Ultrasoon-ondersteunde vloeibare-fase-exfoliatiemethode

Hierbij wordt natuurlijk grafiet gedispergeerd in oplosmiddelen zoals NMP, worden de tussenlaagse krachten van het grafiet verbroken en wordt het grafiet afgepeld om nanopoeder te verkrijgen. Het proces is eenvoudig en heeft een laag energieverbruik, waardoor massaproductie mogelijk is en het geschikt is voor scenario's met lage uniformiteitseisen.

Productie van samengesteld grafietpoeder

Composietproces met metalen en polymeren

Metalen composiet

Poedermetallurgie gemengd sinteren, dan heeft het de smering en metaalsterkte, die wordt gebruikt voor zelfsmerende componenten.

Samenstellen van polymeren

Wanneer grafietpoeder wordt samengesteld met polymeren, zijn de meest gebruikte methoden het mengen in oplossing en smelten. Het heeft een elektrisch en thermisch geleidingsvermogen, wat wordt gebruikt in industriële producten die elektriciteit en warmte geleiden.

Kwaliteitscontrole en milieubeschermende maatregelen in het productieproces

Kwaliteitsinspectie

Het uiteindelijke eindproduct moet getest worden op eigenschappen zoals deeltjesgrootte, zuiverheid en elektrische geleidbaarheid. En gebreken in het uiterlijk moeten worden geanalyseerd met instrumenten om er zeker van te zijn dat het eindproduct voldoet aan de normen.

Milieubescherming Behandeling

Na de productie van grafietpoeder moet je een milieubeschermende behandeling uitvoeren om luchtvervuiling, watervervuiling, enz. te voorkomen. Je kunt bijvoorbeeld het afvalwater neutraliseren, bezinken en filteren om het te zuiveren. En verwijder stof en schadelijke gassen met behulp van zakkenfilters, elektrostatische stofvangers en gaswassers om de impact op het milieu te verminderen.

Conclusie

De productie van grafietpoeder vereist de selectie van processen op basis van de eigenschappen van grondstoffen. Natuurlijk grafiet richt zich op zuivering, kunstmatig grafiet legt de nadruk op grafitisering en nieuwe technologieën bevorderen nanoschaal- en composietprocessen. Ondertussen moet je rekening houden met zowel kwaliteitscontrole als milieubeschermingseisen.