O que é grafite purificado?

No campo da ciência dos materiais, o grafite é amplamente utilizado com suas propriedades físicas e químicas exclusivas, desde pontas de lápis até produtos de alta tecnologia. Entretanto, há muitas impurezas no grafite natural, o que afeta seriamente o desempenho. E o grafite purificado se tornou a chave, o que pode ajudá-lo a desempenhar um valor maior e promover o desenvolvimento da tecnologia.

Método de preparação de grafite purificado

Método físico

Método de flotação:

A separação é obtida com base na diferença das propriedades físicas da superfície do grafite e das impurezas. Especialmente a diferente molhabilidade. A hidrofobicidade natural do grafite é boa, e os minerais de impureza são hidrofílicos. O minério de grafite é moído e misturado com água para formar uma polpa, e são adicionados um coletor e um agente espumante. O coletor torna o grafite mais hidrofóbico e mais fácil de aderir às bolhas. O agente espumante produz bolhas estáveis. Através do ar para a polpa, o grafite flutua com as bolhas para formar uma camada de espuma. E as impurezas permanecem no fundo para conseguir a separação.

O processo é simples, de baixo custo, adequado para o tratamento em larga escala de minério de grafite. Porém, é difícil remover impurezas de incrustação de granulação fina e o efeito de purificação é limitado. Em geral, só é possível aumentar a pureza do grafite para 80%-90%.

Método de sublimação de alta temperatura:

O uso de grafite e a temperatura de sublimação das impurezas são diferentes na purificação. O ponto de fusão do grafite chega a 3652 ℃ e é difícil derreter sob pressão atmosférica. Sob alta temperatura vácuoA temperatura está acima de 2700°C. As impurezas, como silício, alumínio e ferro, são preferencialmente sublimadas, e o grafite permanece basicamente sólido. Coloque o grafite em um forno especial de alta temperatura. A 10^–3 -10^–5 Pa alta temperatura de vácuo de 2800-3000 ℃, as impurezas sublimam após serem extraídas pela bomba de vácuo. Assim, é possível obter grafite com pureza superior a 99,99%. No entanto, o equipamento é caro, o consumo de energia é grande e a escala de produção é limitada.

Método químico

Método de ácido alcalino:

Geralmente, usa-se o método de purificação química, a reação com álcali e ácido para converter as impurezas em substâncias solúveis a serem removidas. Primeiro, misture grafite e hidróxido de sódio em proporção e asse-os a 500-700 ℃. E as impurezas, como sílica e alumina, reagem para produzir silicato de sódio e metaaluminato de sódio. Os produtos torrados foram imersos em água e filtrados para remover o sal solúvel. Em seguida, adiciona-se ácido clorídrico ao resíduo do filtro, ferro, cálcio e outras impurezas metálicas para produzir cloreto solúvel. Após a filtragem, o grafite purificado é lavado. O processo é maduro, o equipamento é simples, o efeito de purificação é bom e pode aumentar a pureza do grafite para 95%-99%. Mas produzirá muitos resíduos de águas residuais, poluindo o meio ambiente.

Método do ácido fluorídrico:

O uso do ácido fluorídrico e a purificação de impurezas. O ácido fluorídrico reage com impurezas, como o dióxido de silício, para formar o gás tetrafluoreto de silício volátil. O grafite é misturado com ácido fluorídrico em proporção, reage na temperatura adequada, é filtrado e lavado no final para obter grafite de alta pureza. Isso pode aumentar a pureza do grafite para mais de 99%. No entanto, o ácido fluorídrico é altamente corrosivo e tóxico, com altos requisitos de segurança para equipamentos e pessoal. Além disso, é difícil tratar águas residuais contendo flúor, e o custo de proteção ambiental é alto.

Caracterização do desempenho do grafite purificado

Teste de pureza significa

Análise química:

Usando instrumentos para analisar quantitativamente os elementos de impureza do grafite para determinar a pureza. Como o ICP-MS, é possível medir simultaneamente uma variedade de oligoelementos, com sensibilidade ultra-alta, e detectar um teor muito baixo de impurezas. A AAS se concentra principalmente em impurezas metálicas, atomizando a amostra e medindo o grau de absorção de luz. A concentração de impureza é calculada com precisão e, em seguida, a pureza do grafite é obtida.

Método de determinação de cinzas:

A amostra de grafite é queimada a 950-1000 ℃ para obter peso constante, matéria orgânica volátil, etc. A fração de massa de cinza restante pode refletir indiretamente a pureza do grafite. A operação é simples, mas somente o conteúdo total de impurezas pode ser conhecido. E os tipos específicos de impureza não podem ser definidos.

Observação da microestrutura

Microscópio eletrônico de varredura (SEM)

Usado para observar a situação microscópica do grafite, que pode mostrar claramente a estrutura em camadas, a morfologia do cristal e a distribuição de impurezas. Em alta resolução, é possível ver até mesmo características microscópicas, como defeitos de cristal. Isso nos ajuda a entender as propriedades do grafite e os efeitos da purificação em sua estrutura.

Microscopia eletrônica de transmissão (TEM) :

Permite o estudo aprofundado da microestrutura do grafite, como a estrutura da rede. Ele penetra em amostras finas e usa difração de elétrons e técnicas de imagem para revelar arranjos atômicos. Ajuda a estudar as alterações na estrutura cristalina do grafite durante a purificação.

Teste de desempenho

Teste de condutividade:

A condutividade do grafite em si é boa, e fica melhor após a purificação. O método de quatro sondas é comumente usado para medir a resistência elétrica e calcular a condutividade elétrica, que é a chave para a medição. Nas baterias de íons de lítio, o ânodo de grafite com alta condutividade pode melhorar a eficiência de carga e descarga da bateria.

Teste de estabilidade térmica:

A estabilidade térmica é fundamental para o grafite em aplicações de alta temperatura. As mudanças de massa e calor foram analisadas por análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria de varredura diferencial (DSC), respectivamente. Para avaliar a estabilidade do desempenho do grafite em diferentes temperaturas.

Aplicações de grafite purificado

Baterias de íons de lítio

Nas baterias de íons de lítio, o grafite é um elemento comum ânodo material. O grafite purificado tem maior capacidade específica teórica e melhor estabilidade de ciclo, o que pode reduzir a obstrução de impurezas às atividades de íons de lítio. Ele pode reduzir a resistência interna, melhorar a densidade de energia da bateria, a eficiência de carga e descarga e o desempenho da taxa, além de prolongar a vida útil do ciclo. Além disso, pode atender à demanda por baterias de alto desempenho, como as de veículos elétricos.

Fabricação de semicondutores

A fabricação de semicondutores exige uma pureza muito alta do material. Você pode usar o grafite purificado em equipamentos de produção barcos de grafitee outros componentes. Devido ao seu baixíssimo teor de impurezas, ele pode evitar a poluição dos dispositivos semicondutores. Sua alta pureza e estabilidade térmica podem atender aos requisitos de processos de alta temperatura e alta precisão. Para garantir a produção de dispositivos semicondutores de alta qualidade.

Setor nuclear

No setor nuclear, o grafite é usado como moderador de nêutrons e material reflexivo. O desempenho da desaceleração de nêutrons do grafite purificado é bom e a estabilidade química é forte. Ele pode controlar efetivamente a velocidade e a distribuição dos nêutrons e reduzir a interferência das impurezas nas reações nucleares. Ele melhora a segurança do reator e a eficiência da operação e é de grande importância em reatores nucleares avançados.

Materiais lubrificantes de alta qualidade

O grafite tem bom desempenho de lubrificação e é uma matéria-prima importante para materiais lubrificantes de alta qualidade. Os materiais de lubrificação feitos de grafite purificado podem manter um excelente desempenho de lubrificação em condições extremas, como alta temperatura, alta pressão e alto vácuo. Ele pode atender às necessidades exigentes de equipamentos no campo aeroespacial e reduzir o desgaste dos componentes.

Conclusão

O grafite purificado pode remover efetivamente as impurezas e melhorar o desempenho. E diferentes métodos de purificação têm vantagens e desvantagens, que devem ser consideradas de forma abrangente. Ele tem grande valor de aplicação em muitos campos e promove o desenvolvimento industrial. No futuro, serão desenvolvidas e aplicadas tecnologias de purificação mais eficientes, ecologicamente corretas e de baixo custo.