Как сделать графитовый порошок?

Обладая электропроводностью, смазкой и устойчивостью к высоким температурам, графитовый порошок широко используется в таких областях, как аккумуляторы. А процесс его производства зависит от сырья, что воплощает в себе материальные и промышленные технологические инновации. Он включает в себя очистку природного графита, синтез и преобразование искусственного графита, а также получение нового наноразмерного графита.

Сырье для производства графитового порошка

Натуральный графит

Натуральный графит Существует в минеральной форме в геологических структурах, таких как гнейс и сланцы. Распределение его ресурсов региональное, и в зависимости от кристаллической формы он может быть классифицирован как:

Чешуйчатый графит

Кристаллы расположены слоями, а их диаметр варьируется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Благодаря высокой чистоте и хорошей электропроводности его можно использовать в качестве анодного материала для высокотехнологичных аккумуляторов и гибких электронных материалов.

Земляной графит

Кристаллическая структура неупорядочена, что также известно как "криптокристаллический графит". Для повышения его эффективности необходимо провести глубокую очистку. Он широко используется в огнеупорных материалах, литейных покрытиях и других областях.

Сырье для искусственного графита

Основным сырьем для искусственного графита является углеродсодержащее твердое вещество, обычно включающее:

Нефтяной кокс

Это побочный продукт нефтепереработки, содержание углерода в котором превышает 90%. После прокаливания он становится прекурсором графитизации и является основным сырьем для отрицательного электрода литиевых батарей.

Асфальт

Она подразделяется на каменноугольную смолу и нефтяную смолу, которые используются в качестве связующих и источников углерода. Они подвергаются карбонизации при высоких температурах, в результате чего образуется слоистая структура графита.

Кола

Это продукт сухой перегонки угля, имеющий низкую стоимость, но содержащий больше примесей. Он подходит для сценариев среднего и низкого уровня, таких как огнеупорные материалы.

Углеродная сажа

Вы можете использовать его в качестве вспомогательного материала в некоторых специальных процессах для регулирования структуры пор.

Процесс производства натурального графитового порошка

Первичная обработка

Дробление и измельчение

Вы должны измельчить природную графитовую руду до миллиметрового уровня с помощью такого оборудования, как щековые и конусные дробилки. А затем измельчить ее до микронных частиц с помощью шаровых мельниц, мельниц Raymond и т.д. В процессе измельчения необходимо контролировать распределение частиц по размерам, чтобы избежать повреждения кристаллической структуры в результате переизмельчения.

Классификация и скрининг

Классифицируйте частицы по размеру с помощью такого оборудования, как вибросито и классификаторы воздушного потока. Крупные частицы возвращаются на повторное измельчение, а мелкие попадают в процесс очистки. Метод воздушной классификации позволяет точно контролировать размер частиц в диапазоне от 1 до 100 мкм, что отвечает требованиям различных областей применения.

Очистка Обработка

Метод флотации

Этот метод использует разницу в гидрофобности графита и гидрофильности минералов полей. Сначала добавляют собиратели, такие как керосин и скипидарное масло, а также пенообразователи. Затем с помощью флотационной машины частицы графита прилипают к пузырькам воздуха и всплывают. Таким образом достигается отделение от примесей, таких как кварц и полевой шпат, а чистота может достигать 85%-95%.

Щелочно-кислотный метод

Плавление щелочи

Необходимо смешать графит и гидроксид натрия в пропорции и расплавить их при температуре 500-700℃. После этого примеси (такие как SiO2) превращаются в растворимые силикаты.

Закисление

После охлаждения добавьте соляную или серную кислоту, чтобы растворить силикат. После промывки и сушки чистота может достигать более 98%, что позволяет использовать его для производства батарей среднего и высокого класса.

Высокотемпературный метод

Поместите графитовый порошок в печь с инертной атмосферой при высокой температуре 2500-3000℃. Во время этого процесса примеси (такие как бор и алюминий) улетучиваются в газообразной форме, а чистота составляет более 99,9%. Его можно использовать в таких высокотехнологичных областях, как полупроводники и атомная промышленность, но потребление энергии относительно высокое.

Предварительная обработка сырья

Кальцинирование нефтяного кокса

Как ключевое сырье для искусственного графитового порошка, сырой кокс содержит углеводородные соединения и влагу, которые необходимо прокалить. Для этого его следует поместить в печь для прокаливания или вращающуюся печь при температуре 1200-1400℃, чтобы летучие компоненты улетучились. Этот процесс позволяет увеличить содержание углерода, повысить плотность, прочность и электропроводность, а также уменьшить количество примесей.

Разминание асфальта

После прокаливания необходимо смешать нефтяной кокс с каменноугольной смолой в пропорции. Затем смесь помещают в мощный тестомес, перемешивают и разминают при определенной температуре, чтобы получить смесь с хорошей пластичностью. Ее вязкость и пластичность точно контролируются, что позволяет удовлетворить требования процесса формовки.

Формовка и термическая обработка

Процесс формовки

Существует три распространенных метода: экструзионное формование, компрессионное формование и изостатическое прессование. При экструзионном формовании заготовка выдавливается через фильеру, что подходит для непрерывного производства. Компрессионное формование предполагает применение давления в пресс-форме для формирования таких изделий, как цилиндры и листы. Изостатическое прессование - это процесс изотропного сжатия под высоким давлением для повышения плотности, который используется для производства высокоэффективных изделий.

Процесс карбонизации

Медленно нагревайте в инертном газе до 800-1200℃, чтобы карбонизировать связующее вещество и сформировать начальную углеродную структуру. Затем органические вещества разлагаются с выделением углерода и летучих газов, образуя поровую структуру, которая влияет на характеристики конечного продукта.

Процесс графитизации

При высоких температурах 2000-3000℃ аморфный углерод в карбонизированном зеленом теле перестраивается в кристаллы графита с гексагональной решеткой. Это значительно улучшает такие ключевые свойства, как электропроводность, смазывающая способность и устойчивость к высоким температурам.

Постобработка

Дробление и измельчение

Графитовые блоки измельчали с помощью таких устройств, как шаровые мельницы, вибрационные мельницы и струйные мельницы, чтобы получить частицы различных размеров.

Градация и упаковка

Классифицируйте измельченный графитовый порошок и производите различные продукты в соответствии со спецификациями размера частиц. После прохождения проверки качества он упаковывается в пластиковые тканые мешки, бумажные пакеты или герметичные бочки. Это гарантирует, что транспортировка и хранение не будут загрязнены.

Новая технология получения графитового порошка

Приготовление порошка нанографита

5.1.1 Химическое осаждение из паровой фазы

Метод CVD использует метан и другие газообразные источники углерода для формирования нанографитовых слоев. Этот процесс требует разложения и осаждения источника углерода на подложку при температуре 800-1200℃ и под действием катализатора. Продукт обладает высокой чистотой, что подходит для высокотехнологичной электроники, но эффективность его низкая.

5.1.2 Метод жидкофазного отшелушивания с помощью ультразвука

Он заключается в диспергировании природного графита в растворителях, таких как NMP, разрушении межслойных связей графита и отслаивании с получением нанопорошка. Процесс прост и отличается низким энергопотреблением, что позволяет осуществлять массовое производство и подходит для сценариев с низкими требованиями к однородности.

Производство композитного графитового порошка

Композитный процесс с металлами и полимерами

Металлический композит

Порошковая металлургия смешанного спекания, затем он имеет смазку и прочность металла, который используется для самосмазывающихся компонентов.

Компаундирование полимеров

При соединении графитового порошка с полимерами обычно используются такие методы, как смешивание в растворе и расплаве. Он обладает электрической и тепловой проводимостью, что используется в промышленных изделиях, проводящих электричество и тепло.

Контроль качества и меры по охране окружающей среды в процессе производства

Проверка качества

Готовый продукт необходимо проверить на такие свойства, как размер частиц, чистота и электропроводность. А дефекты внешнего вида должны быть проанализированы с помощью приборов, чтобы убедиться, что готовый продукт соответствует стандартам.

Охрана окружающей среды

После производства графитового порошка необходимо провести экологическую обработку, чтобы предотвратить загрязнение воздуха, воды и т. д. Например, сточные воды можно нейтрализовать, отстаивать и фильтровать для их очистки. А также удалить пыль и вредные газы с помощью рукавных фильтров, электростатических фильтров и скрубберов, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду.

Заключение

Производство графитового порошка требует выбора процессов в зависимости от характеристик сырья. Природный графит фокусируется на очистке, искусственный графит - на графитизации, а новые технологии способствуют развитию наноразмерных и композитных процессов. При этом необходимо учитывать как контроль качества, так и требования по защите окружающей среды.