Что такое очищенный графит?

В области материаловедения графит широко используется благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам - от карандашных грифелей до высокотехнологичных изделий. Однако в природном графите много примесей, которые серьезно влияют на его характеристики. И очищенный графит стал ключом, который может помочь ему играть большую роль, способствовать развитию технологий.

Метод приготовления очищенного графита

Физический метод

Метод флотации:

Разделение достигается за счет разницы в физических свойствах поверхности графита и примесей. Особенно это касается разной смачиваемости. Природная гидрофобность графита хорошая, а минералы-примеси гидрофильны. Графитовая руда измельчается и смешивается с водой, образуя пульпу, в которую добавляются коллектор и пенообразующее вещество. Коллектор делает графит более гидрофобным и облегчает прилипание к пузырькам. Пенообразующее вещество создает стабильные пузырьки. Попадая в пульпу через воздух, графит всплывает вместе с пузырьками, образуя слой пены. А примеси остаются на дне, что позволяет достичь разделения.

Процесс прост, малозатратен, подходит для крупномасштабной обработки графитовой руды. Но трудно удалить мелкозернистые вкрапления примесей, эффект очистки ограничен. Как правило, можно повысить чистоту графита только до 80%-90%.

Метод высокотемпературной сублимации:

Использование графита и примесей сублимации температура очистки различна. Температура плавления графита достигает 3652℃, его трудно расплавить при атмосферном давлении. При высокой температуре вакуумТемпература выше 2700℃. Примеси, такие как кремний, алюминий и железо, преимущественно сублимируются, а графит в основном остается твердым. Поместите графит в специальную высокотемпературную печь. При температуре 10^–3 -10^–5 Па высокой температуре вакуума до 2800-3000 ℃, примеси сублимируются после извлечения вакуумным насосом. Таким образом можно получить графит чистотой более 99,99%. Однако оборудование стоит дорого, потребление энергии велико, а масштабы производства ограничены.

Химический метод

Щелочно-кислотный метод:

Обычно используется химический метод очистки, реакция со щелочью и кислотой для преобразования примесей в растворимые вещества для удаления. Во-первых, смешайте графит и гидроксид натрия в пропорции, обжарьте их при температуре 500-700 ℃. Примеси, такие как кремнезем и глинозем, вступают в реакцию с силикатом натрия и метаалюминатом натрия. Обжаренные продукты погружают в воду и фильтруют, чтобы удалить растворимую соль. Затем к остаткам фильтра добавляют соляную кислоту, железо, кальций и другие металлические примеси для получения растворимого хлорида. После фильтрации промывают очищенный графит. Процесс зрелый, оборудование простое, эффект очистки хороший, может увеличить чистоту графита до 95%-99%. Но при этом образуется много остатков сточных вод, загрязняющих окружающую среду.

Метод фтористоводородной кислоты:

Использование фтористоводородной кислоты и очистка от примесей. Фтористоводородная кислота вступает в реакцию с такими примесями, как диоксид кремния, образуя летучий газ тетрафторид кремния. Графит смешивают с плавиковой кислотой в пропорции, проводят реакцию при соответствующей температуре, фильтруют и промывают по окончании, чтобы получить графит высокой чистоты. Это позволяет повысить чистоту графита до более чем 99%. Однако фтористоводородная кислота обладает высокой коррозионной активностью и токсичностью, предъявляет высокие требования к безопасности оборудования и персонала. Кроме того, трудно очищать фторсодержащие сточные воды, а затраты на охрану окружающей среды высоки.

Характеристика характеристик очищенного графита

Средства проверки чистоты

Химический анализ:

Использование приборов для количественного анализа примесей графита позволяет определить его чистоту. Например, ICP-MS может одновременно измерять множество микроэлементов, сверхвысокая чувствительность позволяет обнаружить очень низкое содержание примесей. AAS в основном ориентирован на металлические примеси, путем распыления образца и измерения степени поглощения света. Концентрация примесей точно рассчитывается, а затем определяется чистота графита.

Метод определения золы:

Образец графита сжигается при 950-1000 ℃ до постоянной массы, летучих органических веществ и т.д.. Оставшаяся массовая доля золы может косвенно отражать чистоту графита. Операция проста, но только общее содержание примесей может быть известно. И конкретные типы примесей не могут быть определены.

Наблюдение за микроструктурой

Сканирующий электронный микроскоп (SEM)

Используется для наблюдения микроскопической ситуации графита, которая может четко показать слоистую структуру, морфологию кристаллов и распределение примесей. При высоком разрешении можно увидеть даже такие микроскопические особенности, как дефекты кристалла. Это помогает понять свойства графита и влияние очистки на его структуру.

Трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ) :

Позволяет глубоко изучить микроструктуру графита, например, структуру решетки. Он проникает в тонкие образцы и с помощью дифракции электронов и методов визуализации выявляет расположение атомов. Помогает изучить изменения в кристаллической структуре графита в процессе очистки.

Тест на производительность

Тест на проводимость:

Электропроводность графита сама по себе хороша, а после очистки она становится еще лучше. Для измерения электрического сопротивления и расчета электропроводности обычно используется метод четырех зондов, который является ключевым для измерения. В литий-ионных батареях графитовый анод с высокой проводимостью может повысить эффективность зарядки и разрядки батареи.

Испытание на термическую стабильность:

Термическая стабильность очень важна для графита в высокотемпературных приложениях. Изменения массы и тепла анализировались с помощью термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) соответственно. Для оценки стабильности характеристик графита при различных температурах.

Применение очищенного графита

Литий-ионные аккумуляторы

В литий-ионных аккумуляторах графит является распространенной анод материал. Очищенный графит имеет более высокую теоретическую удельную емкость и лучшую стабильность цикла, что может уменьшить препятствие примесей для литий-ионной активности. Он может снизить внутреннее сопротивление, улучшить энергетическую плотность батареи, эффективность заряда и разряда и скоростные характеристики, продлить срок службы. И это может удовлетворить спрос на высокопроизводительные батареи, например, для электромобилей.

Производство полупроводников

Производство полупроводников требует очень высокой чистоты материала. Вы можете использовать очищенный графит в производственном оборудовании графитовые лодки, крепежа и других компонентов. Благодаря очень низкому содержанию примесей, он может избежать загрязнения полупроводниковых приборов. Его высокая чистота и термическая стабильность могут соответствовать требованиям высокотемпературных и высокоточных процессов. Для обеспечения высококачественного производства полупроводниковых приборов.

Атомная промышленность

В атомной промышленности графит используется в качестве замедлителя нейтронов и отражающего материала. Очищенный графит обладает хорошими характеристиками замедления нейтронов, химической стабильностью. Он может эффективно контролировать скорость и распределение нейтронов, уменьшать влияние примесей на ядерные реакции. Он повышает безопасность и эффективность работы реактора и имеет большое значение для современных ядерных реакторов.

Высококачественные смазочные материалы

Графит обладает хорошими смазочными свойствами и является важным сырьем для производства высококачественных смазочных материалов. Смазочные материалы, изготовленные из очищенного графита, могут сохранять отличные смазочные характеристики в экстремальных условиях, таких как высокая температура, высокое давление и высокий вакуум. Он может удовлетворить требовательные потребности оборудования в аэрокосмической области, уменьшить износ компонентов.

Заключение

Очищенный графит может эффективно удалять примеси и улучшать эксплуатационные характеристики. При этом различные методы очистки имеют свои преимущества и недостатки, которые необходимо всесторонне учитывать. Он имеет большое прикладное значение во многих областях и способствует промышленному развитию. В будущем будут разработаны и применены более эффективные, экологически чистые и недорогие технологии очистки.