Як зробити графітовий порошок?

Завдяки електропровідності, змащувальній здатності та стійкості до високих температур графітовий порошок широко використовується в таких галузях, як акумуляторні батареї. Процес його виготовлення варіюється залежно від сировини, що втілює в собі матеріальні та промислові технологічні інновації. Він включає очищення природного графіту, синтез і перетворення штучного графіту та підготовку нового нанорозмірного графіту.

Сировина для виробництва графітового порошку

Природний графіт

Природний графіт Існує у мінеральній формі в таких геологічних структурах, як гнейс і сланець. Розповсюдження його ресурсів є регіональним, і відповідно до його кристалічної форми, його можна класифікувати як:

Пластівчастий графіт

Кристали розташовані шарами, а їхній діаметр коливається від кількох мікрометрів до кількох міліметрів. Завдяки високій чистоті та хорошій електропровідності, його можна використовувати як анодний матеріал для високоякісних акумуляторів та гнучких електронних матеріалів.

Землистий графіт

Кристалічна структура невпорядкована, що також відомо як "криптокристалічний графіт". Вам потрібно підвищити його продуктивність шляхом глибокого очищення. І він широко використовується у вогнетривких матеріалах, ливарних покриттях та інших сферах.

Сировина для штучного графіту

Основною сировиною для штучного графіту є вуглецевмісні тверді речовини, як правило, включаючи:

Кокс нафтовий

Це побічний продукт нафтопереробки, вміст вуглецю в якому перевищує 90%. Після прожарювання він стає прекурсором графітизації і є основною сировиною для негативного електроду літієвих батарей.

Асфальт

Він поділяється на кам'яновугільний пек і нафтовий пек, які використовуються як в'яжучі речовини та джерела вуглецю. Вони карбонізуються при високих температурах, утворюючи графітову шарувату структуру.

Кока-кола.

Це продукт сухої перегонки вугілля, з низькою вартістю, але більшою кількістю домішок. Він підходить для сценаріїв середнього та низького класу, таких як вогнетривкі матеріали.

Сажа

Ви можете використовувати його як допоміжний матеріал у деяких спеціальних процесах для регулювання структури пор.

Процес виробництва природного графітового порошку

Первинна обробка

Дроблення та подрібнення

Ви повинні подрібнити природну графітову руду до міліметрового рівня за допомогою такого обладнання, як щокові дробарки та конусні дробарки. А потім подрібнити до мікронних частинок за допомогою кульових млинів, млинів Раймонда тощо. Під час процесу подрібнення потрібно контролювати розподіл частинок за розміром, щоб уникнути пошкодження кристалічної структури, спричиненого надмірним подрібненням.

Класифікація та скринінг

Класифікуйте частинки за розміром за допомогою такого обладнання, як вібросита та класифікатори повітряного потоку. І поверніть грубі частинки на повторне подрібнення, тоді як дрібні частинки потрапляють у процес очищення. Метод класифікації повітря дозволяє точно контролювати розмір частинок в діапазоні від 1 до 100 мкм, що відповідає вимогам різних застосувань.

Очищення Лікування

Метод флотації

Цей метод використовує різницю в гідрофобності графіту та гідрофільності мінералів, що входять до складу шламу. Спочатку додають збирачі, такі як гас і скипидар, а також піноутворювачі. Потім за допомогою флотаційної машини частинки графіту прилипають до бульбашок повітря і спливають вгору. Таким чином досягається відділення від домішок, таких як кварц і польовий шпат, і чистота може досягати 85%-95%.

Лужно-кислотний метод

Плавлення лугом

Ви повинні змішати графіт і гідроксид натрію у відповідній пропорції і розплавити їх при температурі 500-700℃. Після цього домішки (такі як SiO2) перетворюються на розчинні силікати.

Підкислення

Після охолодження додайте соляну або сірчану кислоту, щоб розчинити силікат. Після промивання і сушіння чистота може досягати понад 98%, що використовується для матеріалів для акумуляторів середнього і високого класу.

Високотемпературний метод

Помістіть графітовий порошок в піч з інертною атмосферою при високій температурі 2500-3000℃. Під час цього процесу домішки (такі як бор і алюміній) випаровуються в газоподібній формі, з чистотою понад 99,9%. Ви можете використовувати його у високотехнологічних галузях, таких як напівпровідники та ядерна промисловість, але споживання енергії є відносно високим.

Попередня обробка сировини

Розрахунок нафтового коксу

Як основна сировина для штучного графітового порошку, сирий кокс містить вуглеводневі сполуки та вологу, яку потрібно прожарити. Ви повинні помістити його в резервуарну піч для прожарювання або обертову піч при температурі 1200-1400 ℃, щоб летючі компоненти могли вийти. Цей процес може збільшити вміст вуглецю, підвищити щільність, міцність та електропровідність, а також зменшити кількість домішок.

Замішування асфальту

Після прожарювання потрібно змішати нафтовий кокс з кам'яновугільним пеком у пропорції. Потім помістити суміш у потужний міксер, перемішати і замісити при певній температурі, щоб утворилася суміш з хорошою пластичністю. Її в'язкість і пластичність точно контролюються, що може відповідати вимогам процесу формування.

Формування та термообробка

Процес формування

Існує три найпоширеніші методи: екструзійне формування, компресійне формування та ізостатичне пресування. Екструзійне формування видавлює заготовку через матрицю, що підходить для безперервного виробництва. Компресійне формування передбачає застосування тиску в прес-формі для формування виробів, таких як циліндри та листи. Ізостатичне пресування - це процес ізотропного стиснення під високим тиском для збільшення щільності, який використовується для виготовлення виробів з високими експлуатаційними характеристиками.

Процес карбонізації

Повільно нагрівайте в інертному газі до 800-1200 ℃, щоб карбонізувати зв'язуючу речовину і сформувати початкову вуглецеву структуру. Потім органічна речовина розкладається з утворенням вуглецю і летких газів, формуючи пористу структуру, яка впливає на характеристики кінцевого продукту.

Процес графітування

При високих температурах 2000-3000 ℃ аморфний вуглець у карбонізованому зеленому тілі перегруповується в кристали графіту з гексагональною решіткою. Це значно покращує ключові властивості, такі як електропровідність, змащувальні властивості та стійкість до високих температур.

Постобробка

Дроблення та подрібнення

Графітові блоки подрібнювали за допомогою такого обладнання, як кульові млини, вібраційні млини та струменеві млини для отримання різних розмірів частинок.

Сортування та пакування

Класифікуйте подрібнений графітовий порошок і виробляйте різні продукти відповідно до специфікацій розміру частинок. Після проходження перевірки якості його упаковують у поліетиленові ткані пакети, паперові пакети або герметичні барабани. Це гарантує, що транспортування та зберігання не будуть забруднені.

Нова технологія приготування графітового порошку

Приготування нанографітового порошку

5.1.1 Хімічне осадження з газової фази

Метод CVD використовує метан та інші газоподібні джерела вуглецю для формування шарів нанографіту. Цей процес вимагає розкладання і осадження джерела вуглецю на підкладці при 800-1200℃ і під дією каталізатора. Продукт має високу чистоту, яка підходить для високотехнологічних електронних полів, але ефективність є низькою.

5.1.2 Метод рідинно-фазового пілінгу за допомогою ультразвуку

Він полягає в диспергуванні природного графіту в розчинниках, таких як NMP, руйнуванні міжшарових сил графіту і відшаровуванні для отримання нанопорошку. Процес простий і характеризується низьким споживанням енергії, що дозволяє здійснювати масове виробництво, придатне для сценаріїв з низькими вимогами до однорідності.

Виробництво композитного графітового порошку

Композитний процес з металами та полімерами

Металевий композит

Порошкова металургія змішаного спікання, тоді вона має мастило і міцність металу, що використовується для самозмащувальних компонентів.

З'єднання полімерів

При змішуванні графітового порошку з полімерами найчастіше використовуються методи змішування розчинів і розплавів. Він має електро- і теплопровідність, що використовується в промислових виробах, які проводять електрику і тепло.

Контроль якості та заходи з охорони навколишнього середовища в процесі виробництва

Перевірка якості

Кінцевий готовий продукт повинен бути перевірений на такі властивості, як розмір частинок, чистота та електропровідність. А дефекти зовнішнього вигляду повинні бути проаналізовані за допомогою приладів, щоб переконатися, що готовий продукт відповідає стандартам.

Охорона навколишнього середовища Обробка

Після виготовлення графітового порошку необхідно провести екологічну обробку, щоб запобігти забрудненню повітря, води тощо. Наприклад, ви можете нейтралізувати, відстоювати та фільтрувати стічні води для їх очищення. А пил і шкідливі гази видаляти за допомогою рукавних фільтрів, електрофільтрів і скруберів, щоб зменшити вплив на навколишнє середовище.

Висновок

Виробництво графітового порошку вимагає вибору процесів на основі характеристик сировини. Природний графіт фокусується на очищенні, штучний - на графітизації, а нові технології просувають нанорозмірні та композитні процеси. При цьому потрібно враховувати як контроль якості, так і вимоги до захисту навколишнього середовища.