Що таке очищений графіт?

У матеріалознавстві графіт широко використовується завдяки своїм унікальним фізичним і хімічним властивостям, від грифелів для олівців до високотехнологічних продуктів. Однак у природному графіті є багато домішок, які серйозно впливають на продуктивність. І саме очищений графіт став тим ключем, який може допомогти йому відігравати більшу роль, сприяти розвитку технологій.

Спосіб отримання очищеного графіту

Фізичний метод

Метод флотації:

Поділ досягається на основі різниці у фізичних властивостях поверхні графіту і домішок. Особливо на різній змочуваності. Природна гідрофобність графіту хороша, а домішкові мінерали гідрофільні. Графітову руду подрібнюють і змішують з водою до утворення пульпи, додають колектор і піноутворювач. Колектор робить графіт більш гідрофобним і легше прилипає до бульбашок. Піноутворювач утворює стійкі бульбашки. Через повітря до пульпи графіт спливає разом з бульбашками, утворюючи шар піни. А домішки залишаються на дні для досягнення сепарації.

Процес простий, недорогий, підходить для великомасштабної обробки графітової руди. Але важко видалити дрібнозернисті домішки, ефект очищення обмежений. Як правило, можна лише підвищити чистоту графіту до 80%-90%.

Метод високотемпературної сублімації:

Використання графіту і температури сублімації домішок - це різне очищення. Температура плавлення графіту досягає 3652 ℃, його важко розплавити при атмосферному тиску. При високій температурі вакуумтемпература перевищує 2700 ℃. Домішки, такі як кремній, алюміній і залізо, переважно сублімуються, а графіт в основному залишається твердим. Помістіть графіт у спеціальну високотемпературну піч. При 10^–3 -10^–5 Па високої температури вакууму до 2800-3000 ℃, домішки сублімують після вилучення вакуумним насосом. Це дозволяє отримати більш ніж 99,99% чистоти графіту. Однак обладнання дороге, споживання енергії велике, а масштаби виробництва обмежені.

Хімічний метод

Лужно-кислотний метод:

Зазвичай використовується метод хімічного очищення, реакція з лугом і кислотою для перетворення домішок у розчинні речовини для видалення. Спочатку змішайте графіт і гідроксид натрію в пропорції, обсмажте їх при 500-700 ℃. А домішки, такі як діоксид кремнію та глинозем, реагують з утворенням силікату натрію та метаалюмінату натрію. Обсмажені продукти занурюють у воду і фільтрують, щоб видалити розчинну сіль. Потім додають соляну кислоту до фільтраційного залишку, заліза, кальцію та інших металевих домішок, щоб отримати розчинний хлорид. Після фільтрації промивають очищений графіт. Процес зрілий, обладнання просте, ефект очищення хороший, може підвищити чистоту графіту до 95%-99%. Але це призведе до утворення великої кількості залишків стічних вод, що забруднюють навколишнє середовище.

Метод плавикової кислоти:

Використання плавикової кислоти та очищення від домішок. Фтористоводнева кислота реагує з домішками, такими як діоксид кремнію, утворюючи летючий газ тетрафторид кремнію. Графіт змішується з плавиковою кислотою у відповідній пропорції, реагує при відповідній температурі, фільтрується і промивається після закінчення для отримання графіту високої чистоти. Це може підвищити чистоту графіту до більш ніж 99%. Однак плавикова кислота дуже корозійна і токсична, має високі вимоги до безпеки обладнання та персоналу. Крім того, фторовмісні стічні води важко очищати, а витрати на охорону навколишнього середовища є високими.

Характеристика характеристик очищеного графіту

Засоби перевірки чистоти

Хімічний аналіз:

За допомогою приладів для кількісного аналізу графіту на домішкові елементи визначають чистоту. Як і ICP-MS, може одночасно вимірювати різноманітні мікроелементи, має надвисоку чутливість, може виявляти дуже низький вміст домішок. ААС в основному зосереджений на домішках металів, шляхом розпилення зразка і вимірювання ступеня поглинання світла. Концентрація домішок точно розраховується, а потім отримується чистота графіту.

Метод визначення золи:

Зразок графіту спалюють при 950-1000 ℃ до постійної маси, летких органічних речовин тощо. Масова частка золи, що залишилася, може опосередковано відображати чистоту графіту. Операція проста, але відомо лише загальний вміст домішок. А конкретні типи домішок визначити неможливо.

Спостереження за мікроструктурою

Растровий електронний мікроскоп (РЕМ)

Використовується для спостереження за мікроскопічною ситуацією графіту, яка може чітко показати шарувату структуру, морфологію кристалів і розподіл домішок. При високій роздільній здатності можна навіть побачити мікроскопічні особливості, такі як дефекти кристалів. Це допомагає нам зрозуміти властивості графіту та вплив очищення на його структуру.

Трансмісійна електронна мікроскопія (ТЕМ) :

Дозволяє поглиблено вивчати мікроструктуру графіту, зокрема структуру кристалічної решітки. Він проникає в тонкі зразки і використовує методи електронної дифракції та візуалізації для виявлення атомного розташування. Допомагає вивчати зміни в кристалічній структурі графіту під час очищення.

Тест продуктивності

Тест на провідність:

Провідність графіту сама по собі хороша, а після очищення вона стає ще кращою. Метод чотирьох зондів зазвичай використовується для вимірювання електричного опору і розрахунку електропровідності, що є ключовим для вимірювання. У літій-іонних акумуляторах графітовий анод з високою провідністю може підвищити ефективність зарядки і розрядки акумулятора.

Випробування на термостійкість:

Термічна стабільність є критично важливою для графіту в умовах високих температур. Масові та теплові зміни були проаналізовані за допомогою термогравіметричного аналізу (ТГА) та диференціальної скануючої калориметрії (ДСК) відповідно. Оцінити стабільність характеристик графіту при різних температурах.

Застосування очищеного графіту

Літій-іонні акумулятори

У літій-іонних акумуляторах графіт є поширеним анод матеріал. Очищений графіт має вищу теоретичну питому ємність і кращу стабільність циклу, що може зменшити перешкоди домішок для літій-іонної активності. Це може зменшити внутрішній опір, підвищити щільність енергії акумулятора, ефективність заряду і розряду, продуктивність, продовжити термін служби. І це може задовольнити попит на високопродуктивні акумулятори, такі як електромобілі.

Виробництво напівпровідників

Виробництво напівпровідників вимагає дуже високої чистоти матеріалу. Ви можете використовувати очищений графіт у виробничому обладнанні графітові човнидля виготовлення світильників та інших компонентів. Завдяки дуже низькому вмісту домішок, він дозволяє уникнути забруднення напівпровідникових пристроїв. Його висока чистота і термічна стабільність можуть задовольнити високі температурні та високоточні вимоги до процесу. Для забезпечення високоякісного виробництва напівпровідникових приладів.

Атомна промисловість

В атомній промисловості графіт використовується як сповільнювач нейтронів і відбивний матеріал. Очищений графіт має хороші показники уповільнення нейтронів, високу хімічну стабільність. Він може ефективно контролювати швидкість і розподіл нейтронів, зменшити вплив домішок на ядерні реакції. Це підвищує безпеку та ефективність роботи реактора і має велике значення в сучасних ядерних реакторах.

Високоякісні мастильні матеріали

Графіт має хороші змащувальні властивості і є важливою сировиною для високоякісних мастильних матеріалів. Мастильні матеріали, виготовлені з очищеного графіту, можуть підтримувати відмінні змащувальні характеристики в екстремальних умовах, таких як висока температура, високий тиск і високий вакуум. Це може задовольнити високі потреби обладнання в аерокосмічній галузі, зменшити знос компонентів.

Висновок

Очищений графіт може ефективно видаляти домішки та покращувати експлуатаційні характеристики. І різні методи очищення мають переваги та недоліки, які слід всебічно розглянути. Він має велике прикладне значення в багатьох галузях і сприяє промисловому розвитку. У майбутньому будуть розроблені та застосовані більш ефективні, екологічно чисті та недорогі технології очищення.