如何制作石墨粉？

石墨粉具有导电、润滑、耐高温等特性，被广泛应用于电池等领域。而石墨粉的生产工艺因原料不同而各异，体现了材料和工业技术的创新。它包括天然石墨的提纯、人造石墨的合成和转化以及新型纳米级石墨的制备。

生产石墨粉的原材料

天然石墨

天然石墨 以矿物形式存在于片麻岩和片岩等地质结构中。其资源的分布具有区域性，根据其晶体形态，可将其分为以下几类：

片状石墨

晶体呈层状排列，直径从几微米到几毫米不等。由于纯度高、导电性好，可用作高端电池和柔性电子材料的阳极材料。

土质石墨

其晶体结构是无序的，也被称为 "隐晶质石墨"。需要通过深度提纯来提高其性能。它被广泛应用于耐火材料、铸造涂层等领域。

人造石墨原材料

人造石墨的核心原材料是一种含碳固体，通常包括

石油焦

这是石油提炼的副产品，含碳量超过 90%。煅烧后成为石墨化前驱体，是锂电池负极的主要原材料。

沥青

它分为煤沥青和石油沥青，用作粘合剂和碳源。它们在高温下碳化，形成石墨层状结构。

可乐

它是煤干馏的产物，成本低，但杂质较多。适用于耐火材料等中低端用途。

碳黑

在某些特殊工艺中，可以将其用作调节孔隙结构的辅助材料。

天然石墨粉的生产工艺

初级加工

破碎和研磨

应使用颚式破碎机和圆锥破碎机等设备将天然石墨矿石破碎到毫米级。然后用球磨机、雷蒙磨等设备将其研磨成微米级的颗粒。在研磨过程中，需要控制粒度分布，以避免过度研磨对晶体结构造成破坏。

分类和筛选

使用振动筛和气流分级机等设备按颗粒大小进行分级。粗颗粒返回重新研磨，细颗粒进入净化流程。气流分级法可以将粒度精确控制在 1 到 100μm 的范围内，满足不同应用的要求。

净化处理

浮选法

这种方法利用了石墨的疏水性和煤矸石矿物的亲水性之间的差异。首先加入煤油和松节油等捕收剂以及发泡剂。然后通过浮选机，使石墨颗粒附着在气泡上并上浮。从而实现与石英、长石等杂质的分离，纯度可达 85%-95%。

碱-酸法

碱熔化

应按比例混合石墨和氢氧化钠，并在 500-700℃ 下熔化。然后，将杂质（如 SiO2) 转化为可溶性硅酸盐。

酸化

冷却后，加入盐酸或硫酸溶解硅酸盐。经过洗涤和干燥，纯度可达 98% 以上，可用于中高端电池材料。

高温法

将石墨粉放入 2500-3000℃ 高温的惰性气氛炉中。在此过程中，杂质（如硼和铝）以气态形式挥发，纯度超过 99.9%。可用于半导体、核工业等高端领域，但能耗相对较高。

原材料预处理

石油焦的煅烧

作为人造石墨粉的重要原料，生焦含有碳氢化合物和水分，需要进行煅烧。应将其置于 1200-1400℃ 的罐式煅烧炉或回转窑中，使挥发性成分逸出。这一过程可以增加碳含量，提高密度、强度和导电性，并减少杂质。

沥青捏合

煅烧后，需要将石油焦与煤焦油沥青按比例混合。然后将混合物放入强力捏合机中，在特定温度下进行搅拌和捏合，形成具有良好可塑性的混合物。其粘度和可塑性得到精确控制，可满足成型工艺的要求。

成型和热处理

成型工艺

常见的方法有三种：挤压成型、压缩成型和等静压成型。挤压成型是将坯料通过模具挤出，适合连续生产。压缩成型是在模具中施加压力，形成圆柱体和薄片等产品。等静压是一种在高压下进行各向同性压缩以增加密度的工艺，适用于高性能产品。

碳化过程

在惰性气体中缓慢加热至 800-1200℃，使粘结剂碳化，形成初始碳结构。然后有机物分解产生碳和挥发性气体，形成孔隙结构，从而影响最终产品的性能。

石墨化工艺

在 2000-3000℃ 的高温下，碳化绿体中的无定形碳重新排列成六方晶格石墨晶体。这大大提高了导电性、润滑性和耐高温性等关键性能。

后期处理

破碎和研磨

使用球磨机、振动磨机和喷射磨机等设备对石墨块进行粉碎，以获得不同的颗粒大小。

分级和包装

对粉碎的石墨粉进行分级，根据粒度规格生产不同的产品。质量检验合格后，装入塑料编织袋、纸袋或密封桶中。确保运输和储存不受污染。

新型石墨粉制备技术

制备纳米石墨粉

5.1.1 化学气相沉积

化学气相沉积法利用甲烷和其他气态碳源形成纳米石墨层。该工艺需要在 800-1200℃ 的温度下，在催化剂的作用下将碳源分解并沉积在基底上。产品纯度高，适用于高端电子领域，但效率较低。

5.1.2 超声辅助液相剥离法

这是将天然石墨分散在 NMP 等溶剂中，破坏石墨的层间作用力，然后剥离得到纳米粉体。该工艺简单，能耗低，可进行大规模生产，适用于对均匀性要求不高的场合。

制造复合石墨粉

金属和聚合物的复合工艺

金属复合材料

粉末冶金混合烧结后，具有润滑性和金属强度，可用于自润滑部件。

聚合物复合

将石墨粉与聚合物混合时，常用的方法包括溶液混合和熔融混合。石墨具有导电性和导热性，可用于导电和导热的工业产品。

生产过程中的质量控制和环境保护措施

质量检查

最终成品需要进行粒度、纯度和导电性等性能测试。此外，还需要用仪器分析外观缺陷，以确保成品符合标准。

环境保护处理

生产石墨粉后，需要进行环保处理，防止空气污染、水污染等。例如，可以对废水进行中和、沉淀和过滤，净化废水。并利用布袋除尘器、静电除尘器和洗涤器去除粉尘和有害气体，以减少对环境的影响。

结论

生产石墨粉需要根据原材料的特性选择工艺。天然石墨注重提纯，人造石墨强调石墨化，而新技术则提倡纳米级和复合工艺。同时，还要兼顾质量控制和环保要求。