鑒于當(dāng)前石墨高溫提純工藝生產(chǎn)周期長、焙燒能耗高、非連續(xù)性生產(chǎn)、操作環(huán)境惡劣等現(xiàn)狀,通過在石墨精礦中添加提純助劑,改進焙燒工藝,分析相關(guān)高溫除雜機理,研究了鹽礦比、焙燒溫度以及恒溫時間對石墨燒成純度的影響。結(jié)果表明,在鹽礦比1.5%,焙燒溫度2 500 ℃,恒溫時間4 h的工況條件下,石墨燒成料的固定碳含量可以達到99.991 5%,為石墨高溫連續(xù)提純工業(yè)化設(shè)備的研制提供了最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。 

【文章來源】：非金屬礦. 2020,43(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：3 頁

【部分圖文】：

?高溫推板試驗爐

表2?無添加氯鹽和鹽礦比1.5%燒成樣品中的主要雜質(zhì)成分(w/10-6) 燒成樣品 Si Fe Al Ca Mg Sb Ti Zr BC-0 2.753 6 6.467 4 1.800 3 1.529 1 1.129 0 6.310 1 14.203 9 6.9431 BC-1.5 ＜1 3.887 5 1.588 7 ＜1 ＜1 2.396 1 9.037 7 3.0825由表2可知,添加了一定比例氯鹽試樣的燒成樣品中主要雜質(zhì)成分含量相比未添加的燒成樣品明顯減少,說明氯鹽在高溫下與石墨中雜質(zhì)發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng),從而有效降低生成物的氣化溫度,提高石墨提純效率。從圖2可看出,未添加的燒成樣品固定碳含量為99.90%,未達到高純石墨規(guī)定的純度指標(biāo),而添加一定比例氯鹽的燒成樣品固定碳含量明顯提高,純度在99.956 9%～99.995 7%,并且與鹽礦比呈正比遞增趨勢。在鹽礦比0～1.5%區(qū)間內(nèi),燒成樣品固定碳占比梯度變化較大,說明試樣中鹽礦比增加對燒成樣品最終純度的影響較明顯。主要原因在于氯鹽溫升至熔點溫度,其在液相條件下具備一定的流動性,氯離子彌散于石墨表面或鱗片間隙中,與石墨精礦中內(nèi)嵌雜質(zhì)元素充分融合,隨著料層溫度進一步升高,氯鹽氣化蒸汽與部分金屬氧化物雜質(zhì)活化反應(yīng)生成氯氣,在石墨中固定碳參與氯化反應(yīng)條件下,進而生成沸點較低的金屬氯化物或絡(luò)合物。若反應(yīng)物質(zhì)配比在化學(xué)反應(yīng)定量關(guān)系范圍內(nèi),隨著鹽礦比增加,反應(yīng)進一步正向進行,在圖2中表現(xiàn)出固定碳占比梯度遞增較快;而當(dāng)鹽礦比達到一定數(shù)值,過量的氯鹽將不參與到反應(yīng)的進程中,對燒成樣品純度的提升作用趨于緩和,而樣品中固定碳含量相對增加較少。由于氯鹽本身屬于外來活化雜質(zhì),添加過多非但不能提高提純功效,反而會因其冗余的氣化揮發(fā)而增加提純能耗,同時氣態(tài)雜質(zhì)在離開加熱區(qū)后可能會因溫降凝聚在設(shè)備或排氣管道內(nèi)壁而影響正常的焙燒工況,排氣負荷的增加勢必會加快這一過程。

將鹽礦比1.5%的試樣分別在高溫推板試驗爐加熱區(qū)2 300 ℃、2 400 ℃、2 500 ℃、2 600 ℃設(shè)定溫度下停留5 h,燒成樣品固定碳含量,見圖3。從圖3可看出,燒成樣品純度與焙燒溫度呈正比遞增關(guān)系。2 400 ℃以下焙燒工況,燒成樣品固定碳含量低于99.95%,殘余雜質(zhì)相對較多。主要原因一是未達到試樣中沸點較高雜質(zhì)的氣化溫度,傳入料層的熱量不足以提供雜質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)所需相變熱;二是雜質(zhì)元素與氯鹽之間的融合需達到顆�；镜臄U散激活能,而這與焙燒溫度存在很大關(guān)系,溫度的提高為顆粒擴散和化學(xué)反應(yīng)提供必需能量,反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)部顆粒運動加劇及充分混合增大了物質(zhì)間相互接觸的機會,提高了原料樣品中雜質(zhì)與氯鹽的高溫反應(yīng)活性,使反應(yīng)更完全。2 500 ℃和2 600 ℃焙燒溫度下,燒成樣品固定碳含量分別為99.9940%和99.9955%,固定碳占比梯度變化相比2 300～2 400 ℃燒成區(qū)間較平緩,說明2 400 ℃是該條件下燒成樣品純度達標(biāo)的閾值溫度,而2 500～2 600 ℃溫度區(qū)間內(nèi),溫升不會顯著提升燒成樣品純度。若燒成樣品純度達到99.999%以上,勢必要將焙燒溫度提高到2 600 ℃以上,而2 600 ℃對于長期運行的高溫連續(xù)提純爐是設(shè)計溫度臨界點,加熱區(qū)溫度超過此臨界點,即使幾十度的溫升對設(shè)備結(jié)構(gòu)、加熱元件、內(nèi)襯材料等的影響都是幾何數(shù)量級,存在諸多不可控因素。2.3?恒溫時間對石墨燒成純度的影響?

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]感應(yīng)加熱制取高純石墨研究[J]. 梁剛,趙國剛,王振廷.  炭素技術(shù). 2013(04)
[3]氯化焙燒法提純天然鱗片石墨工藝研究[J]. 夏云凱.  非金屬礦. 1993(05)



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