Способ получения расширенного графита

 

Использование: получение конструкционных материалов для цветной металлургии, атомной, авиационной, автомобильной, химической промышленности, электро- и радиотехники, строительства, для решения задач экологии. Сущность изобретения: 1 кг природного или искусственного графита загружают в кислотостойкий реактор и обрабатывают окислительным раствором при постоянном перемешивании. Окисленный графит отфильтровывают, промывают горячей водой, сушат, помещают в микроволновую печь и обрабатывают при частоте 1·10⁹ - 1,5·10¹¹ Гц и мощности 50-5000 Вт. Выход расширенного графита близок к 100 мас.%, температура процесса не превышает 50^oC, удельные затраты электроэнергии не более 0,07 кВт.ч на 1 кг графита. Достигается расширение графита в 900-1500 раз, 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к получению расширенного графита. Изобретение может быть использовано в черной и цветной металлургии, атомной, авиационной, автомобильной, химической промышленности, тепло-, электро- и радиотехнике, строительстве и в решении задач экологической защиты фауны и флоры. Более конкретно расширенный графит по настоящему изобретению может быть применен в качестве тепло- и элеткроанизоторного материала в химических реакторах и теплообменниках при изготовлении особо чистых электродов для ядерных реакторов, защитного материала объектов атомной промышленности, "черных ящиков" для летательных аппаратов, кабелей высокого напряжения, нефтехранилищ, нефтеналивных танкеров и судов, хранения ядовитых и горючих веществ, сейфов и аварийно-спасательной техники от воздействия мощных тепловых потоков, огня, при производстве электронагревательных приборов, электрических токосъемников и щеток источников постоянного тока, прокладок, колец и уплотнителей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах, коррозионностойких покрытий металлических поверхностей, сальниковых уплотнений, карандашей, строительных пенографитных тепло- и звукоизолирующих блоков домов, в качестве компонентов резиновых смесей для автомобильных шин и ускорителей полимеризации пластмасс и вулканизации каучуков.

Изобретение может быть использовано также для очистки поверхности воды от нефти, нефтепродуктов и других гидрофобных жидкостей, а также в качестве укрепляющего материала подвижных грунтов, селей, подземных выработок, изоляции саркофагов в радиоактивными отходами.

Известен способ получения расширенного графита, включающий обработку порошка природного или искусственного графита окислительным раствором и последующую термообработку [1] Недостатком данного способа является недостаточно высокое качество получаемого графита, невысокий процент выхода расширенного графита при использовании порошка природного графита, высокая температура и большая длительность процесса, приводящие к его значительной энергоемкости, крупные габариты используемых установок и печей.

Изобретение решает задачу повышения качества расширенного графита, снижения энергозатрат на его производство, снижения температуры процесса, увеличения массовой доли получения расширенного графита из природного.

Это достигается тем, что расширение окисленного графита осуществляется облучением в микроволновых печах.

Пример 1. 1 кг графита марки ГСМ (d=650 г/см³) ( OCT 18191-78) дисперсностью более 250 микрон загружают в кислотостойкий реактор и обрабатывают смесью 2 л концентрированной серной кислоты (d=1,83 Г/см³ и 150 г бихромата калия в течение 30 мин при постоянном перемешивании. Затем добавляют 10 л холодной воды, перемешивают и отфильтровывают окисленный графит с одновременной промывкой горячей водой до нейтральной реакции фильтрата и высушивают. Навеску окисленного графита массой 10 г помещают в микроволновую печь SANYO модели NO. EM-142, мощностью 500 Вт, частота излучения 2450 МГц. Время облучения 4 сек. В результате воздействия излучения на графит произошло его расширение в 1300 раз. Насыпная плотность расширенного графита составила 0,5 г/л. Температура процесса вспучивания в объеме печи не превышала 50^oC. Отклонение (воспроизводимость) состава и характеристик продукта по данному способу при десятикратном повторении процесса не превышала 2% Известный способ дает отклонение 40% Пример 2. То же, что и в примере 1, но мощность излучения составляет 1800 Вт, а время облучения 1с. В результате произошло расширение графита в 5000 раз. Насыпная плотность составила 0,13 г/л. Температура процесса вспучивания в объеме печи не превышала 35^oC.

Пример 3. То же, что и в примере 1, но использован графит марки ГЛ-1 (d= 580кг/м³). В результате произошло расширение графита в 1000 раз. Насыпная плотность составила 0,58 г/л. Температура процесса вспучивания в объеме печи не превышала 40^oC.

Пример 4. То же, что и в примере 1, но использован крупночешуйчатый графит фирмы "The Asbury Graphite Mills, Inc", СШ А, класса 3393 со средним размером частиц 300 мкм и зольностью 1,5% Окисление графита осуществлено смесью концентрированной соляной и серной кислот в соотношении 1:1:1. В результате произошло расширение графита в 1200 раз. Насыпная плотность составила 0,45 г/л. Температура процесса вспучивания в объеме печи не превышала 50^oC.

Пример 5. То же, что и в примере 1, но использован синтетический пирографит производства Редкинского опытного завода с насыпной плотностью 638 г/л и средним размером частиц менее 100 мкм. В результате произошло расширение графита в 900 раз. Насыпная плотность составила 0,7 г/л. Обычным температурным нагревом до 1500^oC вспучить синтетический графит не представляется возможным.

Основными преимуществами заявляемого способа расширения графита по сравнению с известными способами являются 1. Малая потребляемая мощность. Удельная затрата электроэнергии составляет 0,07 кВт. час на 1 кг графита, что в 65 раз экономичнее известного высокотемпературного нагрева.

2. Низкая температура процесса, не превышая 50^oC в объеме печи, что в 25-30 раз ниже температуры известного процесса.

3. Регулируемость процесса расширения графита. В зависимости от времени облучения и мощности можно получать расширенный графит с заданной насыпной плотностью.

4. Высокий процент выхода готового продукта. Фактически 100% выход расширенного графита по изобретению ставит его в разряд наиболее перспективных. По отношению к известному способу выход в 1,5-2 раза выше.

5. Получение расширенного графита любых марок и месторождений, включая синтетические пирографиты, что невозможно получить по известному способу.

6. Малые массогабаритные характеристики устройств получения расширенного графита. По отношению к известным способам и устройствам предлагаемая установка занимает в 50-100 раз меньший объем.

7. Возможность установки аппаратуры на суднах, самолетах, вертолетах и других подвижных средствах. Компактность и малая потребляемая мощность позволяет получать расширение графиты в любом месте их применения, например, при сборе пролитой нефти с поверхности воды. Такой возможностью известные способы не обладают.

8. Предлагаемый способ расширения графита не имеет индукционного периода разогрева и процесс начинается с момента включения облучения, что сокращает длительность процесса и принципиально невозможно в известных способах.

Формула изобретения

1. Способ получения расширенного графита, включающий обработку порошка природного или искусственного графита окислительным раствором и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку осуществляют облучением сверхвысокими частотами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что облучение ведут на частотах 1 · 10⁹ 1,5 · 10¹¹ Гц.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что среднюю потребляемую мощность облучения выбирают в интервале 250 5000 Вт.