Способ очистки зольного графита

Изобретение относится к способу очистки зольного графита. Способ включает термическую обработку графитового концентрата в смеси с бифторидом аммония сначала при температуре 190-200°С в течение 2 ч, затем при температуре 360-400°С до полного прекращения процесса возгонки кремнефторида аммония с последующим выщелачиванием и промывкой полученного продукта, при этом термическую обработку выполняют в присутствии сульфата аммония, а выщелачивание и промывку осуществляют водой при комнатной температуре. Технический результат: упрощение процесса очистки зольного графита за счет сокращения количества стадий. 2 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к технологии углеграфитовых материалов, в частности к получению малозольного графита, который может быть использован в качестве конструкционного материала в атомной энергетике, теплотехнике и т.д., а также как исходное сырье для получения коллоидного графита, окиси графита и расширенного графита.

Известен способ очистки графита с зольностью 3,26-4,3%, включающий обработку графита 10-20% раствором щелочи NaOH в автоклаве под давлением 2-15 атм., отмывку от щелочи до нейтральной реакции, обработку 6% раствором соляной кислоты при температуре 100-110°С при массовом соотношении графита и соляной кислоты, равном 1 к 4, промывку дистиллированной водой и сушку. В зависимости от требуемой чистоты и его первоначальной структуры производят одно-, двух- или трехкратную обработку. В результате получают графит с зольностью до 0,005-0,026% [пат. SU №195433, опубл. 04.05.1967, бюл. №10].

Известный способ требует сложного технического оборудования и высоких материальных затрат, он мало производителен и небезопасен.

Известен способ получения малозольного графита, включающий спекание порошка графитового флотоконцентрата с кальцинированной содой Na2CO3 при 900°С, промывку и фильтрацию продукта спекания водой при рН 7-8, обработку суспензии графита 5% серной кислотой H2SO4, магнитогидродинамическую обработку суспензии при напряженности магнитного поля 60-110 кА/м и скорости перемешивания суспензии 2-8 м/с с последующей дополнительной промывкой и фильтрацией при том же значении рН очищенного продукта и сушкой. В результате получают графит с зольностью 0,22-0,26% [пат. SU №1599303, опубл. 15.10.1990, бюл. №38].

Недостатком способа является его высокая энергоемкость, связанная с необходимостью использования высокой температуры при спекании графитового флотоконцентрата с кальцинированной содой Na2CO3, и высокое содержание золы в конечном продукте.

Известен способ очистки природного графита [пат. RU №2141449, опубл. 20.11.1999, бюл. №32]. Природный графит смешивают с водным раствором щелочи, например, 40-50%-ным раствором NaOH, затем спекают в печи при перемешивании в течение 3 ч при 350°С, после чего продукт помещают в пульсационную колонну. Снизу-вверх подают разбавленную кислоту, например, 5,0-7,5% HNO3, со скоростью 1,7-3,0 м/ч. Удельный расход кислоты 5 л/кг графита. Частота пульсаций 25-35 импульсов в минуту. По окончании кислотной промывки графит промывают водой в таком же пульсирующем режиме. Осадок отделяют на нутч-фильтре, сушат при 200°С. Зольность графита уменьшается с 7 до 0,04-0,48%.

Недостатком указанного способа является относительно высокая остаточная зольность и использование агрессивных растворов щелочи и кислоты.

Разработан способ получения малозольного графита с содержанием углерода до 99,5% [Молчанов В.П., Медков М.А. «Разработка физико-химических основ технологии извлечения малозольного графита из высокоуглеродистых пород Цзямусы-Ханкайской провинции // Вестник ВГУИТ, 2019, Т.81, №2, С. 273-279]. Он заключается в химической обработке 20-40 г графитового концентрата 20-30 мл водного раствора гидродифторида аммония при массовом соотношении концентрата к фторирующему агенту 5:1 в стеклоуглеродном контейнере, который помещают в реактор с электрообогревом и двумя последовательно расположенными конденсаторами - никелевым и фторопластовым. Полученную густую однородную массу медленно (~1,5 град/мин) нагревают до температуры 170-180°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 ч. Процесс выщелачивания профторированного графитового концентрата проводят при комнатной температуре путем 4-кратного растворения 10 г продукта в 100 мл воды (Т:Ж=1:10) в стеклянных стаканах в течение 15 мин и последующим фильтрованием через фильтр. Чистота очищенного таким способом графита составляет 99,54-99,6%, что является основным недостатком известного способа.

Наиболее близким по технической сущности является способ очистки зольного графита [пат. RU №2602124, опубл. 10.11.2016, бюл. №31], включающий обработку графита водным раствором бифторида аммония, термическую обработку полученной смеси, охлаждение, выщелачивание раствором кислоты, промывку водой, фильтрацию и сушку очищенного графита. В частном случае осуществления изобретения в качестве водного раствора соли используют раствор бифторида аммония, а в качестве кислоты используют азотную или соляную. Обработку графита бифторидом аммония ведут в 2 этапа: после первой обработки смесь медленно нагревают до температуры 190-200°С и выдерживают при этой температуре до тех пор, пока бифторид аммония не прореагирует с основной частью примеси двуокиси кремния SiO2, присутствующей в графите. Затем температуру повышают до 400°С, и выдерживают образец при этой температуре до полного прекращения процесса возгонки кремнефторида аммония (NH4)2SiF6, который образуется при фторировании бифторидом аммония примеси SiO2. Полученный продукт охлаждают до комнатной температуры и повторно обрабатывают бифторидом аммония, после чего смесь снова нагревают до 190-200°С, и выдерживают при этой температуре до полного разложения примеси алюмосиликатов, присутствующей в графите, и оставшейся после обработки на первом этапе примеси двуокиси кремния SiO2. Далее графит вновь охлаждают до комнатной температуры и выщелачивают при нагревании раствором соляной или азотной кислоты, затем полученную смесь фильтруют, осадок на фильтре промывают водой до нейтральной реакции и высушивают. При этом выщелачивание графита осуществляют 10% соляной кислотой при Т:Ж=1:8 или 15% азотной кислотой при Т:Ж=1:5 при температуре 70°С. Чистота полученного графита составляет 99,97-99,98%.

К недостаткам прототипа относится многостадийность, обусловленная повторной обработкой бифторидом аммония для эффективной очистки графита, что повышает длительность и энергоемкость процесса так как необходимо сначала подвергать графитовый концентрат термообработке при 200°С с повышением до 400°С, затем охлаждать и повторно нагревать полученный продукт при 200°С. Недостатком является также необходимость использования кислот (азотной или соляной) на стадии выщелачивания, что с одной стороны приводит к увеличению затрат на реагенты, а с другой стороны требует принятия дополнительных мер для утилизации отработанных растворов кислот. Еще одним недостатком является необходимость выщелачивания при температуре 70°С.

Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного способа очистки зольного графита в одну стадию без использования растворов кислот на стадии выщелачивания.

Технический результат предлагаемого способа заключается в сокращении материальных затрат за счет отказа от дополнительного использования фторирующего реагента и минеральных кислот и упрощении процесса очистки зольного графита за счет сокращения количества стадий.

Поставленная задача решается способом очистки зольного графита, включающим термическую обработку графитового концентрата в смеси с бифторидом аммония и сульфатом аммония. При этом смесь медленно нагревают до температуры 190-200°С, а затем быстро до температуры до 360-400°С. Далее следует выщелачивание и промывка полученного продукта водой при комнатной температуре. Использование сульфата аммония при термической обработке графитового концентрата обуславливает возможность растворения примесей на стадиях выщелачивания и промывки водой без применения кислот.

Процесс осуществляют следующим образом.

Зольный графит, полученный в результате флотации природного графита с зольностью 7%, перемешивают с раствором, содержащим бифторид аммония и сульфат аммония, полученную густую массу (бифторид аммония, сульфат аммония и воду берут в таком количестве, чтобы при смешивании с графитом получить тестообразную массу) медленно нагревают до температуры 190-200°С и выдерживают при этой температуре в течение 2 часов до тех пор, пока бифторид аммония не прореагирует с основной частью примеси двуокиси кремния SiO2, присутствующей в графите. Затем повышают температуру до 360-400°С и выдерживают образец до полного прекращения процесса возгонки (при этих условиях возгоняется кремнефторид аммония (NH4)SiF6, который образуется при фторировании бифторидом аммония примеси SiO2).

При осуществлении процесса ниже 190°С он идет недостаточно интенсивно, что может привести к неполному фторированию примесей. При температуре выше 200°С часть бифторида аммония может возгоняться до вступления в реакцию взаимодействия с примесями. При температуре процесса менее 360°С возможно неполное удаление кремнефторида аммония в газовую фазу, а повышение температуры выше 400°С нецелесообразно, поскольку приводит к лишним затратам энергии. Далее полученный продукт охлаждают до комнатной температуры, после чего выщелачивают водой при отношении Т:Ж=1:10 при комнатной температуре, фильтруют и трижды промывают водой, каждый раз при Т:Ж=1:10 также при комнатной температуре. После этого продукт высушивают и получают графит с содержанием основного вещества 99,95-99,98%.

Изобретение подтверждается следующими примерами:

Пример 1.

К 220 г NH4HF2 добавляют 310 г (NH4)2SO4 и растворяют в 500 мл H2O. Полученный раствор приливают к 1,0 кг графита и перемешивают до получения однородной массы. Затем полученную массу помещают в печь. Температурную обработку графита смесью NH4HF2 и (NH4)2SO4 ведут сначала при нагревании со скоростью ~2,57 мин до температуры 190°С, после чего поднимают температуру до 360°С со скоростью ~2-5°С/мин и выдерживают при этой температуре до полного удаления кремнефторида аммония в возгон в течение 2 часов. Далее полученный продукт охлаждают до комнатной температуры.

Масса продукта, полученного после температурной обработки графитового концентрата смесью NH4HF2 и (NH4)2SO4, составляет 1,22 кг. Далее 1,22 кг графитового концентрата, обработанного смесью NH4HF2 и (NH4)2SO4, выщелачивают при комнатной температуре водопроводной водой при отношении Т:Ж=1:10. Полученную пульпу через 15-20 мин отфильтровывают. Затем осадок 3 раза промывают водой или оборотными растворами при отношении Т:Ж=1:10.

Очищенный графит сушат при температуре 60-70°С. Содержание графита в полученном продукте 99,95%.

Пример 2.

Процесс осуществляют аналогично примеру 1 при температурах термической обработки графитового концентрата при 200°С и 400°С. Содержание графита в полученном продукте 99,98%.

1. Способ очистки зольного графита, включающий термическую обработку графитового концентрата в смеси с бифторидом аммония сначала при температуре 190-200°С в течение 2 ч, затем при температуре 360-400°С до полного прекращения процесса возгонки кремнефторида аммония с последующим выщелачиванием и промывкой полученного продукта, при этом термическую обработку выполняют в присутствии сульфата аммония, а выщелачивание и промывку осуществляют водой при комнатной температуре.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что выщелачивание проводят водой при массовом соотношении графитового концентрата, обработанного смесью NH4HF2 и (NH4)2SO4, и воды, равном 1:10.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что осадок графита после выщелачивания трижды промывают водой, каждый раз при массовом соотношении осадка графита и воды, равном 1:10.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения богатой по водороду газовой смеси, содержащей водород, оксид углерода из газообразного углеводородного сырья. Способ получения газа, обогащенного водородом из газообразного углеводородного сырья, включающий риформинг с водяным паром углеводородного сырья, который осуществляют при 170-400°С при пропускании через слой СаО, при соотношении компонентов в вес.

Изобретение относится к производству водородного топлива, а именно к производству топлива, обогащенного водородом углеводородного газа, содержащего метан, так называемое метано-водородное топливо (МВТ) с концентрацией водорода в газе (20-30) об.%. В устройстве для получения МВТ из углеводородного газа, содержащего метан, в частности природного газа, используется неравновесная низкотемпературная плазма микроволнового (СВЧ) разряда атмосферного давления, в которой происходит диссоциация молекул газа на водород и углерод.

Предложен способ получения мезопористых углеродных материалов, включающий обеспечение внутреннего расходуемого импланта, нанесение углерода на поверхность внутреннего расходуемого импланта для образования углеродной оболочки, удаление внутреннего расходуемого импланта для получения мезопористого углеродного материала, причем исходный расходуемый имплант с нанесенным на него углеродом является отходом кремниевого производства - пылью циклонов или рукавной пылью, где удаление расходуемого внутреннего импланта происходит путем твердофазной реакции с сухой солью, где в качестве соли используется фторид или бифторид аммония, при температуре 350-400ºC, продукты травления темплата возгоняются, полученные мезопористые углеродные структуры не разрушаются.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа. Способ получения синтез-газа, состоящего в основном из монооксида углерода и водорода, причем кислотные газы из него удалены, исходя из углеводородсодержащего топлива, а также из воздуха и пара, который включает в себя следующие стадии способа: a) фракционирование воздуха низкотемпературной ректификацией с получением потока кислорода, потока хвостового газа и потока азота, где поток хвостового газа и поток азота имеют температуру окружающей среды, и поток азота находится под давлением, b) преобразование углеводородсодержащего топлива при повышенном давлении и повышенной температуре потоком кислорода, полученным на стадии а), и паром в синтез-газ, c) удаление кислотных газов из синтез-газа, полученного на стадии b), с помощью низкотемпературной абсорбции в абсорбционной колонне жидким абсорбентом, d) охлаждение абсорбента, использованного на стадии с), до низкой температуры, необходимой для низкотемпературной абсорбции, с помощью компрессионной холодильной установки, где компрессионная холодильная установка содержит контур хладагента, в котором хладагент компримируют, вследствие чего он нагревается, и охлаждают и конденсируют при последующем теплообмене с охлаждающей водой, e) охлаждение охлаждающей воды до осуществления ее теплообмена с хладагентом на стадии d) путем испарительного охлаждения, при этом испарительное охлаждение на стадии е) проводят потоком хвостового газа, полученным на стадии а), и/или прошедшим дросселирование потоком азота, полученным на стадии а).

Изобретение относится к цеолитам RHO, которые могут быть использованы в качестве кинетически селективных адсорбентов для кислорода и/или азота, а также для удаления низких уровней N2 из Ar и удаления CO2 из метана. Раскрыты цеолиты RHO с соотношением Si/Al от 3,2 до 4,5 и содержанием непротонных внерешеточных катионов, причем цеолиты содержат не более 1 протона на элементарную ячейку, и при этом размер, количество и заряд внерешеточных катионов, которые присутствуют в цеолите, таковы, что требуется 1 или меньшее количество непротонных внерешеточных катионов на элементарную ячейку для занятия положений 8-членного кольца.

Изобретение относится к получению высокопористого открытоячеистого углеродного материала и может быть использовано при изготовлении электродов, суперконденсаторов, остеопластического материала для замещения дефектов костной ткани, носителей катализаторов, а также экранов тепловой защиты и защиты от электромагнитного излучения.

Изобретение может быть использовано при получении наноразмерных графеновых материалов. Способ получения независимой свободнорасполагающейся графеновой пленки включает обеспечение оксида графена в виде водного раствора оксида графена с концентрацией 0,5-10 мкг/мл и проведение фильтрования с отсасыванием при использовании смеси из сложных эфиров целлюлозы (МСЕ) в качестве подложки для получения пленки.

Изобретение относится к области наноэлектроники, а именно к технологии формирования наноструктур на поверхности твердого тела, и может быть использовано для создания полевых транзисторов, фотоэлементов, светодиодов, лазерных диодов. Способ получения квантовых точек включает магнетронное распыление мишени на подложку при постоянном токе в реакционной вакуумной камере, при этом на термостойкую подложку, выдерживающую температуру до 500°С, распылением мишени, состоящей из углерода и алюминия при отношении их площадей, занимаемых в мишени, равном 8:1, наносят пленку толщиной от 1 до 7 мкм, после чего выдерживают подложку с пленкой в реакционной вакуумной камере не менее 5 мин, с образованием на поверхности пленки квантовых точек диаметром от 10 до 150 нм с внутренними полостями и стенками из графена с примесями оксида алюминия, причем в реакционной вакуумной камере во время и после нанесения пленки на подложку поддерживают постоянное суммарное парциальное давление смеси газов 0,4 Па (3×10-3 мм рт.ст.), состоящей из 5% кислорода и 95% аргона.

Изобретение относится к области химии плазмы, в частности к устройству для осуществления низкотемпературной плазменной реакции и к способу разложения сероводорода, который выполняют в указанном устройстве. Устройство содержит: первую полость (1), имеющую, соответственно, первое впускное отверстие (11) и первое выпускное отверстие; вторую полость (2), расположенную снаружи вокруг первой полости или внутри нее, и второе впускное отверстие (21) и второе выпускное отверстие (22), расположенные, соответственно, во второй полости (2); внутренний электрод (3), по меньшей мере часть которого проходит в первую полость (1); наружный электрод (4), формирующий по меньшей мере часть боковой стенки первой полости (1) или расположенный на боковой стенке первой полости (1), окружая ее; заземляющий провод (5), причем один конец заземляющего провода (5) электрически соединен с заземляющим электродом, который представляет собой один электрод из указанных наружного электрода (4) и внутреннего электрода (3), при этом другой электрод из указанных наружного электрода (4) и внутреннего электрода (3) представляет собой высоковольтный электрод, и барьерный диэлектрик (6), расположенный между внутренним электродом (3) и наружным электродом (4) таким образом, что область разряда между внутренним электродом (3) и наружным электродом (4) разделена барьерным диэлектриком (6).

Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод химических предприятий от ртути. Гранулированный активированный уголь обрабатывают модифицирующим раствором, обеспечивающим получение на его поверхности активного компонента - сульфида марганца (II), в две стадии.

Данное изобретение относится к области энергетики, связанной с сельском хозяйством и коммунальным хозяйством, в частности к способу получения из таких видов биоотходов, как твердые бытовые отходы, навоз, помет, древесные отходы, лузга подсолнечника, проса, риса и т.п., синтез-газа с низким содержанием смол. Изобретение касается способа получения синтез-газа, заключающегося в получении полукокса и газовой смеси, содержащей в том числе водород и монооксид углерода. Торрефикация биоотходов осуществляется с помощью дымовых газов из зоны пиролиза с температурой 500-600°C, с получением полукокса и газовой смеси, после чего из полученной газовой смеси отделяется полукокс, который направляется в реактор пиролиза полукокса, обогреваемый горячими дымовыми газами с температурой 850-1000°C после использования дымовых газов для обогрева реактора для термокрекинга с получением кокса и газообразных продуктов пиролиза, часть полученного кокса поступает на сжигание кокса с генерацией дымовых газов и подачей их в реактор термокрекинга, другая часть кокса используется в качестве углеродистого материала в реакторе для термокрекинга, обогреваемого дымовыми газами с температурой 1100-1200°C, где газообразные продукты пиролиза пропускают через слой углеродистого материала с преобразованием газообразных продуктов пиролиза в синтез-газ. Технический результат - увеличение выхода синтез-газа и повышение энергоэффективности процесса производства синтез-газа. 4 ил.
Наркология
Наверх