專利名稱：一種用中碳天然鱗片石墨粉制取柔性石墨材料的方法
一種用中碳天然鱗片石墨粉制取柔性石墨材料的方法本發明涉及柔性石墨材料的制造領域。
柔性石墨(又稱膨脹石墨)是一種既具有天然鱗片石墨的耐腐蝕。耐高低溫和自潤滑性，又具有柔性，可壓縮性和回彈性的新型機械密封材料，一般由高含碳量(含碳97％以上)和大顆粒(16～50目)的天然鱗片石墨為原材料，經濃硫酸、濃硝酸等強氧化劑進行氧化(酸化)處理后，經水洗、過濾、干燥，然后置于800～1200℃高溫下迅速(幾秒鐘)加熱膨化，即得到一種絮狀(或稱蠕蟲狀)石墨粒子。將這些絮狀石墨粒子按一定工藝壓制，即可得到各種所需形式的柔性石墨材料(制品)。由于這些一般方法對原材料天然鱗片石墨粉的要求是高碳(含碳量94～99.9％，標準指標)，而且是粗顆粒，因此天然石墨礦開采后，不但要經過嚴格的浮選(分選)，而且須經用堿融法等化學方法處理提純后才能被采用，大量的中碳(含碳量為80～94％，標準指標)則無法使用，至使柔性石墨材料的制造成本難于大幅度地降低。另外，所得的柔性石墨材料一般也未給出灰分雜質的存在狀況，這對分類應用這類材料也不利。
中國專利CN1032325A報道了采用中碳天然鱗片石墨粉(含碳90％左右)制造柔性石墨材料的方法。該專利主要介紹了采用兩步法工藝解決插層劑氧化鐵和氧化劑高錳酸鉀的應用問題，雖然可使膨化倍數提高到700～1400倍，但未涉及把提純和氧化(酸化)處理合二為一，一步完成的工藝問題，也未確定所得柔性石墨材料中的灰分雜質含量。這對進一步降低制造成本和對產品的分類應用問題的合理解決仍是一個缺陷。
本發明的目的是提供一種方法，可以采用中碳天然鱗片石墨粉為原料，在濃硫酸，濃硝酸和氫氟酸共同參與下，一步實現提純和氧化(酸化)，制取柔性石墨材料。
本發明的目的是這樣實現的在一定量的中碳天然鱗片石墨粉(含碳量80～94％，粒度50～80目)中，加入10份體積的濃硫酸(濃度95～98％)與3份體積的濃硝酸(濃度65～68％)的混合酸液，攪拌均勻后加入占總酸液體積3.7～38％(最好是23～31％)的氫氟酸(濃度為40％)，在25～50℃(最好是30～35℃)的恒溫水浴中浸泡60～260min(最好是180～240min)，然后水洗、過濾、干燥，再在900～920℃高溫下進行瞬間(如108)高溫膨化處理，使其變成絮狀(或稱蠕蟲狀)的膨脹石墨粒子，最后，按一定的工藝方法加壓成片材或板材或其他形式的柔性石墨料(制品)。
將制取得的柔性石墨材料按GB3521-83標準測定其灰分含量，按ZBJ22011-89標準測定其抗壓強度，按ZBJ22015-89標準測定其熱失重率。
用本發明制取的柔性石墨材料，石墨結構未被破壞，其各項性能指標均符合相應的質量要求。由于采用了價格低得多的中碳天然鱗片石墨粉為原料(這種品級的天然鱗片石墨粉一般用于制造坩堝)，而且又采用了將提純和氧化(酸化)處理合二為一，一步完成的工藝，方法簡單，縮短了生產周期，這就大大地降低了生產成本。中國是目前世界上最大的天然鱗片石墨粉生產國，有效地利用好各品級天然鱗片石墨粉是我們刻不容緩的任務。本發明正為中碳天然鱗片石墨粉的有效利用提供了一條好途徑。另外，所使用的氫氟酸，在保證其溶質量不變的情況下，可以適當稀釋后使用，這樣可減少其揮發，更安全更有利于操作。
下面，用實施例來進一步說明本發明的實施方法，但本發明不限于這些實施例的內容。
實施例1稱取20g天然鱗片石墨粉(50目，含碳量92.53％)置于塑料容器中，加入100ml濃硫酸(濃度95～98％)和30ml濃硝酸(濃度65～68％)，拌勻后加入40ml氫氟酸(濃度40％)，在50℃下浸泡60min后，水洗、過濾、干燥，再在900℃箱式電爐中膨脹處理10S，制得絮狀膨脹石墨粒子。最后，將這些膨脹石墨粒子按普通的軋或壓片方法制成片材或板材。并按標準測定其含碳量(由測定其總灰分含量計算)、抗壓強度和熱失重率，結果列于表1中。
實施例2
稱取20g與實施例1相同的中碳天然石墨粉，按實施例1的操作方法、加入100ml濃硫酸和30ml濃硝酸，攪拌均勻后加入80ml氫氟酸、在30℃下浸泡150min。余下操作同實施例1，結果也列于表1中。
實施例3稱取20g中碳天然鱗片石墨粉(50目，含碳量89.13％)置于塑料容器中，按實施例1的方法，加入100ml濃硫酸和30ml濃硝酸，攪拌均勻后加入40ml氫氟酸，在35℃下浸泡240min。余下操作同實施例1結果列于表1中。
實施例4按實施例1，氫氟酸用量改為80ml，浸泡溫度改為50℃，浸泡時間改為240min，其余操作不變，結果列于表1中。
對比例1稱取20g與實施例1相同的中碳天然鱗片石墨粉，按實施例1的操作，加入100ml濃硫酸和30ml濃硝酸，不加氫氟酸，在25℃下浸泡240min，制得的柔性石墨的性能測定結果也一并列于表1中。
對比例2按對比例1操作，把浸泡溫度改為50℃，浸泡時間改為150min，余者不變，結果列于表1中。表1
<p>對比例3稱取100g中碳天然鱗片石墨粉(50目，含碳量89.13％)，置于塑料容器中，加入300ml由濃硫酸和濃硝酸按1∶1(體積比)比例配成的混合酸，浸泡5h后，加入蒸餾水300ml，繼續浸泡5h，取出沖洗至PH值5～6后，過濾、干燥，在900℃下膨化處理10S。把膨化得到的絮狀石墨粒子按實施例1壓制成片材，按標準測定其灰分含量，并按一定方法測定分的組成。結果為總灰分5.097％，其中SiO2為4.02％，Al2O3為0.45％，Fe2O3為0.43％，CaO為0.14％，MgO為0.054％。所得的柔性石墨分別置于氫氧化鈉溶液(濃度5～60％)、硫酸(濃度25～98％)、高錳酸鉀溶液(濃度1～20％)和純苯中，在室溫至55℃下浸泡一周后，測得其失重腐蝕速率〔103g/(m2.h)〕分別為0.48～2.35、3.8～5.92、1.75～3.22和2.42～4.45，對比例4稱取100g中碳天然鱗片石墨粉(50目，含碳量93.53％)置于塑料容器中，先用足量的濃鹽酸(濃度37％)浸泡6h后，再按對比例3的操作制取柔性石墨。測定其灰分含量為5.011％，其中SiO2為3.090％，Al2O3為1.014％,Fe2O3為0.551％,CaO為0.144，MgO為0.158％。
權利要求
1.一種用中碳天然鱗片石墨粉制取柔性石墨材料的方法，用濃硫酸和濃硝酸混合液浸泡石墨粉，然后水洗、過濾、干燥和高溫膨化，其特征是在用10份體積濃硫酸和3份體積濃硝酸的混合液浸泡的同時，加入占總酸液體積3.7～38％、濃度為40％的氫氟酸，在溫度為25～50℃下浸泡60～260min，經水洗、過濾、干燥后，在900～920℃下高溫膨化10S，最后按一定方法加壓成片材或板材的柔性石墨材料(制品)的制取方法。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是氫氟酸的用量為總酸液體積的23～31％。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是浸泡時間為180～240min。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征是浸泡溫度為30～35℃。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的方法，其特征是氫氟酸的用量為總酸液體積的23％，浸泡溫度為35℃和浸泡時間為240min。
全文摘要
一種用中碳天然鱗片石墨粉制取柔性石墨材料(制品)的方法,屬于柔性石墨材料制造領域。以中碳天然鱗片石墨粉為原料,采用濃硫酸、濃硝酸和一定量的氫氟酸,在一定溫度下同時對原材料浸泡一定時間后,經水洗、過濾、干燥和高溫膨化處理制得絮狀石墨粒子,進而再壓制成各種形式的柔性石墨(制品)。該方法實現提純和氧化(酸化)合二為一,一步完成,既簡化工藝,又可大幅度地降低制造成本,還為我國產量豐富的天然鱗片石墨粉提供了一條有效的應用途徑。
文檔編號C01B31/00GK1210809SQ9811222
公開日1999年3月17日 申請日期1998年8月31日 優先權日1998年8月31日
發明者陳建, 龔敏, 張遠聲, 張鵬, 李謀成, 駱素珍 申請人:四川輕化工學院