石墨选矿和石墨的深加工.doc

石墨选矿和石墨的深加工 卢先春（学号10612075；课程名称矿物工程；授课老师传秀云） （北京大学地球与空间科学学院） 摘 要 石墨具有一系列的优良性能，广泛应用于石油、化工、冶金、造纸、原子能和国防等工业部门,具有很大的开发利用价值。中国石墨矿资源丰富,石墨储量居世界首位。但由于天然产出的石墨纯度不高，开发应用受到限制。本文简要介绍了石墨的性质和其矿产资源分布,重点介绍了浮选法在石墨选矿中的应用,以及石墨的粉碎、提纯和改性等深加工技术。通过深加工，可以进一步改善石墨的特性，形成各种高附加值的产品，使其能满足相关领域应用及现代高技术和新材料产业的要求。最后,本文对石墨材料在高速、耐磨、防腐、节能、超小型等高科技应用领域的发展前景进行了展望。结果表明，石墨正在众多领域逐步取代某些金属材料和有机材料，其发展前景十分广阔。 关键词 矿物加工 石墨 选矿 浮选 粉碎 提纯 深加工 石墨（Graphite）是由碳元素组成，是碳的同素异构体之一。石墨晶体具典型的层状结构，碳原子排列成六方网状层，面网结点上的碳原子相对于上下邻层间格的中心。重复层状为2的是石墨2H多型，属六方晶系，即通常所指的石墨；若重复层状为3的属三方晶系，但在天然石墨结构中不能单独分离出来。在石墨晶体结构中，层内碳原子的配位数为3，具共价金属键，间距0.142nm，层与层间以分子键相连，间距为0.3354 nm，石墨矿物呈铁黑、钢灰色，条痕光亮黑色；金属光泽，隐晶集合体光泽暗淡，不透明；解理0001完全，硬度具异向性，垂直角理面为3～5，平行解理面为1～2,质软，密度为2.09～2.23g/cm3，有滑腻感，易污染手指。石墨集合体通常为鳞片状，块状和土状；单晶体常呈片状或板状，但完整的很少见。根据其结晶程度分为晶质石墨和隐晶质石墨土状石墨。石墨具有一系列的优良特性，主要有如下几点 （1） 耐高温由于碳原子在石墨结晶格子的原于层中排列紧密，热振动困难，因而石墨能耐高温并具特殊的热性能。石墨熔点为3850℃，沸点为4250℃， 经高温电弧灼烧重量损失极小，在2500℃时其强度比常温时提高1倍，热膨胀系数小，温度骤变时其体积变化不大，能抗骤冷骤热的变化,当温度突然发生变化时，不会产生裂纹。 在冶金工业中主要用来制造石墨坩埚，在炼钢中常用石墨作钢锭之保护剂，冶金炉的内衬。 （2） 导电性和导热性由于石墨晶体中存在容易流动的电子，因此其导电、导热性能不亚于金属。如比不锈钢高4倍，比碳素钢高2倍。石墨的热导率和一般的金属不同，随着温度的升高，导热系数降低，在极高的湿度下，石墨趋于绝缘状态。因此，在超高温条件下，石墨的绝缘性能是很可靠的。在电气工业中石墨广泛用来作电圾、电刷、碳棒、碳管、垫圈及显像管涂层等。 （3） 润滑性石墨的润滑性能类似于二硫化铜和四氰化烯，摩擦系数在润滑介质中小于0.1，尤以鳞片状石墨的润滑性更好，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。石墨在机械工业中常作润滑剂。润滑油往往不能在高速、高温、高压下工作，而石墨耐磨材料可以在-200～2000℃温度和高速滑动100m/s下应用。许多输送蚀腐介质的设备广泛采用石墨材料制成活塞环、密封圈和轴承，它们运转时勿需加润滑油。石墨乳也是许多金属加工（拔丝、拉管）时的良好的润滑剂。 （4） 化学稳定性在常温下，石墨具有良好的化学稳定性，耐酸碱和有机溶剂的腐蚀。经过特殊加工的石墨，具有耐腐蚀、导热性好，渗透率低等特点，就大量用于制作热交换器，反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。 除上述性质和用途外，石墨还可用于原子能工业和国防工业石墨具有优良的中子减速性，最早在原子反应堆中作减速剂。在国防工业中，石墨复合材料可用来作固体燃料火箭的喷嘴、导弹的鼻锥、宇航设备零件、隔热材料和防辐射材料。 此外，石墨还是轻工业中玻璃和造纸的磨光剂和防锈剂，制造铅笔、墨汁、黑漆、油墨和人造金刚石的原料。石墨还具徐敷性和可塑性，将其涂敷在固体物体表面，可形成薄膜牢固粘附而起保护固体作用，并可制成任何复杂形状的制品。 1 石墨矿资源 1.1 石墨矿原料的特点 天然产出的石墨很少是纯净的，常含有10～20％的杂质，包括SiO2、A12O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等。石墨矿石的自然类型通常按其赋矿岩石的岩性划分，中国工业上将石墨矿石主要分为晶质鳞片状石墨矿石和隐晶质土状石墨矿石两种工业类型。晶质鳞片状石墨矿石在区域变质矿床中，主要有片麻岩类、片岩类以及大理透辉岩类、变粒岩类、混合岩类等矿石自然类型；在岩浆热液矿床中主要发育花岗岩类及闪长岩类、长英岩类等矿石自然类型。隐晶质土状石墨矿石在接触变质矿床中主要发育板岩类和干枚岩类矿石自然类型。隐晶质石墨矿石常残留原岩的层现构造，变质不彻底的部分还可含部分未变质的无烟煤，保留煤岩结构。有的隐晶质石墨矿床的矿石分为软质石墨与硬质石墨两种，软质石墨矿石变质彻底，质量好，硬质石墨一般为石墨与无烟煤的过渡带，质量次。以上所述各种类型石墨矿石的化学成分含量见表1。 表1中国石墨矿石化学成分含量％ 中国石墨矿石绝大多数为晶质鳞片状矿石，约占总保有石墨矿石储量的98％，分布于区域变质型及岩浆热液型石墨矿床中；隐晶质土状石墨矿石则主要分布于接触变质型矿床中。实际上石墨矿石中的石墨片径是参差不齐的，所谓晶质石墨矿石中，也可能含隐晶质石墨，含量较多时通常称为混合型石墨矿石，隐晶质石墨矿石中也可能含少量片径略大于1μm的鳞片石墨。 1.2 石墨矿床 虽然众多国家都已发现石墨矿产，但具有一定规模可供工业利用的矿床并不多，相对集中分布于少数国家中。晶质石墨矿主要蕴藏在中国、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国，其中马达加斯加盛产大鳞片石墨，斯里兰卡盛产高品位的致密块状石墨；隐晶质石墨矿主要分布于印度、韩国、墨西哥和奥地利等国。多数国家只产一种石墨，矿床规模以中、小型居多，只有中国等四五个国家晶质和隐晶质石墨都有产出，大型矿床较多。据不完全统计，世界石墨储量约为15亿吨，其中晶质石墨约5亿吨。由于石墨储量有的按矿物量统计，有的按矿石量统计，统计对象不同和数据来源的不一，各种储量统计数据出入较大，但许多资料都表明中国的石墨储量居世界第1位。 表2中国的主要石墨矿床类型 中国石墨矿资源相当丰富。全国20个省区有石墨矿产出。探明储量的矿区有91处，总保有储量矿物1.73亿t，居世界第l位。 中国石墨矿床类型有区域变质型黑龙江柳毛、内蒙古黄土窃、山东南墅、四川攀枝花扎壁石墨矿等、接触变质型如湖南鲁塘、广东连平石墨矿等和岩浆热液型新疆奇台苏古泉矿等3种，以区域变质型为最重要，不仅矿床规模大、储量多，而且质量好。表2列出了中国的主要石墨矿床类型。从地区分布看，以黑龙江省为最多，储量占全国的64.1％，内蒙古、四川和山东石墨矿也较丰富。黑龙江柳毛、山东南墅、内蒙古兴和三大晶质石墨生产基地,集中了全国晶质石墨保有储量的90以上。 2 石墨矿的开发和利用 2.1 中国石墨矿的开发和利用 中国发现和利用石墨的历史悠久。古籍中曾有不少关于石墨的记载,如水经注载“洛水侧有石墨山。山石尽黑，可以书疏，故以石墨名山矣。”从考古挖掘出来的甲骨、玉片、陶片发现，早在3000多年前商代就有用石墨书写的文字，一直延续至东汉末年公元220年，石墨作为书墨才放松烟制墨所取代。清朝道光年间公元18211850年，湖南郴州农民开采石墨做燃料，称之为“油碳”。 20世纪初期，用石墨制造电池和铅笔的技术传入中国，当时称为“电煤”和“笔铅”的石墨，开始用于近代工业，推动了中国石墨采掘业的发展。兴和、南江、磐石石墨矿于1916～1928年相继开采，1932年湖南桂阳发现优质石墨，十余家笔铅公司参与开采或收购矿砂。1931年9月后磐石、柳毛、兴和矿和1937年7月后南墅、定安等矿，曾遭受日本侵略者掠夺开采，估计掠走石墨5万t以上。当时抗战后方四川南江坪河地区有9家矿山和2家公司采掘石墨碾粉，年产量200t，1947年停产。抗日战争胜利后，解放区人民政府于1948年接管柳毛、磐石、南墅矿井恢复生产。 中华人民共和国成立后，随着冶金、机械、电气等工业发展的需要，石墨生产得到蓬勃发展。1950～1952年国家投资建设南墅、柳毛、兴和、鲁塘、南江等矿1958年新办21个小矿，全国产量15万t，但出现采握失衡，产品质量下降的情况。1978年中国实行改革、开放方针后，石墨工业出现新的生机。1995年中国石墨生产出现高峰，年产量达216．3万t，出口量15.4万t。 中国石墨矿业历经80多年沧桑，自中华人民共和国成立后，虽然也有几次曲折，但总体发展显著，形成以黑龙江柳毛、山东南墅、内蒙古兴和为重点的晶质石墨生产基地和以湖南鲁塘为中心的隐晶质石墨生产基地,而且已形成为采矿、选矿、加工、质量提纯和石墨制品一系列配套的综合性产业。目前年产量约占世界产量的一半，居于首位。产品品种20多种，产品牌号272种，产品质量、粒度分级及粉碎加工方法达世界先进水平。同时，由于不断开拓深加工产品，产品结构也发生较大的改善，已能生产代表当代国际先进水平的彩电管石墨乳,GRT节能减磨添加剂、可膨胀石墨、石墨板材、石墨密封件和石墨耐火材料等6大类近1000种深加工产品。长期以来，石墨一直是中国非金属优势矿产之一，今后仍将继续稳步发展。 2．2 石墨选矿加工方法 石墨的可浮性好，目前多用浮选法。常用的浮选药剂捕收剂为煤油、柴油等，起泡剂为二号油、四号油等，调整剂为石灰，抑制剂为水玻璃。浮选常采用FW、XJK型浮选机。产品脱水常采用各种离心脱水机或折带式过滤机。产品分级多采用高方筛，少数采用平而摇动筛、旋回筛。 晶质鳞片石墨多采用粗精矿再磨再选的浮选流程，浮选工艺流程一般为多段磨矿、多段选别、中矿顺序或集中返回的闭路流程，以便尽早选出大鳞片石墨。即先进行粗磨、粗选，得到以连生体为主的低品位精矿品位为40％～50％，然后将低品位精矿再磨、再选得最终精矿。因此多段流程有三种形式，即精矿再磨、中矿再磨和尾矿再磨。再磨次数为3～7次，一般3～4次。正常情况下选矿作业回收率一般在85％～89％之间。有些矿山也曾尝试中矿再磨流程，但效果不明显。个别小厂也有采用开路或半开路浮选流程，因丢弃尾矿点过多，选矿回收率很低，一般只有40％～50％。为抑制黄铁矿、云母等共生。可加石灰、糊精、碳酸钠、水玻璃等药剂。 隐晶质石墨晶体极小，故也叫微晶石墨，石墨颗粒常常嵌布在粘土中，分离很困难。由于原矿品位高一般含碳60％～80％，因此许多石墨矿山将采出的矿石直接进行粉碎加工，出售石墨粉产品。在中国，通常都是将开采出来的石墨矿石经过简单的手选后，直接粉碎成产品出售，流程隐晶质石墨选矿加工流程一般为 原矿→粗碎→中碎→烘干→磨矿→分级→包装 湖南鲁塘石墨矿50年代建立浮选厂浮选微晶石墨，但因成本太高而停产。目前一些单位仍在进行微晶石墨浮选新工艺如油团聚浮选等的研究。 除浮选外，还可采用静电选矿法。日本普建市了一个电选实验厂，但处理能力较小。由于电选给矿需要干燥和精密分级，在潮湿环境中对高压电源难于管理，微细粒部分难于处理等原因，没有实际生产。最近报导，电选处理中碳石墨效果很好，精矿品位可达96％左右。鳞片石墨也可用风选处理，但回收率不高。在严重缺水地区可用风选使石墨初步富集，然后将粗精矿送到水源丰富的地区精选，像新疆哈密石墨矿就适合用风选浮选联合流程。 2．2．1 浮选简介 浮选主要指泡沫浮选，是按矿物表面物理化学性质的差异来分离各种细粒的方法。浮选过程是在气、液、固三相体系中完成的复杂的物理化学过程。其实是疏水的有用矿物粘附在气泡上，亲水的脉石矿物留在水中，从而实现，从而实现彼此分离。 浮选作为一种工业规模的选矿方法出现，在国外大约是在19世纪末叶。浮选是根据各种矿物亲油性及亲水性的不同，加大量油类与矿浆搅拌，疏水性矿物不易被水润湿依靠表面张力面漂浮水面上，聚集成薄层，成为精矿；易被水润湿的亲水性脉石流入水中作为废弃尾矿排出。浮选工艺如图1所示 图1浮选工艺流程图 2．2．2选矿实例 （1）柳毛石墨矿 柳毛石墨矿位于黑龙江省鸡西市附近，是我国细鳞片石墨的重要产地，年产石墨20000t, 石墨为中、细鳞片状。鳞片直径l～1.5mm，最大达7mm。矿床由石英岩组成，主要矿物有石墨、石英、斜长石，少量的石榴子石、透辉石、正长石、白云母、绿泥石、褐铁矿、黄铁矿等。该矿床的特点是石墨鳞片小、品位高，一般品位为l0～20％，原矿经两段开路破碎，最终破碎产品粒度为13mm。根据多年生产经验，该矿采用4次再磨，6次精选的流程，最终产品品位为8990％。粗磨用直径2100900mm锥形球磨机，该机与16006000mm耙式分级机构成闭路。磨矿细度为≤l00目占60～70％。磨矿和浮选流程见图2，主要的石墨选矿设备见表3，药剂制度见表4。 图2柳毛石墨矿选矿流程图 表3主要的石墨选矿设备一览 序号 设备名称 型号规格 台数 用途 1 颚式破碎机 300380，t/h 1 粗碎 2 颚式破碎机 380280，t/h 1 粗碎 3 锤式破碎机 800600，t/h 2 中碎 4 锥形球磨机 2100900，23.5r/min 1 粗磨 5 耙式分级机 14006000，16.5r/min 1 6 搅拌槽 Φ21082200，220r/min 1 7 浮选机 FW-24型，XJK-2.8 37 8 球磨机 10003500，33.5r/min，装钢段3.5t 1 再磨 9 球磨机 9002200，38r/min，装钢段2.2t 2 再磨 10 球磨机 9003000，40r/min，装钢段3.0t 1 再磨 11 真空过滤机 10m2 1 12 烘干炕 400018000mm 1 13 分级筛 2500500mm 2 表4药剂制度 药剂名称 用量（g/t） 加药地点 煤油 750～1200 搅拌槽，粗选第5槽，扫选 二号油 70～1800 搅拌槽，粗选第5槽，扫选 （2）山东南墅石墨矿 山东南墅石墨矿是我国重要的石墨产地之一，年产中碳石墨20000t，高碳石墨7000t 矿石品位固定碳含量为4％左右，和柳毛石墨矿相类似，该矿采用4次再磨、6次精选的流程，选别流程见图3，药剂制度见表5。 图3山东南墅石墨矿选矿流程图 为提高磨矿效果，再磨机给矿全部用旋流器浓缩，第4次再磨用碾磨机，最终精矿品位为89％。 表5药剂制度 药剂名称 用量（g/t） 加药地点 煤油 200～250 搅拌槽 2号油 200～300 搅拌槽 石灰 1000～1500 球磨机 3 石墨的粉碎加工 晶质、非晶质石墨矿石粗碎多采用领式破碎机，中、细碎多采用圆锥破碎机或锤式破 碎机，磨矿采用球磨机、研磨机或振动磨石墨超细粉碎采用雷蒙磨、高速冲击式粉碎机和气流粉碎机。各工业部门对石墨产品粒度要求各不相同，如石墨坩埚需要0.3mm以上的鳞片石墨，电碳石墨制品石墨粒度必须小于0.074mm，胶体石墨粒度小于5μm，显像管涂层石墨粒度小于0.5μm等。因此石墨除需浮选提纯外还要进行粉碎加工。下面着重介绍国内采用的粉碎设备。 3.1雷蒙磨 雷蒙磨Raymond mill,又叫悬辊式盘磨机，用于圆盘不动型盘磨机。其结构如图4所示，辊子2的轴安装于梅花架1上，梅花架由传动装置带动而快速旋转。磨环3是固定不动的，物料由机体侧部通过给料机和榴槽给入饥内，在辊子2和磨环之间受到磨碎作用。气流从磨环下部以切线方向吹入、经过辊子同圆盘之间的磨碎区，夹带粉尘排入盘磨机上部的风力分级机选粉机。梅花架上悬有3～5个辊子，绕机体中心轴线公转。由于公转产生的离心力，辊子向外张开，压紧磨环并在其上面滚动。给入磨机内的物料由铲力4铲起并送入辊子与磨环之间进行磨碎。铲刀与梅花架连在一起，铲刀是倾斜安装的，每个辊子前面有一把铲刀，使物料形成一股物料流连续送至辊子与磨环之间。 图4雷蒙磨悬辊式盘磨机 1－梅花架；2－辊子；3－磨环；4－铲刀；5－给料部；6－返回风箱；7－排料部 风力分级机是单排或双排叶轮式分级机，由一台单独的电动机驱动。为了提高分级效率并在较广泛范围内调行分级粒度。可选用双排叶轮式分级机。叶轮的转速越高，分级粒度越细。叶轮由转盘及若干个径向叶片构成，使上升气流产生旋转运动。旋转气流产生的离心力，使粗粒向外层聚集，最终脱离气流而落至磨碎区再度磨碎；而细粒级合格产品随气流向上排入旋风集料器，从集料器下部排出，净化的气流从上部入鼓风机并返问盘磨机的返回风箱6。整个系统在负压下工作，多余的气流经过另一台旋风集尘器再度清理后，排入大气。由于雷蒙磨所设的空气离心式分级机对于比重、硬度不同的矿粒具有一定的分选作用，即经过雷集磨细磨后的细粒产品的纯度较原矿有一定程度的提高，这对石墨的细磨有重要意义。此外，如送入热风，雷蒙磨还可作为磨细与干燥联合使用，给料水分可达10～12％，而产品的水分接近于零。细磨与干燥联合工艺系统除了磨机、风力分级机、旋风集料器、作为第二段集尘的布袋集尘器、热风鼓风机等以外，还包括以煤气等为燃料的烟气加热设备和温度控制装置。即使给料的水分有波动，后者也能保证温度恒定。 3.2 高速粉碎机 高速粉碎机,亦称高速磨。我国主要用来粉碎石墨，故又称高速石墨粉碎机。其构造如图5所示。主要由转子1、机壳2和机座3组成。转子由主轴4、方刀转盘5、风扇转盘7、三角皮带8、球轴承9和轴承座10构成。方刀转盘和斜角刀转盘分别由8块方刀和12块斜角刀组成。该设备主机可划分3个工作区粉碎区、过渡区、分离区。工作原理如下石墨由经给料口11进入出方刀转盘和装有牙形衬板机壳构成的粉碎区；物料粉碎后进入由斜角刀转盘和锥形机壳构成的过渡区；在此受到再次粉碎；最后进入由风扇转盘和机完扩大部分构成的分离区。借助于风扇产生的上升气流．物料从排料口12排出。 图5高速粉碎机构造图 1－机壳；2－机壳；3－机座；4－主轴；5－方刀转盘；6－斜角刀转盘；7－风扇转盘； 8－三角皮带；9－单列向心球轴承；10－轴承座；11－进料口；12－排料口；13－牙形衬板 高速粉碎机的工艺系统如图6所示。物料从排料口排出进入微细分离器分级，粗粒返回给料口再粉碎，细粉随上升气流进入旋风集料器收集产品，含尘气体部分返回粉碎机，部分进入布袋除尘器。 图6高速粉碎机工艺系统图 1－高速石墨粉碎机；2－微细分离器；3－旋风集料器；4－脉冲除尘器；5－离心风机 高速粉碎机的破碎产品外观灰暗天光泽，雷蒙磨的产品光泽较好，但物理化学性质没有明显差别，对使用没有影响。 3.3石墨的超细粉碎 石墨的超细粉碎可以使用气流粉碎机，气流粉碎机是利用压缩空气或过热蒸气的能量使固体颗粒在粉粹室内互相碰撞、摩擦、剪切而使物料粉碎的一种设备。和其他粉碎机比较，该机有以下优点 1由于气流粉碎过程具有分级作用，故产品检度细而均匀，其细度可达2～3μm，这是一般干式粉碎机械难于达到的。 2产品机械夹杂少，故产晶质量稳定。这是因为气流粉碎机是靠物料互相碰击而粉碎的，所以粉碎室本身不易磨损。 3结构简单、主机无转动部件，体积小、加工方便、易于维修。 此机可以粉碎多种物料，如石墨、塑科、树脂，以及热敏、易燃、易爆等物品。采用压缩空气或过热蒸气作动力，可以实现粉碎和干燥两道工序同时进行。根据气流粉碎机结构的不同，石墨的超细粉碎可采用循环式、扁平式和高速冲击式气流粉碎机等设备。国内试验对比表明，粉碎鳞片石墨时。循环式比扁平式的粉碎效率更高，产品粒度更细。若使用过热蒸汽作喷气流，循环式的成本要比机械冲击式高速粉碎机低50％。 循环式气流粉碎机由给料、粉碎和循环分离等3部分组成，其构造见图7。工作原理如下压缩空气经进料嘴将给料斗内物料吹入粉碎区，物料在高速气流冲击下互相碰击、摩擦、剪切而被粉碎，另一路高压气流以亚音速的速度进入粉碎区，切向分速使气流带着物料在循环管内高速循环流动。含物料的气体经循环后进人分离区，在离心力的作用下按粒度分层。粗粒靠近管道外侧，最细的部分靠近内侧，当达到排料口时，由于气流突然改变方向，合格产品通过百叶窗式惯性分离器从排料口排出，粗粒再次下降循环，重新送人粉碎区进行粉碎，增大喷嘴直径、提高进气压力和加大两束气流的对冲角，可提高粉碎效率。 图7循环式气流粉碎机构造图 1－给料斗；2－给料喷嘴；3－文丘里管； 4－三通管；5－风包； 6－喷嘴（共10个）； 7－下弯管；8－变径直观；9－上弯管；10－叶片出料口； 11－排料管 4石墨的深加工和产品的应用 深加工是相对初加工的加工处理程度而言的，它是指将经过开采的矿物，根据用户或制品的物理性能及界面特性的要求，选粗加工后的原料矿物再深一步进行的精细加工。一般来说，经过深加工的矿物产品已不再是一种原料，而是具有某些优异性能、可供直接利用的材料。在某些条件下，初加工产品与深加工产品、或深加工产品与制品并无严格界限。例如，高碳石墨可看作是化学选矿的精矿，亦可看作是常规选矿的精矿精矿经化学提纯的深加工产品；而柔性石墨既可看作是高碳石墨的深加工产品，又可看作是一种新型密封材料制品。天然鳞片石墨经过深加工，生产出的镁碳砖、石墨乳、石墨润滑剂、石墨密封材料、石墨乳润滑剂、炭素制品及复合材料等各种石墨制品等高新技术产品，是众多工业部门的重要材料。现代工业对石墨产品要求向两方而发展；一是要求晶体大鳞片达到高纯，二是要求石墨产品颗粒达到超微细如小于1μm 或0.5μm 。目前，中国在南墅、北墅、柳毛、兴和等石墨选厂都建立了石墨提纯和微细粉加工生产线。 4.1石墨的提纯 随着科学和技术的发展，人们对石墨产品的纯度要求越来越高．浮选精矿品位只能达到96％左右，欲获得高纯度精粉，必须进行提纯。石墨提纯的方法很多，有碱法、酸法、高温热解法等几种。目前国内应用最多的是氢氧化钠法，高纯石墨微粉的生产线流程如图8所示，此法是将苛性钠和鳞片石墨以一定的比例混合，然后加热到500℃以上熔融后，石墨中的硅酸盐矿物与NaOH反应生成可溶性硅酸盐。然后用水洗涤至中性，加盐酸除去OH－和H2SiO3，再加水洗涤到中性，经过脱水，烘干，即可将普通鳞片石墨提纯到品位9799以上。 图8高纯石墨微粉的生产线流程 石墨的高温提纯又叫热力精炼法，其基本原理是利用石墨能耐高温的性质、把石墨置于特别的电炉中隔绝空气加热到2500℃时,石墨中的灰分杂质被蒸发出去，而石墨则再结晶，从而使石墨的纯度大大提高。石墨的高温提纯是在特别的纯化炉中进行的。这种炉用耐火砖砌成，两端插入石墨电极。通入45～70V低压交流电。电流大小随炉子的规格尺寸而定，一般都在4000A以上,由单相电炉变压器供给，炉内温度开始时直线上升，达到2500℃时保持72小时。石墨在纯化过程中需要严格保温、绝缘并与空气隔绝，多用粒度小于200目的炭黑作为保温绝热材料，也有用石英和煤炭混合物粒度5～10mm作为覆盖层。这种高温提纯能将石墨提纯到99.9％。如果在纯化炉内通人氯气和氟气，最后通人氮气,可使杂质更容易挥发、可将石墨纯度提高到99.99～99.999％，而且可使纯化时间适当缩短。 4.2 石墨的改性处理 石墨酸是鳞片石墨经过化学处理后的一种石墨氧化物，团呈酸性反应，故称石墨酸。有人称其为酸化石墨、可膨胀石墨、柔性石墨等。这是鳞片石墨在强氧化剂作用下，石墨晶格受到氧化，生成层间化合物。石墨酸的外观形态几乎和鳞片石墨一样，一般情况下不易分辨。除其保持天然石墨的某些特性外，不同的地方是亲水性强、热稳定性差，在温度150～200℃时体积膨胀，当温度为800～1000℃时，在瞬间体积可大大膨胀，膨胀倍数最大为500m1/g。石墨酸膨胀后生成一种蠕虫状石墨，此时石墨酸的晶体被破坏，失去原有的光泽性，但仍保持天然石墨的性质，并具有良好的可塑性及理想的柔韧、延展性，可以加工成型制成各种石墨制品。高纯膨胀石墨在不加任何粘结剂的情况下，经不同压缩比的机械加工可辗成薄片或模压成型，是生产石墨垫圈、石墨纤维板及多性能石墨制品的原料。这类制品90用作高级密封材料，除具有天然石墨的优良特性外，还有回弹性，可在-200～2000℃温度范围内使用，而且耐高温、而高压、耐腐蚀，国外称为密封材料之王。 4.3 各种石墨深加工产品的用途 石墨经过特殊加工以后，可以制作各种特殊材料用于有关工业部门。随着现代科学技术和工业的发展，石墨的应用领域还在不断拓宽，已成为高科技领域中新型复合材料的重要原料，在国民经济中具有重要的作用。下面介绍一些常见的石墨深加工的产品 1高纯石墨广泛用于核反应堆屏蔽及反射材料、固体燃料、火箭喷嘴、宇航设备零件、高级耐火材料与涂料、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。 2石墨乳分为显像管石墨乳、锻造石墨乳、拉丝石墨乳、节能减磨添加剂等，分别用于彩色显像管备部位的导电涂料、金属锻造和热挤压模具的润滑剂、金属冷铸涂型剂、玻璃制瓶脱模剂、金属拉丝润滑剂、润滑油减磨剂等。 如显像管石墨乳具有良好的附着性、造孔性、耐湿性、防腐性、电性能、理化性能稳定等涂敷性能。广泛适用于日立、东芝、松下、GE、飞利浦等彩管技术，黑白管技术的专用显象管涂敷材料。锻造石墨乳具有理想的高温润滑性、附着性、脱模容易、化学性质稳定、无腐 蚀、无毒害、提高成型质量、明显延长模具寿命等特点。是黑色、有色金属热加工中理想的高温脱膜润滑剂，在锻造、金属模压加工等行业广泛应用。节能减磨添加剂具有极强的减小磨擦和抗磨损性、重载极压性、改善润滑油热氧化稳定性、无氧化腐蚀和化学磨损、节能高效、良好配伍性、延续润滑性。改善运行工况、降低噪音、消除黑烟、减少尾气中有害物含量。 3可膨胀石墨和柔性石墨制品用于生产钢锭浇铸发热剂、生产密封填料和密封垫片等，如柔性石墨纸、石墨板、石墨填料环、石墨盘根高强复合板材等。 4炭素石墨制品主要用于耐热耐火材料、绝热材料、导电和电阻材料、润滑和减磨材料、耐腐蚀材料、器皿及模具等。如石墨电极、石墨模具、电弧碳棒、光谱分析电极棒、石墨阳极板、电炭刷、石墨管、石墨轴承等。 5石墨坩埚用于各种金属的熔炼。 5.前景展望 由于石墨具有许多优异性能，加之其使用范围极广，因此，可以预见，石墨将得到更多领域的重视和应用。随着科学技术的进步，特别是高科技的开发，使石墨材料在高速、耐磨、防腐、节能、超小型等高科技应用领域中又迈入了一个崭新的领域，如石墨节能添加剂、石墨高导涂料、石墨印刷电路、导电橡胶等。当今世界上已开发出电子管、通信管、液晶管、摄像管和计时管等专用石墨乳,并渗透到各工业应用领域。由于国外对密封材料的无石棉要求，柔性石墨密封材料除了用作一般动、静密封材料外，还广泛用在自动化、宇航、热辐射防护、原子能工业以及火箭发动机的喷嘴上等。石墨正在众多领域里逐步取代某些金属材料和有机材料，其发展前景十分广阔。 致 谢 衷心感谢传秀云老师在学习和生活中给予的精心培养和悉心帮助，导师简朴的生活，严谨的治学态度，使我在理论知识，实践能力，为人处世上受益匪浅。此外，在矿物工程实习过程中得到地空学院许多老师的大力支持，给我们提供了实验设备的指导，各位老师传授的专业知识、工作经验使我受益终生感谢的矿物工程所有同学，在学习上我们互相鼓励和帮助，这些都使我顺利克服了遇到的困难。 参考文献 1丁明.非金属矿加工工程.北京化学工业出版社,2003 2 姚书典.非金属矿物加工与利用. 北京 科学出版社,1992 3 Michio Inagaki and Feiyu Kang.Carbon Materials Science and Engineering--From Fundamentals to Applications, 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Burchell.Carbon Materials for Advanced Technology, Pergamon, 1999 5 沈增民.新型炭材料.化学工业出版社,2003 6 选矿手册编辑委员会, 张卯均,胡为柏,童国光, 等.选矿手册,第八卷第五分册,冶金工业出版社,1988 7 武汉建材学院,山东南墅石墨矿合编.石墨选矿,中国建筑工业出版社,1979 8 山东南墅石墨矿编.石墨,中国建筑工业出版社,1975 9 徐立栓,郑水林,等.非金属矿加工技术与设备中国非金属矿工业丛书.中国建材工业出版.1998 10 孙宝岐,吴一善,梁志标,许 霞,等.非金属矿深加工.北京冶金工业出版社.1995 11 朱 训,尹惠宇,项仁杰,韩新民,崔越昭,等.中国矿情.北京科学出版社.l999 12卢寿慈．矿物浮选原理．冶金工业出版社． 13胡为柏．浮选．冶金工业出版社． 14思百熙．浮选药剂．冶金工业出版社． 15胡熙庚．浮选理论与工艺．中南大学出版社. 16 http// 17 http//physics.uwstout.edu/geo/gallery.htm 18 http//edtech.kennesaw.edu/ web/rocks.html -14-