不管是用于人造金剛石的原料、鋰離子電池的陰極材料、燃料電池的電極材料、密封、導(dǎo)熱的柔性石墨材料，還是用于航空航天、國防、核工業(yè)的特殊石墨材料，都要求石墨的純度為含碳99%~99.99%，甚至更高。我國市場需要的高純超細(xì)石墨制品則多依賴進(jìn)口。因此，針對高純石墨制備工藝進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

·石墨中的雜質(zhì)

自然界中沒有純凈的石墨，石墨礦中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。

·石墨提純方法

石墨提純的過程十分復(fù)雜，主要的提純方法有浮選法、堿酸法、氫氟酸法、高溫法以及氯化焙燒法。

01?浮選法

通常浮選法僅作為石墨提純的第一步，想要獲得高純石墨，還要進(jìn)一步利用化學(xué)法或高溫法。

浮選法原理是利用礦物表面性質(zhì)的差異，將礦石用浮選藥劑處理后，使礦物有選擇性地粘附于氣泡上，從而將有用的礦物和脈石礦物分開。石墨與水接觸后， 其表面不易被水浸潤，同時(shí)石墨的可懸浮性十分良好，因此石墨較易被分離。

優(yōu)點(diǎn)：能耗和試劑消耗少、成本低。

缺點(diǎn)：石墨的品位只能達(dá)到一定范圍，并且回收率低。

02?堿酸法

目前石墨的化學(xué)提純中應(yīng)用較為普遍且成熟的工藝方法是堿酸兩步法。

堿酸法工藝流程

優(yōu)點(diǎn)：一次性投資少、產(chǎn)品品位較高、工藝適應(yīng)性強(qiáng)，而且還具有設(shè)備常規(guī)、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

缺點(diǎn)：要高溫煅燒、能量消耗大、反應(yīng)時(shí)間長、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、石墨流失量大以及廢水污染嚴(yán)重等。

03?氫氟酸法

石墨的耐酸性很好，尤其是對氫氟酸的耐性極強(qiáng)。采用氫氟酸法尤其適于處理云母含量較高的石墨。

氫氟酸法工藝流程

優(yōu)點(diǎn)：除雜效率高，所得產(chǎn)品的品位高，對石墨產(chǎn)品的性能影響小，能耗低。

缺點(diǎn)：氫氟酸有劇毒和強(qiáng)腐蝕性，生產(chǎn)過程中必須有嚴(yán)格的安全防護(hù)措施，環(huán)保投入也使得氫氟酸法大打折扣。

04?高溫法

石墨是一種高熔點(diǎn)高沸點(diǎn)的物質(zhì)，其熔沸點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅酸鹽材料，硅酸鹽的沸點(diǎn)是2750℃左右，石墨沸點(diǎn)為4500℃，熔點(diǎn)為3850±50℃。

因此高溫法原理是利用它們的熔沸點(diǎn)差異，將石墨置于石墨化的石墨坩堝中，在一定的氣氛下，利用特定的儀器設(shè)備加熱到2700℃，即可使雜質(zhì)氣化并從石墨中逸出，達(dá)到提純的效果。

優(yōu)點(diǎn)：通過此法能夠獲得純度高達(dá)99.99%的超高純石墨。

缺點(diǎn)：需要巨大金額的投資，同時(shí)生產(chǎn)過程中需要隔絕空氣，電爐加熱要求嚴(yán)苛。

05?氯化焙燒法

氯化焙燒法是利用雜質(zhì)氧化物的熔沸點(diǎn)比雜質(zhì)氯化物的熔沸點(diǎn)高這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對石墨的提純。

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能、回收率高、提純效果好等。

缺點(diǎn)：氯氣有毒，在生產(chǎn)過程中會對操作人員造成一定損害，并且腐蝕性十分嚴(yán)重，污染環(huán)境。此外，工藝穩(wěn)定性不足，獲得的石墨產(chǎn)品純度有限，這一系列缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)中的應(yīng)用。