石墨材料生产工艺.ppt

第三章石墨(shímò)材料生产工艺;主要教学内容：

胶体石墨的制备工艺；

#胶体石墨的稳定性分散。

*石墨层间化合物的制备方法。

教学目的(mùdì)要求：

掌握胶体石墨的制备工艺；

掌握石墨层间化合物的制备方法。;教学方法与手段：

讲授；多媒体

讨论、思考题、作业：

胶体石墨稳定分散的条件有哪些？

说明制备(zhìbèi)石墨层间化合物的原理。

参考资料：

徐涛。石墨制品工艺学。武汉工业大学出版社，1992。;第四页，共101页。;美军BLU-114型石墨(shímò)炸弹;石墨炸弹是一种主要针对电力设施的武器。这种炸弹内含有大量的丝状碳纤维，经飞机投送后在空中炸开，大量碳纤维丝团像蜘蛛网一样密密麻麻地飘落，搭在电力设施上使其短路，致使对方电力供应中断。1999年科索沃战争中，就曾使用这种石墨炸弹使得南联盟电力系统瘫痪(tānhuàn).

软炸弹--属于非致命性武器。;;第八页，共101页。;第九页，共101页。;第一节石墨(shímò)概述

晶体结构:层内共价键，层间分子键.

此结构决定了石墨(shímò)的形态与性质。

为层间化合物的制备提供前提条件。;第十一页，共101页。;天然石墨矿物有：

晶质石墨(片状、鳞片状）

隐晶质(土状)石墨两中产出形式。

常伴有长石,石英(shíyīng),云母,磁铁矿等矿物。;二、性质

耐高温(熔点3850℃,沸点4250℃)、导电、润滑、化学性质稳定、疏水性、可塑性等。

天然石墨(shímò)；

以沥青、焦炭为原料生产的人造石墨(shímò)。;用于制造远程导弹或者航天火箭推进器的材料；

用于核工程（中子减速剂）；

用于制造新型潜艇的轴承；

用于航空电刷、密封(mìfēng)、润滑材料等。;第二节石墨的提纯

选矿后的石墨纯度小于94%,必须经过(jīngguò)化学提纯提高品位。

去除长石,石英,云母等杂质。;化学提纯：通过化学过程获得(huòdé)高纯或超纯矿物原料的加工方法。

原则：酸浸出其中的金属盐和碱(土)金属;

碱浸出非金属氧化物。;1、苛性钠熔融法

在500-800℃的高温熔融状态下，氢氧化钠(qīnɡyǎnɡhuànà)可与石墨中的杂质矿物起反应1小时，如二氧化硅、氧化铁等；金属离子从矿物中浸出后生成沉淀。

然后用酸洗涤成溶于水的盐，洗去。???温下也可以进行。产品的品位99-99.9%。;SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

其它硅酸盐、碳酸盐矿物也有上述(shàngshù)反应。

Al3++3OH-→Al(OH)3↓

Al(OH)3↓+3HCl→AlCl3+3H2O

原矿的品位达90-95%，提纯后达99%。;2、氢氟酸法：

石墨(shímò)与水按1：1的比例混合，一边搅拌加入酸，反应24小时，用碱中和。产品达99%以上。

SiO2+4HF=2H2O+SiF4↑

CaSiO3+6HF=CaF2+3H2O+SiF4↑;其毒性(dúxìnɡ)及腐蚀性限制其使用。

可溶解石英及硅酸盐。

耐酸、密封的反应罐中进行;3、活性气体法：用四氯化碳使石墨中的杂质变为蒸汽排出(páichū)。杂质成分仅为石英时使用干燥的氟化氢气体。

立式回转炉。;4、高温(gāowēn)气化法：温度在2500℃以上保持72小时，杂质的沸点较低,易挥发。反应在纯化炉中进行，与空气隔绝。

可得99.99-99.999%的超纯产品.;第三节胶体石墨（石墨乳）

包括润滑材料及导电材料（158，216）

石墨乳是一种以超微细鳞片状(1-5微米)石墨为固体(gùtǐ)分散相，以水或油、有机溶剂为介质的固-液相两相材料。

;一、胶体(jiāotǐ)石墨的生产工艺

1、超微细化处理

湿法磨矿（震动磨）；

干法磨矿（气流粉碎机、超微粉碎机）。细度(3-5微米)。;2、分散处理

其实，上述两个过程是交叉在一起的。特别是湿法磨矿,微细化与分散处理穿插进行。

分散过程中添加湿润剂（保护胶体）、解胶剂（分散剂）等，使胶体石墨(shímò)稳定存在。;石墨具有疏水性且带负电，因此，需要加入亲水性物质（保护胶体,增粘剂）使石墨具有亲水性；

研磨分级时，需要加入析凝剂使之沉淀，再脱水捕集；

解胶：在石墨浆液中加入碱性电解质（解胶剂），使pH值保持在10左右，石墨粒子带负电荷处于(chǔyú)稳定状态。;常用保护(bǎohù)胶体有：动物胶、阿拉伯树胶、羧甲基纤维素（CMC)等。

设备有:

三辊磨、胶体磨、振动磨;

辅助设备有:泵,搅拌机,储液罐,震动筛等。;油剂石墨乳的水-油相转移(zhuǎnyí)工艺是:

含水的石墨粒子+亲油分散剂及润滑油—高压釜蒸馏去水分—油剂胶体石墨。;二、胶体石墨的性质

取决于石墨粒子的大小及形状;(能否分散)

石墨在液体(yètǐ)中的悬浮分散稳