高端可膨脹石墨制備取得突破

    12月16日，“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——高純石墨材料開發(fā)及其典型應(yīng)用中的低硫高抗氧化性可膨脹石墨及高導(dǎo)熱柔性石墨板制備技術(shù)開發(fā)與示范課題，在黑龍江科技大學(xué)通過科技部中期檢查評(píng)估。該課題成果有助于改變我國(guó)石墨產(chǎn)業(yè)資源利用效率低、低端制造的發(fā)展模式。
　　目前，該課題已突破了天然石墨深加工過程中高質(zhì)量可膨脹石墨的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，建成2條1000噸/年低硫高抗氧化性可膨脹石墨生產(chǎn)示范線以及1條60噸/年超薄高導(dǎo)熱柔性石墨板生產(chǎn)示范線。采用新工藝制備的可膨脹石墨可膨脹容積≥200毫升/克、膨脹后硫含量≤500ppm、灰分≤0.50%，可使工業(yè)廢水中的污染物及SOx等有害氣體排放量降到最低限度。
　　據(jù)黑龍江奧宇石墨集團(tuán)有限公司韓軍介紹，課題組重點(diǎn)改進(jìn)了制備膨脹石墨的氧化技術(shù)，探索研究了混合酸液的種類和組分對(duì)膨脹倍數(shù)、質(zhì)量影響的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)采用磷酸或磷酸鹽類處理可膨脹石墨，能夠提高其抗氧化能力。他們還研究了可減少環(huán)境污染的酸液回收方法，以解決制品殘留酸根緩慢腐蝕的問題。
　　韓軍告訴中國(guó)化工報(bào)記者，在制備膨脹石墨的過程中，氧化技術(shù)是難點(diǎn)。用高濃度硫酸浸漬石墨反應(yīng)溫度高，硫酸用量大，生產(chǎn)成本高且硫酸回收困難，易造成環(huán)境污染，同時(shí)殘留的硫和氧化物會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量和配用件壽命。為了保持膨脹倍率，通常做法是用硝酸或高氯酸浸石墨，但這會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染，同時(shí)配合使用的固體氧化劑殘余量較大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。如果將硫酸與低污染的雙氧水混合使用，污染小，但產(chǎn)品的硫含量、篩余量、膨脹倍數(shù)等不易控制。另外，采用二次混酸氧化可有效控制硫含量，提高膨脹倍率，但易破壞石墨結(jié)構(gòu)，篩余量降低。因此，改進(jìn)制備膨脹石墨的氧化技術(shù)，使可膨脹石墨硫含量、純度、篩余量等技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到一級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)成為課題的攻關(guān)難點(diǎn)。
 
　　目標(biāo)明確后，課題組以雞西、蘿北的高純鱗片石墨為基礎(chǔ)原料，開發(fā)出以30%雙氧水為氧化劑，硫酸、乙酸等混酸為氧化插層劑，采用二次氧化插層技術(shù)制備低硫可膨脹石墨的技術(shù)工藝。該工藝采用液體氧化劑取代固體強(qiáng)氧化劑，有效降低了可膨脹石墨的灰分；通過混酸作插層劑有效控制了產(chǎn)品的硫含量。結(jié)合這一優(yōu)化的工藝技術(shù)，課題組同時(shí)還進(jìn)行了可膨脹石墨工業(yè)反應(yīng)器、自動(dòng)入料系統(tǒng)、廢水與廢氣聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、反應(yīng)器與酸清洗系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)連接等的設(shè)計(jì)與改造，最終建成年產(chǎn)千噸的生產(chǎn)示范線。
　　據(jù)了解，在石墨產(chǎn)業(yè)鏈條中，膨脹石墨不僅具備天然石墨本身的耐熱、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等優(yōu)良特性，且具備天然石墨輕質(zhì)柔軟、可壓縮、可回彈等性能，在密封、阻燃、醫(yī)療、有機(jī)反應(yīng)、環(huán)保等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。尤其是在油田管道及化工生產(chǎn)裝置里，可膨脹石墨密封墊片可替代石棉密封墊片，具有很好的耐高溫高壓、耐酸堿性能。
走精深加工之路
草禾
　　我國(guó)石墨礦產(chǎn)資源豐富，儲(chǔ)量約占世界的70%，石墨年產(chǎn)量在45萬(wàn)噸~75萬(wàn)噸波動(dòng)。美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家以低廉價(jià)格購(gòu)買我國(guó)石墨原料，生產(chǎn)石墨導(dǎo)熱材料或制品高價(jià)返銷的方式，不僅賺取大量外匯，同時(shí)還通過技術(shù)控制國(guó)內(nèi)的石墨加工企業(yè)。而我們的石墨產(chǎn)品卻還停留在選礦初加工為主的階段，加工制品比例僅占產(chǎn)量的百分之十幾，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)非常不合理。
　　由于加工技術(shù)落后，國(guó)產(chǎn)可膨脹石墨主流產(chǎn)品（占可膨脹石墨總產(chǎn)量90%以上）硫含量高于2%，灰分大于1%，按GB10698-89標(biāo)準(zhǔn)分類，產(chǎn)品質(zhì)量難達(dá)二級(jí)水平，不能應(yīng)用于高級(jí)導(dǎo)熱、密封、潤(rùn)滑等領(lǐng)域，典型產(chǎn)品如密封墊片僅適用普通工業(yè)石油、化工等領(lǐng)域。一級(jí)以上可膨脹石墨產(chǎn)量不足10%，且大多采用濃硝酸或高氯酸制備，協(xié)同反應(yīng)的固體氧化劑殘留量較大，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，環(huán)境污染嚴(yán)重。
　　為改變這種現(xiàn)狀，近幾年，石墨行業(yè)也在不斷延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，雖已涌現(xiàn)出了黑龍江浩市新能源有限公司、黑龍江奧宇石墨集團(tuán)等金剛石、高純石墨等精深加工企業(yè)，但數(shù)量還是不多。若想保護(hù)好我國(guó)的石墨資源，讓石墨成為真正的“黑金子”，石墨產(chǎn)業(yè)必須走精深加工之路。希望通過高純石墨材料開發(fā)國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)施，提升石墨產(chǎn)業(yè)的深加工技術(shù)水平，讓國(guó)產(chǎn)石墨材料也步入高端。