高端可膨脹石墨制備取得突破

    12月16日，“十二五”國家科技支撐計劃項目——高純石墨材料開發(fā)及其典型應用中的低硫高抗氧化性可膨脹石墨及高導熱柔性石墨板制備技術開發(fā)與示范課題，在黑龍江科技大學通過科技部中期檢查評估。該課題成果有助于改變我國石墨產業(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量可膨脹石墨的關鍵技術瓶頸，建成2條1000噸/年低硫高抗氧化性可膨脹石墨生產示范線以及1條60噸/年超薄高導熱柔性石墨板生產示范線。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。
　　據黑龍江奧宇石墨集團有限公司韓軍介紹，課題組重點改進了制備膨脹石墨的氧化技術，探索研究了混合酸液的種類和組分對膨脹倍數、質量影響的規(guī)律，發(fā)現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。
　　韓軍告訴中國化工報記者，在制備膨脹石墨的過程中，氧化技術是難點。用高濃度硫酸浸漬石墨反應溫度高，硫酸用量大，生產成本高且硫酸回收困難，易造成環(huán)境污染，同時殘留的硫和氧化物會影響產品質量和配用件壽命。為了保持膨脹倍率，通常做法是用硝酸或高氯酸浸石墨，但這會造成嚴重的二次污染，同時配合使用的固體氧化劑殘余量較大，影響產品質量。如果將硫酸與低污染的雙氧水混合使用，污染小，但產品的硫含量、篩余量、膨脹倍數等不易控制。另外，采用二次混酸氧化可有效控制硫含量，提高膨脹倍率，但易破壞石墨結構，篩余量降低。因此，改進制備膨脹石墨的氧化技術，使可膨脹石墨硫含量、純度、篩余量等技術指標均達到一級以上標準成為課題的攻關難點。
 
　　目標明確后，課題組以雞西、蘿北的高純鱗片石墨為基礎原料，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制備低硫可膨脹石墨的技術工藝。該工藝采用液體氧化劑取代固體強氧化劑，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品的硫含量。結合這一優(yōu)化的工藝技術，課題組同時還進行了可膨脹石墨工業(yè)反應器、自動入料系統(tǒng)、廢水與廢氣聯動系統(tǒng)、反應器與酸清洗系統(tǒng)聯動連接等的設計與改造，最終建成年產千噸的生產示范線。
　　據了解，在石墨產業(yè)鏈條中，膨脹石墨不僅具備天然石墨本身的耐熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良特性，且具備天然石墨輕質柔軟、可壓縮、可回彈等性能，在密封、阻燃、醫(yī)療、有機反應、環(huán)保等領域應用廣泛。尤其是在油田管道及化工生產裝置里，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
　　我國石墨礦產資源豐富，儲量約占世界的70%，石墨年產量在45萬噸~75萬噸波動。美國為首的發(fā)達國家以低廉價格購買我國石墨原料，生產石墨導熱材料或制品高價返銷的方式，不僅賺取大量外匯，同時還通過技術控制國內的石墨加工企業(yè)。而我們的石墨產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量的百分之十幾，產品結構非常不合理。
　　由于加工技術落后，國產可膨脹石墨主流產品（占可膨脹石墨總產量90%以上）硫含量高于2%，灰分大于1%，按GB10698-89標準分類，產品質量難達二級水平，不能應用于高級導熱、密封、潤滑等領域，典型產品如密封墊片僅適用普通工業(yè)石油、化工等領域。一級以上可膨脹石墨產量不足10%，且大多采用濃硝酸或高氯酸制備，協同反應的固體氧化劑殘留量較大，產品質量穩(wěn)定性差，環(huán)境污染嚴重。
　　為改變這種現狀，近幾年，石墨行業(yè)也在不斷延伸產業(yè)鏈條，雖已涌現出了黑龍江浩市新能源有限公司、黑龍江奧宇石墨集團等金剛石、高純石墨等精深加工企業(yè)，但數量還是不多。若想保護好我國的石墨資源，讓石墨成為真正的“黑金子”，石墨產業(yè)必須走精深加工之路。希望通過高純石墨材料開發(fā)國家科技支撐計劃項目的實施，提升石墨產業(yè)的深加工技術水平，讓國產石墨材料也步入高端。