我国高端可膨胀石墨制备取得重大突破
来源： 2015-10-09 14:30 点击：
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“十二五”国家科技支撑计划项目——高纯石墨材料开发及其典型应用中的低硫高抗氧化性可膨胀石墨及高导热柔性石墨板制备技术开发与示范课题，在黑龙江科技大学通过科技部中期检查评估。该课题成果有助于改变我国石墨产业资源利用效率低、低端制造的发展模式。
目前，该课题已突破了天然石墨深加工过程中高质量可膨胀石墨的关键技术瓶颈，建成2条1000吨/年低硫高抗氧化性可膨胀石墨生产示范线以及1条60吨/年超薄高导热柔性石墨板生产示范线。采用新工艺制备的可膨胀石墨可膨胀容积≥200毫升/克、膨胀后硫含量≤500ppm、灰分≤0.50%，可使工业废水中的污染物及SOx等有害气体排放量降到最低限度。
据黑龙江奥宇石墨集团有限公司韩军介绍，课题组重点改进了制备膨胀石墨的氧化技术，探索研究了混合酸液的种类和组分对膨胀倍数、质量影响的规律，发现采用磷酸或磷酸盐类处理可膨胀石墨，能够提高其抗氧化能力。他们还研究了可减少环境污染的酸液回收方法，以解决制品残留酸根缓慢腐蚀的问题。
韩军告诉中国化工报记者，在制备膨胀石墨的过程中，氧化技术是难点。用高浓度硫酸浸渍石墨反应温度高，硫酸用量大，生产成本高且硫酸回收困难，易造成环境污染，同时残留的硫和氧化物会影响产品质量和配用件寿命。为了保持膨胀倍率，通常做法是用硝酸或高氯酸浸石墨，但这会造成严重的二次污染，同时配合使用的固体氧化剂残余量较大，影响产品质量。如果将硫酸与低污染的双氧水混合使用，污染小，但产品的硫含量、筛余量、膨胀倍数等不易控制。另外，采用二次混酸氧化可有效控制硫含量，提高膨胀倍率，但易破坏石墨结构，筛余量降低。因此，改进制备膨胀石墨的氧化技术，使可膨胀石墨硫含量、纯度、筛余量等技术指标均达到一级以上标准成为课题的攻关难点。
目标明确后，课题组以鸡西、萝北的高纯鳞片石墨为基础原料，开发出以30%双氧水为氧化剂，硫酸、乙酸等混酸为氧化插层剂，采用二次氧化插层技术制备低硫可膨胀石墨的技术工艺。该工艺采用液体氧化剂取代固体强氧化剂，有效降低了可膨胀石墨的灰分；通过混酸作插层剂有效控制了产品的硫含量。结合这一优化的工艺技术，课题组同时还进行了可膨胀石墨工业反应器、自动入料系统、废水与废气联动系统、反应器与酸清洗系统联动连接等的设计与改造，最终建成年产千吨的生产示范线。
据了解，在石墨产业链条中，膨胀石墨不仅具备天然石墨本身的耐热、耐腐蚀、自润滑等优良特性，且具备天然石墨轻质柔软、可压缩、可回弹等性能，在密封、阻燃、医疗、有机反应、环保等领域应用广泛。尤其是在油田管道及化工生产装置里，可膨胀石墨密封垫片可替代石棉密封垫片，具有很好的耐高温高压、耐酸碱性能。
目前，该课题已突破了天然石墨深加工过程中高质量可膨胀石墨的关键技术瓶颈，建成2条1000吨/年低硫高抗氧化性可膨胀石墨生产示范线以及1条60吨/年超薄高导热柔性石墨板生产示范线。采用新工艺制备的可膨胀石墨可膨胀容积≥200毫升/克、膨胀后硫含量≤500ppm、灰分≤0.50%，可使工业废水中的污染物及SOx等有害气体排放量降到最低限度。
据黑龙江奥宇石墨集团有限公司韩军介绍，课题组重点改进了制备膨胀石墨的氧化技术，探索研究了混合酸液的种类和组分对膨胀倍数、质量影响的规律，发现采用磷酸或磷酸盐类处理可膨胀石墨，能够提高其抗氧化能力。他们还研究了可减少环境污染的酸液回收方法，以解决制品残留酸根缓慢腐蚀的问题。
韩军告诉中国化工报记者，在制备膨胀石墨的过程中，氧化技术是难点。用高浓度硫酸浸渍石墨反应温度高，硫酸用量大，生产成本高且硫酸回收困难，易造成环境污染，同时残留的硫和氧化物会影响产品质量和配用件寿命。为了保持膨胀倍率，通常做法是用硝酸或高氯酸浸石墨，但这会造成严重的二次污染，同时配合使用的固体氧化剂残余量较大，影响产品质量。如果将硫酸与低污染的双氧水混合使用，污染小，但产品的硫含量、筛余量、膨胀倍数等不易控制。另外，采用二次混酸氧化可有效控制硫含量，提高膨胀倍率，但易破坏石墨结构，筛余量降低。因此，改进制备膨胀石墨的氧化技术，使可膨胀石墨硫含量、纯度、筛余量等技术指标均达到一级以上标准成为课题的攻关难点。
目标明确后，课题组以鸡西、萝北的高纯鳞片石墨为基础原料，开发出以30%双氧水为氧化剂，硫酸、乙酸等混酸为氧化插层剂，采用二次氧化插层技术制备低硫可膨胀石墨的技术工艺。该工艺采用液体氧化剂取代固体强氧化剂，有效降低了可膨胀石墨的灰分；通过混酸作插层剂有效控制了产品的硫含量。结合这一优化的工艺技术，课题组同时还进行了可膨胀石墨工业反应器、自动入料系统、废水与废气联动系统、反应器与酸清洗系统联动连接等的设计与改造，最终建成年产千吨的生产示范线。
据了解，在石墨产业链条中，膨胀石墨不仅具备天然石墨本身的耐热、耐腐蚀、自润滑等优良特性，且具备天然石墨轻质柔软、可压缩、可回弹等性能，在密封、阻燃、医疗、有机反应、环保等领域应用广泛。尤其是在油田管道及化工生产装置里，可膨胀石墨密封垫片可替代石棉密封垫片，具有很好的耐高温高压、耐酸碱性能。
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