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石墨加工生產(chǎn)線裝備的選擇原則及要求

來源：          發(fā)布者：         2018-03-14

隨著石墨在鋰離子電池、密封、制動(dòng)、潤(rùn)滑等新能源、新材料領(lǐng)域應(yīng)用潛力的挖掘。人們從純度、粒度、形狀、表面形態(tài)四個(gè)方面對(duì)石墨進(jìn)行深度加工。相應(yīng)的，對(duì)石墨行業(yè)設(shè)備提出了更高的要求。


1.在石墨浮選生產(chǎn)過程中的再磨設(shè)備


石墨深加工產(chǎn)業(yè)的前提是提純，石墨提純是一個(gè)復(fù)雜的物化過程，其提純方法主要有浮選法、堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法、高溫法。


浮選是一種常用而重要的選礦方法，石墨具有良好的天然可浮性，基本上所有的石墨都可以通過浮選的方法進(jìn)行提純，為保護(hù)石墨的鱗片，石墨浮選大多采用多段流程。


謝朝學(xué)為保護(hù)石墨鱗片結(jié)構(gòu)，對(duì)磨礦機(jī)磨礦介質(zhì)的種類進(jìn)行了比較，表明筒棒介質(zhì)磨礦對(duì)保護(hù)石墨的大鱗片有明顯效果。針對(duì)筒棒介質(zhì)磨礦效率低的問題，可以通過多段磨礦多種介質(zhì)交替使用的方法來解決。一段磨礦使用筒棒介質(zhì)，先回收大鱗片石墨，后續(xù)的再磨再選可以考慮用常規(guī)的球磨或棒磨。


濕法攪拌磨，同傳統(tǒng)的砂磨機(jī)相比，磨礦效果更好，效率更高，對(duì)大鱗片有保護(hù)作業(yè)，單臺(tái)處理量大。


2.石墨堿融設(shè)備


堿酸法是石墨化學(xué)提純的主要方法，也是目前比較成熟的工藝方法。通過強(qiáng)堿和強(qiáng)酸，將不溶于水的雜質(zhì)，改變成可溶于水的鹽類，在反復(fù)洗滌過程排出，從而達(dá)到提純目的。


高純石墨堿熔和酸浸工藝流程


傳統(tǒng)的石墨堿融設(shè)備一般是鑄鐵管材質(zhì)的，由于鑄鐵管最大直徑在1600，因此，設(shè)備臺(tái)時(shí)產(chǎn)量都很小，生產(chǎn)規(guī)模沒辦法做大。蘇州中材非礦院與靖江峰力干燥設(shè)備有限公司經(jīng)過大量的試驗(yàn)，成功解決了堿腐蝕的問題，兩臺(tái)8萬噸/年處理量大的大型堿融設(shè)備已在吉林通化安裝使用。


3.高溫提純?cè)O(shè)備


石墨的熔點(diǎn)為3850℃±50℃，是自然界熔沸點(diǎn)最高的物質(zhì)之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雜質(zhì)硅酸鹽的沸點(diǎn)。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)氣化從石墨中逸出，達(dá)到提純的效果。該技術(shù)可以將石墨提純到99.99%以上。



石墨高溫提純?cè)O(shè)備一般使用艾氣遜爐，間斷作業(yè)，生產(chǎn)環(huán)境差，產(chǎn)品純度不均勻，噸產(chǎn)品電耗在16000-20000度電。實(shí)驗(yàn)室用小型高溫提純爐，間斷作業(yè)，產(chǎn)品純度均勻，溫度可達(dá)3000度，每次裝料100kg，24小時(shí)一個(gè)周期，但生產(chǎn)規(guī)模做不大?，F(xiàn)在湖南兩家公司在研究連續(xù)式石墨提純爐，樣機(jī)已出來，還沒有實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，可以大幅度降低電耗，噸產(chǎn)品電耗在8000度左右。


4.浮選柱


近年來，浮選柱是選礦應(yīng)用的研究熱點(diǎn)，在石墨選礦中也得到了廣泛應(yīng)用。


浮選柱是一種柱形浮選設(shè)備，具有節(jié)能，占地面積少，選礦精礦品位高、選礦比大等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)石墨短流程浮選、提高石墨選礦精礦品位的關(guān)鍵設(shè)備。經(jīng)過所做試驗(yàn)分析，浮選柱適合精選工段，可以用一段浮選柱替代2~3段浮選機(jī)，且精礦品位相當(dāng)或更高。



目前，國(guó)內(nèi)較少有關(guān)于浮選柱在鱗片石墨浮選生產(chǎn)的應(yīng)用報(bào)道，對(duì)鱗片石墨浮選的浮選柱適用性的研究也較少。


黑龍江某細(xì)鱗片石墨礦采用浮選工藝進(jìn)行選別,采用改進(jìn)后的KYZB型浮選柱,對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中不同浮選作業(yè)的礦漿,進(jìn)行了充氣量、給礦速度等不同浮選條件下的鱗片石墨柱浮選新工藝研究。研究結(jié)果表明,相比于浮選機(jī),KYZB型浮選柱精礦回收率偏低,但是可以獲得固定碳含量更高的浮選精礦。


5.球形化設(shè)備


關(guān)于球形石墨加工設(shè)備的選擇。


（1）球形工藝中使用比較多的是氣流渦旋粉碎機(jī)，其既具有粉碎的性能又具有去棱角化的效果。此外，分級(jí)設(shè)備的好壞會(huì)直接影響到球形化石墨的產(chǎn)出率和球形石墨的技術(shù)指標(biāo)控制，所以選擇時(shí)要加以重視。


（2）用于鋰離子電池的石墨負(fù)極材料，其純度要求往往在99.95%以上，因此，提純工藝在整個(gè)生產(chǎn)過程中必不可少且至關(guān)重要。目前，高純球形石墨的生產(chǎn)一般采用化學(xué)提純方法生產(chǎn)，所用化工原料都是強(qiáng)酸類物質(zhì)，故提純?cè)O(shè)備必須是耐酸耐腐蝕設(shè)備。同時(shí)，由于化學(xué)提純都是在一定的溫度下完成的，所以設(shè)備還同時(shí)具備一定的耐高溫性能。


（3）化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后，球形石墨中的雜質(zhì)都被溶解于反應(yīng)溶液中，只有通過洗滌才能將雜質(zhì)帶走。工藝上采用的洗滌設(shè)備主要有壓濾機(jī)和離心機(jī)兩種。壓濾機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是回收率高，跑料少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，安全易操作，缺點(diǎn)是洗滌效果相對(duì)較差，有死角洗不到。而離心機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是洗滌較充分，效果好，但缺點(diǎn)也較多，如跑料多，浪費(fèi)大，出料時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全易性不如壓濾機(jī)，同時(shí)比較浪費(fèi)水。將二者結(jié)合使用效果好。


（4）把提純洗滌合格后的球形石墨烘干去水分，將水分控制在0.5%以下。在烘干過程中，最容易出現(xiàn)的問題是二次污染，即球形石墨烘干后出現(xiàn)因混入雜質(zhì)而成為不合格品，主要表現(xiàn)為含碳量和微量元素的指標(biāo)不合格。采用較多的烘干設(shè)備有烘干窯，微波烘干機(jī)和烘干爐等。


現(xiàn)在球形化設(shè)備一般是760、510、410串聯(lián)配置，成球率在65~75%，曾經(jīng)有設(shè)備廠把設(shè)備直徑做到1100，但使用效果不好。說明設(shè)備不能按比例無限放大。球形化設(shè)備有兩種觀點(diǎn)一直爭(zhēng)執(zhí)比較大，一種觀點(diǎn)是先把石墨提純?nèi)缓笤偾蚧蛐位O(shè)備里面襯耐磨防污染材料，每臺(tái)設(shè)備大約增加10萬元成本。但產(chǎn)量相對(duì)較低一些；另一種觀點(diǎn)是先用球形設(shè)備打球，產(chǎn)量相對(duì)較高一些，把生產(chǎn)出來的球形石墨去提純，微粉石墨作為副產(chǎn)品，提純的量相對(duì)減少了。



6.浮選再磨前脫水設(shè)備


浮選再磨前脫水設(shè)備在國(guó)內(nèi)石墨浮選行業(yè)一直是一個(gè)空白，由于浮選后階段的物料濃度比較小，而再磨需要相對(duì)較高的磨礦濃度，如果進(jìn)漿濃度過小將直接影響再磨效果，并且需要的設(shè)備臺(tái)數(shù)也多。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的濃縮設(shè)備如濃密機(jī)、水力旋流器、臥螺離心機(jī)等，經(jīng)過試驗(yàn)，均不能達(dá)到石墨再磨礦漿濃縮的要求，通過多年研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)陸凱公司的MVS系列振動(dòng)篩特別適合再磨前礦漿的脫水，再磨礦漿由3~8%左右的濃度經(jīng)過振動(dòng)篩后，篩上礦漿濃縮至14~18%，進(jìn)入再磨機(jī)，再磨后的礦漿與篩下物料混合后進(jìn)入下一段浮選用業(yè)。


7.脫水設(shè)備


目前國(guó)內(nèi)石墨工業(yè)常用脫水設(shè)備為折帶過濾機(jī)、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)、真空帶式過濾機(jī)、板框壓濾機(jī)等，折帶過濾機(jī)產(chǎn)品水分在33%~36%,連續(xù)作業(yè)；板框壓濾機(jī)產(chǎn)品水分在24%~26%，間斷作業(yè)。普遍比較高，通過多年研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)立式壓濾機(jī)特別適用于石墨的脫水，經(jīng)過吉林通化某石墨選礦廠的實(shí)際生產(chǎn)，其最終產(chǎn)品的水分能達(dá)到16%~18%。且單臺(tái)處理量大，大大降低了干燥工段的能耗。


隨著石墨在高端應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，石墨的加工設(shè)備也朝著超微超細(xì)、大型化、智能化等方向發(fā)展。此外，短流程、高效率、低成本、綠色制造也是非金屬礦物加工領(lǐng)域的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)之一。


參考資料：龐功周，《非金屬礦加工廠生產(chǎn)線裝備的選擇原則及要求》


劉海營(yíng)，勞德平，李崇德，申士富，《黑龍江蘿北鱗片石墨浮選新工藝研究》