中國石墨深加工所遇到的問題？

隨著石墨工業(ye) 的發展，石墨的應用也得到到了廣泛的認可，目前我國石墨的發展，主要有以下幾點： 一、國內(nei) 外石墨加工技術現狀及發展趨勢 我國是天然石墨資源大國，儲(chu) 量、產(chan) 量及出口量均居世界首位。但由於(yu) 技術開發投入不夠，目前
一、國內(nei) 外石墨加工技術現狀及發展趨勢 我國是天然石墨資源大國，儲(chu) 量、產(chan) 量及出口量均居世界首位。但由於(yu) 技術開發投入不夠，目前仍以原料生產(chan) 及加工鱗片石墨為(wei) 主。碳-石墨材料是前景很大的新興(xing) 材料，廣泛用於(yu) 高科技領域，發達國家投入人力、財力進行開發研究。天然石墨深加工技術進展很快，目前已形成一些新型產(chan) 業(ye) 。 【石墨、石墨棒、石墨粉、登录雷竞技app页面、石墨加工】
　　目前，美、日、德、法的柔性石墨產(chan) 業(ye) 居領先地位。日本生產(chan) 核能級的超低硫(S<500ppm)及高純(S<50ppm)產(chan) 品的技術領先。其中，高純柔性石墨隻有日本能夠生產(chan) 。全世界柔性石墨產(chan) 量最大為(wei) 1.5~2.0萬(wan) 噸以上。

　　在鋰離子電池陽極材料方麵，由於(yu) 石墨具有極佳的電容量，美國、日本的鋰離子電池采用改性石墨作陽極材料，並已形成產(chan) 業(ye) 。

　　浸矽石墨，目前僅(jin) 德、美、俄生產(chan) 。該產(chan) 品是一種在寬溫度區內(nei) 具有高硬度和高機械強度、耐磨、耐腐蝕、潤滑性好的新材料。與(yu) 碳化矽製品相比，最大的特點是成品率高，價(jia) 格較低廉。由於(yu) 彩電更新換代周期大大縮短，對彩電管用石墨乳性能要求也日新月異。國外目前依然十分重視彩電管石墨乳的研製開發。

　　我國柔性石墨新產(chan) 業(ye) 正在建設發展中，“八五”期內(nei) 取得了一批柔性石墨加工技術及裝備的成果，但目前仍處於(yu) 試製階段。我國鋰離子電池還處於(yu) 小試階段，但已用天然石墨研製出結構穩定的陽極材料。其內(nei) 容量密度達350mAh/g。我國經引進和消化吸收已能生產(chan) 5種規格彩電管石墨乳。浸矽登录雷竞技app页面目前國內(nei) 屬空白。

　　二、柔性石墨及膨脹石墨材料的開發與(yu) 應用 柔性石墨和膨脹石墨是重要的石墨深加工產(chan) 品。從(cong) 材料學的角度，膨脹石墨與(yu) 柔性石墨二者有很大區別，是兩(liang) 種材料。膨脹石墨是鬆散的多孔結構材料，具有優(you) 良的隔絕密封性能。隨著技術和新材料應用的發展，這兩(liang) 類新材料由於(yu) 其不同的特性，各自的應用領域也顯著不同。本文將討論這兩(liang) 種特性不同而又緊密相關(guan) 的材料，在化工領域及其它領域的應用現狀及發展趨勢。【石墨、石墨棒、石墨粉、登录雷竞技app页面、石墨加工】

　　自本世紀六十年代美國聯碳公司發明柔性石墨製造技術以來，柔性石墨產(chan) 業(ye) 的發展已有近四十年的曆史。柔隆石墨作為(wei) 一種優(you) 秀的密封材料，已逐漸為(wei) 工程界所熟悉，並且有人給它冠以“密封王”的頭銜。柔性石墨由天然鱗片石墨加工而得。製備的關(guan) 鍵技術，是將天然鱗片石墨製備成石墨層間化合物。工業(ye) 操作上，常用濃硫酸作為(wei) 層間插入物，所以它又稱酸化石墨(可膨脹石墨)。不過酸化石墨是在石墨與(yu) 酸反應後，經水洗幹燥，大部分層間插入物已經逸出，所以它實際上是殘餘(yu) 石墨層間化合物。絕大部分石墨層間化合物在快速加熱時，層間插入物都會(hui) 氣化，從(cong) 而形成高壓，使石墨粒子沿C軸方向膨脹。很薄的酸化石墨鱗片膨脹後象一條條蠕蟲，長度可達1~2cm所以稱蠕蟲石墨或石墨蠕蟲，亦即通常所說的膨脹石墨。膨脹石墨在壓製或軋製時，蠕蟲之間相互齧合，從(cong) 而壓軋成石墨卷材或板材，即為(wei) 柔性石墨。由於(yu) 插層劑硫酸在加熱時絕大部分地區逸出，所以柔軟性石墨除有1000PPM左右的殘硫外，化學成份與(yu) 鱗片石墨基本相同，為(wei) 純碳。

　　2.1可膨脹石墨的製備 目前，國內(nei) 可膨脹石墨生產(chan) 采用兩(liang) 種工藝：化學法和電化學法。兩(liang) 種工藝除氧化工序不同外，脫酸、水洗、脫水、幹燥等其它工序相同。采用化學法的絕大多數廠家產(chan) 品的質量，都能達到GB10698-89《可膨脹石墨》標準規定的指標，滿足大宗柔性石墨板材生產(chan) 用料要求和出口供貨標準。但生產(chan) 特殊要求的低揮發份(<10%)、低含硫量(<2%)的產(chan) 品比較困難，生產(chan) 工藝不過關(guan) 。強化技術管理，認真研究插層過程，掌握工藝參數和產(chan) 品性能的關(guan) 係，生產(chan) 質量穩定的可膨脹石墨，是提高後續製品質量的關(guan) 鍵。電化學法不用其它氧化劑，將天然鱗片石墨和輔助陽極一起構成陽極室浸泡在濃硫酸電解液中，通直流或脈衝(chong) 電流，氧化一定時間後取出，水洗幹燥後即為(wei) 可膨脹石墨。該法最大特點，可通過調節電參數和反應時間控製石墨反應程度和產(chan) 品的性能指標，汙染小，成本低，質量穩定，性能優(you) 異。解決(jue) 插層工藝中的攪拌問題，提高效率，降低電耗，是該法急需解決(jue) 的課題。以上兩(liang) 種工藝脫酸後，石墨層間化合物潤濕、吸附的硫酸質量比仍在1：1左右，插層劑消耗量大，洗滌用水量和汙水排放量居高不下。且多數生產(chan) 廠家沒有解決(jue) 廢水處理問題，處於(yu) 自然排放狀態，環境汙染嚴(yan) 重，將製約行業(ye) 的發展。

　　2.2膨脹石墨加工方法的進展

　　2.2.1激光膨化方法的研究文獻(3)研究了如何利用激光膨化可膨脹石墨。激光具有最高的能量密集度，並且石墨對激光還有良好的吸收性，其吸收率可達95%以上，這正好滿足了石墨膨化需要快速升溫的要求。文獻采用的激光是波長10.6微米的中紅外光。對於(yu) 厚度隻有幾十微米的石墨鱗片來說，紅外光的穿透深度是大約與(yu) 其波長相當的。所以它對石墨鱗片來說具有體(ti) 積加熱的效果。在其實驗中選用了國產(chan) 的HGL-81型CO2氣體(ti) 激光器。實驗使用的激光膨化裝置如圖1-1所示。由於(yu) 激光高的能量集中和膨脹過程熱量的傳(chuan) 播方式，使得殘餘(yu) 化合物的分解速度大於(yu) 它所在微裂紋的擴展速度，生成的大量氣體(ti) 使裂紋上下表麵迅速彎曲，造成劇烈的膨脹。另外激光的高能量增加了鱗片內(nei) 部小的殘餘(yu) 化合物島疇的膨脹，防止了相鄰的大島疇的膨脹對它的壓製作用。這兩(liang) 點原因全激光膨化有極高的膨脹倍數。

　　2.2.2微波膨化方石墨粉的研究專(zhuan) 利文獻(4)報導了一種生產(chan) 膨脹石墨蠕蟲的方法，裝置如圖1-2所示。該膨化裝置的特點是，有一定厚度的可膨脹石墨粒子(最多10mm厚)平鋪在傳(chuan) 送帶上。可膨脹石墨經過一個(ge) 輻射區後被膨化。輻射區內(nei) 的能流密度(flux density amounts)最小為(wei) 500KW/m2。輻射源可采用紅外光源、微波、激光束【石墨、石墨棒、石墨粉、登录雷竞技app页面、石墨加工】

　　。2.2.3等離子體(ti) 膨化方法的研究

　　文獻(5)介紹了一種利用誘導耦合等離子體(ti) (Induction Coupled Plasma--ICP)膨化氟石墨層間化合物的方法。實驗裝置如圖1-3所示。將氟石墨層間化合物連續的注入到高溫高達5000~8000K的氬等離子體(ti) 炬中，經過收集係統得到膨脹石墨蠕蟲。利用掃描電鏡和拉曼Raman光譜分析石墨蠕蟲表明：由此方法生成的膨脹石墨具有納米碳管結構。文章認為(wei) 這種膨化方****將來可能成為(wei) 一種很有前途的製備碳納米結構的技術。2.3柔性石墨的開發與(yu) 傳(chuan) 統的應用 由於(yu) 柔性石墨的氣固兩(liang) 相結構使其具有良好的密封性能，作為(wei) 密封材料有了廣闊的市場。特別是傳(chuan) 統密封材料石棉由於(yu) 環境汙染，受到禁用，給柔性石墨提供了發展機會(hui) 。國際上根據用戶的不同要求，已經開發出了很多新品牌的高級柔性石墨。核電及精細化工要求低硫及高純柔性石墨，一般核能級柔性石墨含硫量500PPM以下；核島部分對它的要求則更高。石化特別是精細化工，為(wei) 了防止密封金屬麵的腐蝕，要求緩蝕型柔性石墨，一般是在柔性石墨中添加鉬酸鹽等緩蝕劑。還有在管道泄漏時為(wei) 了不停產(chan) ，則有帶溫、帶壓堵漏用的注射式柔性石墨填料等。國內(nei) 柔性石墨材料的生產(chan) ，以80年代後期到90年代中期從(cong) 日、美、加引進的六條柔性石墨生產(chan) 紙、板材生產(chan) 線為(wei) 主(山東(dong) 濱洲柔性石墨廠兩(liang) 條，山東(dong) 青島黑龍江鯉石墨公司、內(nei) 蒙古林浩柔性石墨公司、湖北宜昌石墨工業(ye) 公司、山東(dong) 青島高等密封材料有限公司各一條)，每條線實際生產(chan) 能力100~150t,總產(chan) 量600~800t。所產(chan) 柔性石墨板材的質量，總體(ti) 水平與(yu) 國外2、3級品水平。1992年以後，山西煤化所、清華大學、浙江大學等單位，借鑒國外設備，結合生產(chan) 經驗，設計製造了幅寬250~1000mm的連續柔性石墨板材生產(chan) 線，國產(chan) 設備生產(chan) 能力約300t。板材質量達1、2級品者僅(jin) 占總產(chan) 量的1/3，多數隻有3級或3級品以下的水平。生產(chan) 係統功能、設備製造精度，是影響板材質量的重要因素。引進的柔性石墨生產(chan) 線，係統功能基本一樣，從(cong) 膨脹、供料、壓延、剪切，一直到卷取，都是連續自動進行。在線監測點數少，缺乏檢測信息反饋功能，製約了板材質量的提高。柔性石墨密封材料發展的另一側(ce) 麵，就是發展低指標的柔性石墨。日本有種柔性石墨的最低含碳量為(wei) 90%，降低了成本和售價(jia) 。實際上，對有些設備，如農(nong) 機、粗放型化工機械等，沒有必要使用高標號柔性石墨。低標號柔性石墨，密封性能優(you) 於(yu) 石棉，能滿足工藝技術要求，而成本又低，這樣在低檔產(chan) 品市場有掃強的競爭(zheng) 力，從(cong) 而推動產(chan) 業(ye) 的發展。另外，柔性石墨作為(wei) 密封材料，在密封性—泄露率定量測試上，從(cong) 用戶到生產(chan) 廠家在技術革新和測試設備方麵都未能得到很好地解決(jue) 。國外很重視這方麵的技術研究，德國已於(yu) 1995年製定標準，規定了測試技術及裝備，要求柔性石墨板帶材及複合板的氮氣泄漏率小於(yu) 0.1mg/m*s(DIN28091).我國也應在這方麵更多地開展工作，以提高工作效率人國柔性石墨密封材料的產(chan) 品質量和使用水平。 隨著柔性登录雷竞技app页面在現代工程中的應用研究越來越廣，世界對柔性石墨材料的需求在逐年增長。國外產(chan) 大部分柔性石墨用於(yu) 汽車發動機的缸墊、進排氣口墊等密封件，其次是石化、化工、發電等部門的密封件。國內(nei) 由於(yu) 對石棉的限製存有爭(zheng) 議，製約了柔性石墨在內(nei) 燃機密封件上的應用，主要市場仍在化工、石化、發電等行業(ye) 。主要的密封件是填料環(直接用柔性石墨紙壓製)、纏繞墊片、通用盤根以及金屬材料中使用的石棉製品，都可用柔性石墨來代替。基於(yu) 柔性石墨材料的優(you) 異性能，石棉密封材料的高地，在很大程度上就意味著柔性石墨材料的一個(ge) 巨大的潛在市場。柔性石墨材料在短期內(nei) 不可能完全取代石棉密封材料，其潛在市場容量巨大。

　　2.4柔性石墨用途的擴展

　　柔性石墨不僅(jin) 用於(yu) 密封，同時具有導電、導熱、潤滑、耐高低溫、抗腐蝕等優(you) 異特性。正因如此，所以多年來柔性石墨的用途在不斷擴展。利用其導電性和易加工性製成的電熱材料，可用於(yu) 一些惡劣工況。當然，由於(yu) 其強度低，必須是固定式並有支撐結構。已經應用的實例，是製成畫框式的電暖氣；也有報導，將柔性石墨紙用於(yu) 電磁屏蔽。在新的能源係統燃料電池中，柔性石墨可用作集流板材料，它不僅(jin) 導電好，而且耐電解液的腐蝕，且可方便地壓製也燃料氣及氧化劑氣的複雜的導引槽係統。利用柔性石墨對熱幅射傳(chuan) 導的優(you) 良反射特性，可製作高溫設備的熱屏蔽(保溫)元件。對幅射熱傳(chuan) 導(>850℃),柔性石墨是優(you) 良的絕熱體(ti) ，且結構性能穩定，比鎢鉬等金屬有更好的屏蔽效果。石墨早就在被用作高溫潤滑劑，而柔性石墨箔材優(you) 良的隨形件。在模鍛等高溫模具條件下使用，潤滑性優(you) 異，且可避免潤滑死點，效果很好。其它一些新的用途，也正在開發。

　　2.5膨脹石墨在環保和生物醫學中的應用

　　高溫膨化得到的膨脹石墨具有豐(feng) 富的孔結構，因此具有優(you) 良的吸附性能。大多數環保材料都是利用對汙染物的吸附，來達到治理汙染的目的的。所以，膨脹石墨這種多孔結構材料，可作為(wei) 一種吸附材料廠來開發及封閉孔，孔容積占98%左右。孔結構材料不同，是一種磊中孔結構的多孔材料。因此，它的吸附特性也不同於(yu) 活性炭等，在氣相吸附上其吸附性能亦遠不及活性炭等；但液相吸附，卻遠大於(yu) 活性炭。大孔結構有利於(yu) 吸附有機及生物工程大分子物質。由於(yu) 石墨表麵的非極性，在液相吸附中親(qin) 油疏水，優(you) 先吸附油品。實驗結果表明：lg膨脹石墨可吸附80g以上的重油。因而它是一種很有前途的清除水麵油汙染的環保材料。1997年，日本福岡(gang) 近海油輪泄漏，試用膨脹石墨清除，取得了很好的效果。由於(yu) 它親(qin) 油疏水的特性，去除水中微量油汙染也很有效。在化工企業(ye) 廢水治理中，環保工程往往是多種方法、材料並用。對常用的微生物(細菌)處理，膨脹石墨是一種很好的微生物載體(ti) ，所以膨脹石墨在化工水處理中，特別是對油脂類有機大分子汙染的水處理中，它有很好的應用前景，並且由於(yu) 其化學穩定性，治汙後的再生複用也相對容易。膨脹石墨由於(yu) 對有機、生物工大分子的吸附特性，在生物醫學材料上也有廣泛的應用前景。清華大學等開發了膨脹石墨製作醫用敷料代替紗布，經過300多隻小白鼠、大白鼠、豚鼠、軍(jun) 事力量兔的動物實驗，證明無毒、無副作用，對創麵無刺激、不染黑，並促進愈合。在第一軍(jun) 醫大南方醫院燒傷(shang) 科等四所醫院進行了114例臨(lin) 床實驗，其效果比傳(chuan) 統紗布引流好辦明顯的抗感染、抑茵、消炎作用，可代替50~80%的紗布。這一成果已取得發明專(zhuan) 利權(ZL95115437.0)正在實施產(chan) 業(ye) 化。【石墨、石墨棒、石墨粉、登录雷竞技app页面、石墨加工】

　　2.6膨脹石墨的其它應用前景

　　膨脹石墨比容大，鬆裝容積100~300ml/g,並且化學性質穩定、氧化溫度高(>400℃),安全性高，因此是理想的隔熱(保溫)、隔音材料。國外有的高檔建築、客輪的牆壁材料，夾一層一定密度的膨脹石墨起到保溫、隔音作用，並且在火災時，有阻止火勢蔓延的作用。國外已有在機艙座的泡沫塑料軟墊及倉(cang) 壁中添加可膨脹石墨，一旦起火迅速膨脹，膨脹石墨占據空間，堵塞火災蔓延通道。雖然應用的是可膨脹石墨，但利用的還是膨脹石墨的理化特性。膨脹石墨粉碎成微粉，對紅外波有很好的散射吸收特性，是很好的紅外屏蔽(隱身)材料，在現代戰爭(zheng) 的光電對抗中有重要作用。關(guan) 於(yu) 膨脹石墨的結構、性質及應用酆在研究開發中。

　　三、未來石墨加工研發的目標和方向二十多年來，國際上柔性石墨密封材料一直以10%~15%年增長率高速發展，預計2000年，市場需求將大於(yu) 3萬(wan) 噸，國內(nei) 市場4000噸，其中核能用柔性石墨在100噸以上。我國彩電管石墨乳“九五”期間年需求量將達到1500噸，目前國內(nei) 僅(jin) 能生產(chan) 500噸。鋰離子電池發展極為(wei) 迅速，1億(yi) 隻單體(ti) 電池約需石墨陽極材料500噸左右，估計2000年約需1500噸；浸矽石墨材料、石墨環保材料和石墨醫用材料是完全新的產(chan) 業(ye) ，市場潛力更大。

　　石墨材料及其複合材料作為(wei) 21世紀的新興(xing) 材料，毋庸置疑將會(hui) 有很大發展，並在許多領域得到應用，將相應出現一些新興(xing) 高技術產(chan) 業(ye) 。我國有著豐(feng) 富的石墨資源，在研究工作開發方麵已有了一定基礎，有了一定的技術儲(chu) 備；通過進一上技術開發，將會(hui) 很快實現產(chan) 業(ye) 化並取得顯著的經濟效益。

　　國家規劃的發展目標包括：研製核能用超低硫和高純級柔性石墨加工技術及裝備，研製鋰離子電池的天然石墨陽極材料製備技術裝備，研製國內(nei) 彩電管急需的各種牌號石墨乳，研製浸矽石墨材料生產(chan) 技術關(guan) 鍵設備(專(zhuan) 用真空感應爐)及輔助加工和裝備；具體(ti) 包括核能級柔性石墨，年產(chan) 20噸的高純柔性石墨生產(chan) 線的技術及裝備；鋰離子電池陽極材料；石墨陽極材料製備技術，陽極材料工業(ye) 製備裝備；彩電管石墨乳；浸矽石墨材料，開發成型加工技術及裝備。

　　如能圓滿地完成石墨深加工技術的開發任務，將建成以我國豐(feng) 富石墨為(wei) 原料的新的高技術新產(chan) 業(ye) ，可獲得年產(chan) 值達2.5億(yi) 元，利稅率40%的經濟效益。這些產(chan) 品對我國核電、化工、能源、電子、環保、冶金、機械、醫療等領域的技術社會(hui) 經濟將表重大貢獻，同時也具有巨大的出口潛力，改變我國石墨出口產(chan) 品結構，大大提高創匯能力。【石墨、石墨棒、石墨粉、登录雷竞技app页面、石墨加工】