從“土石頭”到“黃金碳”，高純微晶石墨如何煉成？

2025-07-22
來源：中國粉體網黑金

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[導讀] 微晶石墨的高值化煉金術。

中國粉體網訊 作為一種不可再生資源，石墨的戰略重要性已不言而喻。天然石墨按其結晶形態可分為晶質石墨（塊狀石墨/鱗片石墨）及隱晶質石墨（土狀、無定形或微晶石墨）兩大類。其中微晶石墨是由微小的晶粒（≤1μm）無序堆積而成。

我國是世界上微晶石墨儲量最多的國家，預測資源可達2000~3000萬噸，且年產量占全球微晶石墨的80%以上。伴隨著微晶石墨在鋰離子電池負極材料和各向同性石墨材料等領域應用潛力的挖掘，微晶石墨資源也越來越被重視。而要實現微晶石墨的高值化利用，對原礦進行提純是前提。

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微晶石墨提純工藝

國內各地的微晶石墨原礦所含雜質成分主要為Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、SiO₂、MgO等，這些雜質主要賦存在如高嶺石、綠泥石、云母和石英等硅酸鹽礦物中，其次部分雜質通常還存在于方解石、黃鐵礦、黃銅礦和褐鐵礦等脈石礦物中。微晶石墨提純工藝有物理法（浮選法、高溫法）和化學法（堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法）。

浮選法

微晶石墨的晶體粒徑很小且石墨微粒常常與其他礦物致密結合并嵌布在黏土中，所以微晶石墨顆粒在其碎磨過程中單體解離困難，這也是微晶石墨可選性差的重要原因之一。然而要得到純度高的浮選精礦，使有用礦物與脈石礦物充分解離是重中之重，這勢必需要較高的磨礦細度，而微細粒礦物因為質量效應和表面效應決定了其難浮選的特性，因此微晶石墨一般采用多段磨礦、多次選別、粗精礦再磨再選的浮選工藝來實現石墨晶體的逐步解離，從而提高石墨顆粒可浮性的同時避免一次性過磨現象。

浮選是對石墨進行提純富集的首選工藝。浮選過程中需要添加合適的助劑來強化石墨顆粒與脈石礦物間的可浮性差異才能達到浮選提純微晶石墨的目的。微晶石墨浮選常用的捕收劑有煤油、柴油等非極性烴類油，抑制劑有水玻璃和氟硅酸鈉等，起泡劑有松醇油和仲辛醇等，有時還會根據不同微晶石墨原礦中所含脈石礦物的性質使用石灰、碳酸鈉等pH調整劑和六偏磷酸鈉等分散劑。

浮選精礦產品純度可達到90%左右。后續的浮選精礦，則需根據雜質種類的不同，選擇合適的化學純化方法。

高溫法

高溫法是根據石墨和雜質礦物沸點不同這一原理將石墨通入含惰性氣體的純化爐中加熱到一定溫度（通常在2700℃左右）并維持一段時間后，沸點低的硅酸鹽雜質礦物在高溫下被氣化排出而實現石墨純化的。

高溫法提純微晶石墨固定碳含量可高達99.995%，但是電加熱技術要求嚴格，生產成本高，目前使用高溫法提純微晶石墨還鮮有報道，而用于鱗片石墨的提純則相對較多。

堿酸法

堿酸法包括堿熔與酸解兩個過程，即石墨中的酸性雜質如硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等先與熔融狀態下的堿性物質發生化學反應生成可溶性鹽后再經水洗去除。此后，在堿熔過程中未和堿發生反應的雜質如金屬氧化物等再與酸反應生成酸溶性化合物經水洗、過濾而實現石墨的最終提純。堿熔過程中通常選用熔點小（熔點318℃）、堿性強、價格便宜的NaOH作為堿性物質，而酸解過程中所使用的酸可以是HCl、H2SO4、HNO3，或者由它們配制的混合酸，其中以HCl使用居多。

堿酸工藝提純石墨的工藝流程示意圖

堿酸法提純石墨具有一次性投資少、工藝適應性強、設備簡單且通用性強等優點，但同時也存在需要高溫煅燒導致能耗高、工藝流程長、設備腐蝕嚴重及石墨損失量大等缺陷。

氫氟酸法

高濃度的氫氟酸是一種超強酸，具有極強的腐蝕性。氫氟酸法提純石墨正是利用氫氟酸能和石墨中包括硅酸鹽和金屬氧化物在內的幾乎所有雜質發生反應生成溶于水的氟化物及揮發物而達到提純的目的。

氫氟酸工藝提純石墨的工藝流程示意圖

在酸浸過程中，氫氟酸總是與其他酸結合使用，能使微晶石墨的固定碳含量超過99%。然而，含氟酸性廢水的處理仍然面臨挑戰，大量使用氫氟酸對環境不友好，這一直制約著氫氟酸法的廣泛應用。

氯化焙燒法

氯化焙燒法是將一定量的石墨粉與常用的碳粉還原劑混合后先在特定的氣氛和高溫下進行焙燒，此時，在高溫及還原劑作用下，石墨中的硅酸鹽或鋁硅酸鹽、石英等雜質會分解為簡單的氧化物如Al2O3、Fe2O3、CaO、SiO2、MgO等，隨后再通入氯氣作為氯化劑，此時這些熔沸點較高的氧化物會轉變為熔沸點較低的氯化物或金屬絡合物（其中金屬絡合物主要由熔沸點較高的MgCl2、CaCl2和其他三價金屬氯化物形成）而氣化逸出，從而實現去除石墨中雜質的目的。