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1、石墨选矿和石墨的深加工 v学生姓名：卢先春 v学号：10612075 v年级：地空学院2006级 v课程名称：矿物工程 v授课老师：传秀云 v二七年一月五日 石墨-C家族的重要一员! C的小知识 Hexagonal(ABABstacking) Rhombohedral(ABCABCstacking) Adamantane Polyacetylene Benzene Fluorene Anthracene Ovalene Corannulene Propane Butadiyne sp+2p sp2+psp3 Propene Propyne1-buten-3-yne Graphite Backm
2、insterfullerene Diamond Polyyne Cumulene Carbyne 碳的相互转化途径 天然石墨 天然产出的石墨很少是纯净的，常含有10-20的杂质 ，包括SiO2、A12O3、MgO、CaO、P2O5、CuO、V2O5、 H2O、S、FeO以及H、N、CO2、CH4、NH3等.经常需要选 矿、提纯、加工而得到高附加值的产品 天然石墨根据其结晶程度不同分为晶质石墨和隐晶质 石墨(土状石墨)，晶质石墨分块状石墨和磷片状石墨 ；鳞片石墨其形似鱼鳞状，故称鳞片石墨；隐晶质石 墨曾称土状石墨或无定形石墨，指由微小的天然石墨 晶体构成的致密状集合体。 土状石墨 鳞片石墨 第1
3、章 石墨的性质和用途 1.1石墨的性质 石墨具有层状结构，同一网层中碳原子间距0.142nm，层与层之间为0.3354 nm,层间以分子键连接，具有良好的润滑性、化学稳定性、耐高温、导电 导热性和可塑性、涂敷性等优良性能，主要有如下几点: 1.耐高温:石墨熔点为3850，沸点为4250，经高温电弧灼烧重量损失极 小，在2500时其强度比常温时提高1倍，热膨胀系数小，温度骤变时其 体积变化不大。 2.导电性和导热性:由于石墨晶体中存在容易流动的电子,因此其导电、导热 性能不亚于金属。 3.润滑性:石墨的摩擦系数小于0.1,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好. 4.化学稳定性:石墨具良好的化学稳
4、定性,耐酸碱和有机溶剂的腐蚀,但石墨的 抗氧化能力差,450开始氧化,因此石墨及其制品不应在氧化气氛中使用 . 5.润滑和耐磨材料:润滑油往往不能在高速、高温、高压下工作，而石墨可以 在2002000温度和高速滑动下应用. 6.防辐射材料:石墨是核反应堆的重要结构材料、作屏蔽及反射材料用.在反 应堆还用作中子减速剂.此外,石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂等. 1.2石墨的用途 第2章 石墨矿资源 虽然众多国家都已发现石墨矿产,但具有可供工业利用 的矿床相对集中分布于少数国家中。主要蕴藏在中国 、乌克兰、斯里兰卡、马达加斯加、巴西等国。 据不完全统计,世界石墨储量约为15亿t,其中品质石墨 约5亿t
5、。由于石墨储量有的按矿物量统计,有的按矿石 量统计,统计对象不同和数据来源的不一,各种储量统计 数据出入较大,但许多资料都表明中国的石墨储量居世 界第1位。 我国的石墨矿资源 中国石墨矿资源相当丰富。全国20个省(区)有石墨矿产 出。探明储量的矿区有91处，总保有储量矿物1.73亿t ，居世界第l位。从地区分布看，以黑龙江省为最多， 储量占全国的64.1，四川和山东石墨矿也较丰富。 内蒙古兴和、黑龙江鸡西和山东南墅是我国三大石墨 生产基地。鸡西石墨矿生产规模最大。石墨产品除石 墨精矿粉外，还深加工成各种石墨乳、可膨胀石墨及 其制品、 炭素石墨制品、石墨坩埚等共有上百个品种 上千种规格的产品。
6、石墨选矿厂 我国的石墨矿床类型 石墨矿床类型主要有区域变质型、接触变质型和岩浆 热液型等，以区域变质型为最重要，不仅矿床规模大 、储量多，而且质量好。 第3章 石墨选矿 石墨选矿方法 晶质石墨的选矿:晶质石墨天然可浮性较好,目前多用浮选法.在选 别方法上采用多段磨矿、多次选别的工艺以便尽早选出大鳞片石 墨.浮选常用捕收剂为煤油、柴油等，起泡剂为二号油、四号油等, 调整剂为石灰、碳酸钠，抑制剂为水玻璃. 隐晶质石墨选矿:隐品质石墨晶体极小，石墨颗粒常常嵌布在粘 土中，分离很困难。由于原矿品位高(一般含碳60-80)，因此 许多石墨矿山将采出的矿石直接进行粉碎加工，出售石墨粉产品. 除浮选外，还可
7、采用静电选矿法,但处理能力较小.由于电选给矿需 要干燥和精密分级,在潮湿环境中对高压电源难于管理,微细粒部分 难于处理等原因,没有实际生产. 鳞片石墨也可用风选处理,但回收率不高.在严重缺水地区可用风 选使石墨初步富集，然后将粗精矿送到水源丰富的地区精选,像新 疆哈密石墨矿就适合用风选浮选联合流程. 石墨选矿的主要方法 浮选 浮选过程： 浮选是按矿物表面物理化学性质的差异来 分离各种细粒的方法。是在气、液、固三相体系中完 成的复杂的物理化学过程。其实是疏水的有用矿物粘 附在气泡上，亲水的脉石矿物留在水中，从而实现， 从而实现彼此分离。 浮选的发展：在古老的金银淘洗加工过程中，人们已 认识到利用
8、矿物的天然疏水性或亲水性（亲油性）的 不同来提纯矿物原料。浮选作为一种工业规模的选矿 方法出现，在国外大约是在19世纪末叶。1877年出现 选别石墨的泡沫浮选专利。1886年出现化学法产生气 泡进行浮选专利，气泡作为载体。20世纪初，出现原 始的泡沫浮选法，使浮选法向前推进一步，并出现了 许多形式的泡沫浮选法。 浮选过程图示 浮选重要性及缺点 1、浮选在矿物加工业中的重要性 （1）浮选的适应性强 （2）浮选的效率高，且适于处理细物料 （3）有利于对矿产资源的综合回收 、浮选的缺点:成本高，易污染矿山环境 （1）需要较细的磨矿粒度细化 （2）使用各类药剂 （3）影响因素多，操作控制要求较高 （4
9、）产品脱水率较低，过程复杂。 浮选药剂及其作用机理 一、捕收剂 作用点：固液界面，且有选择性。 作用：提高疏水性，增加可浮性，促使气泡附着，增强 附着的牢固性。 二、起泡剂 作用点：气液界面。 作用：降低界面表面张力，促使空气在矿浆中弥散，形 成小气泡，并防止气泡兼并，增加分选界面，提高气泡的 稳定性。 三、调整剂 1活化剂：促进捕收剂与矿物表面的作用。 2抑制剂：削弱非目的矿物与捕收剂之间的作用。 3分散与絮凝剂：分散絮凝细泥，减少影响。 选矿实例1-山东南墅石墨矿 山东南墅石墨矿是我国重要的石墨产地之一,年产中碳 石墨20000t,高碳石墨7000t,矿石品位(固定碳含量)为4 左右,脉石
10、矿物有长石、石英、透辉石、云母、绿泥石 、黄铁矿、金红石、磁铁矿等 该矿厂根据多年生产经验,采用4次再磨、6次精选的 流程,选别流程见下图，药剂制度见下表.为提高磨矿效 果,再磨机给矿全部用旋流器浓缩，第4次再磨用碾磨机 ,最终精矿品位为89. 下表:山东南墅石墨矿选矿药剂制度 常用技术设备 石墨矿石粗碎多采用颚式破碎机, 圆锥破碎机或锤式破 碎机,磨矿采用球磨机、研磨机。浮选常采用XJK型、 XJX-TA型浮选机。超细粉碎采用雷蒙磨、高速冲击式 粉碎机和气流粉碎机。 雷蒙磨工作过程： 将需要粉碎的物料均匀连续的送入雷蒙磨主机磨室内 ，由于旋转时离心力作用，磨辊向外摆动，紧压于磨 环，铲刀铲起
11、物料送到磨辊与磨环之间，因磨辊的滚 动而达到粉碎目的。 物料研磨后，粉磨随鼓风机循环风带入分析机进行分 选，细度过粗的物料会重磨，合格细粉则随其流进入 成品旋风集粉器，经出粉管排出，即为成品。 在磨室内因被磨物料中有一定的水分，研磨时生热， 水气蒸发，雷蒙磨可作为磨细与干燥联合使用，通常 给料水分达10-12，而产品的水分接近于零。 常用机械设备 1）颚式破碎机 2）冲击式破碎机 3）XJK浮选机 4）XJX-TA浮选机 5）雷蒙磨研磨装 置和风机系统 青岛石墨股份有限公司（南墅） 丰富的资源 高纯石墨加工厂 球形石墨加工厂 污水处理设施 年产6000吨的石墨选矿厂 选矿实例2-黑龙江鸡西柳毛
12、石墨矿 柳毛石墨矿是我国细鳞片石墨的重要产地，年产石墨20000t, 石墨为中、细鳞片状。该矿床的特点是石墨鳞片小、品位高 ， 一般品位为l0-20，原矿经两段开路破碎，最终破碎产品粒 度为13mm和南墅相类似，采用4次再磨，6次精选的流程 ， 最终产品品位为8990 药剂制度 主要选矿设备一览 第4章 石墨的深加工和产品的应用 石墨的深加工产(制)品如下： (1)高纯石墨:用于核反应堆屏蔽、火箭喷嘴、宇航设备零件等。 (2)石墨乳:分为显像管石墨乳、锻造石墨乳、拉丝石墨乳、节能 减磨添加剂等，分别用于彩色显像管备部位的导电涂料、金 属锻造和热挤压模具的润滑剂、金属冷铸涂型剂、玻璃制瓶 脱模剂
13、、金属拉丝润滑剂、润滑油减磨剂等。 (3)可膨胀石墨:用于生产柔性石墨、钢锭浇铸发热剂等。 (4)柔性石墨制品:用于生产密封填料和密封垫片等，如柔性石墨 纸、石墨板、石墨填料环、石墨盘根高强复合板材等。 (5)炭素石墨制品:主要用于耐热耐火材料、绝热材料、导电和电 阻材料、润滑和减磨材料、耐腐蚀材料、器皿及模具等。如 石墨电极、石墨模具、电弧碳棒、光谱分析电极棒、石墨阳 极板、电炭刷、石墨管、石墨轴承等。 (6)石墨坩埚:用于各种金属的熔炼。 高纯石墨和石墨电极工艺流程图 浮选精矿的纯度只能达到96左右,欲获得高纯精粉,必须进行提纯.目前国内 应用最多的是氢氧化钠法,此法是将苛性钠和鳞片石墨以
14、一定的比例混合,然 后加热到500以上,石墨中的硅酸盐矿物与NaOH反应生成可溶性硅酸盐.然 后用水洗涤至中性,加盐酸除去OH-和H2SiO3,再加水洗涤到中性,经过脱水, 烘干,即可将普通鳞片石墨提纯到品位9799%以上. 高纯石墨和石墨电极产品 高纯石墨 高纯石墨异件 高纯球形石墨 石墨电极 石墨乳产品 显像管石墨乳:具有良好的附着性、耐湿性、防腐性、电性能. 广泛适用于日立、东芝、松下、GE、飞利浦等彩管技术，黑白 管技术的专用显象管涂敷材料 。 锻造石墨乳:是热加工中理想的高温脱膜润滑剂，在锻造、金 属模压加工等行业广泛应用。 拉丝石墨乳:具有良好的润滑性、抗氧化性、延长模具寿命。 高
15、能电池石墨涂料:具有良好的成膜与附着性、良好导电性， 涂层牢固，干燥快，干燥后的涂膜可长期耐40%氢氧化钾的腐 蚀。 节能减磨添加剂、摩托车专用润滑:适用于各种交通运输工具 及内燃机械，齿轮传动润滑油添加剂，适用于各种重载齿轮变 速箱。 柔性石墨的制备柔性石墨的制备及其应用 柔性石墨的性能和应用 密度小 导电、导热性能好 耐腐蚀 阻气性能好 应用领域：密封、燃料电池、热交 换器 参考文献 1丁明.非金属矿加工工程.北京:化学工业出版社,2003 2姚书典.非金属矿物加工与利用.北京:科学出版社,1992 3MichioInagakiandFeiyuKang.CarbonMaterialsSci
16、enceandEngineering- FromFundamentalstoApplications,TsinghuaUniversityPress,2006 4TimothyD.Burchell.CarbonMaterialsforAdvancedTechnology,Pergamon, 1999 5沈增民.新型炭材料.化学工业出版社,2003 6选矿手册编辑委员会,张卯均,胡为柏,童国光,等.选矿手册,第八卷第五 分册,冶金工业出版社,1988 7武汉建材学院,山东南墅石墨矿合编,石墨选矿,中国建筑工业出版社,1979 8山东南墅石墨矿编.石墨,中国建筑工业出版社,1975 9徐立栓,郑水林,等.非金属矿加工技术与设备(中国非金属矿工业丛书).中国 建材工业出版.1998 10孙宝岐,吴一善,梁志标,许霞,等.非金属矿深加工.北京:冶金工业出版社 .1995 11朱训,尹惠宇,项仁杰,韩新民,崔越昭,等.中国矿情.北京:科学出版社.l999 12http:/ 13http:/physics.uwstout.edu/geo/gallery.htm 14http:/edtech.kennesaw.edu/web/rocks.html Happy new year to you!