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石墨加工生产线装备的选择原则及要求


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  随着石墨在锂离子电池、密封、制动、润滑等新能源、新材料领域应用潜力的挖掘。人们从纯度、粒度、形状、表面形态四个方面对石墨进行深度加工。相应的,对石墨行业设备提出了更高的要求。

中国粉体网讯  随着石墨在锂离子电池、密封、制动、润滑等新能源、新材料领域应用潜力的挖掘。人们从纯度、粒度、形状、表面形态四个方面对石墨进行深度加工。相应的,对石墨行业设备提出了更高的要求。


1.在石墨浮选生产过程中的再磨设备


石墨深加工产业的前提是提纯,石墨提纯是一个复杂的物化过程,其提纯方法主要有浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法。


浮选是一种常用而重要的选矿方法,石墨具有良好的天然可浮性,基本上所有的石墨都可以通过浮选的方法进行提纯,为保护石墨的鳞片,石墨浮选大多采用多段流程。


谢朝学为保护石墨鳞片结构,对磨矿机磨矿介质的种类进行了比较,表明筒棒介质磨矿对保护石墨的大鳞片有明显效果。针对筒棒介质磨矿效率低的问题,可以通过多段磨矿多种介质交替使用的方法来解决。一段磨矿使用筒棒介质,先回收大鳞片石墨,后续的再磨再选可以考虑用常规的球磨或棒磨。


湿法搅拌磨,同传统的砂磨机相比,磨矿效果更好,效率更高,对大鳞片有保护作业,单台处理量大。


2.石墨碱融设备


碱酸法是石墨化学提纯的主要方法,也是目前比较成熟的工艺方法。通过强碱和强酸,将不溶于水的杂质,改变成可溶于水的盐类,在反复洗涤过程排出,从而达到提纯目的。


高纯石墨碱熔和酸浸工艺流程




传统的石墨碱融设备一般是铸铁管材质的,由于铸铁管最大直径在1600,因此,设备台时产量都很小,生产规模没办法做大。苏州中材非矿院与靖江峰力干燥设备有限公司经过大量的试验,成功解决了碱腐蚀的问题,两台8万吨/年处理量大的大型碱融设备已在吉林通化安装使用。


3.高温提纯设备


石墨的熔点为3850℃±50℃,是自然界熔沸点最高的物质之一,远远高于杂质硅酸盐的沸点。利用它们的熔沸点差异,将石墨置于石墨化的石墨坩埚中,在一定的气氛下,利用特定的仪器设备加热到2700℃,即可使杂质气化从石墨中逸出,达到提纯的效果。该技术可以将石墨提纯到99.99%以上。



石墨高温提纯设备一般使用艾气逊炉,间断作业,生产环境差,产品纯度不均匀,吨产品电耗在16000-20000度电。实验室用小型高温提纯炉,间断作业,产品纯度均匀,温度可达3000度,每次装料100kg,24小时一个周期,但生产规模做不大。现在湖南两家公司在研究连续式石墨提纯炉,样机已出来,还没有实现稳定生产,可以大幅度降低电耗,吨产品电耗在8000度左右。


4.浮选柱


近年来,浮选柱是选矿应用的研究热点,在石墨选矿中也得到了广泛应用。


浮选柱是一种柱形浮选设备,具有节能,占地面积少,选矿精矿品位高、选矿比大等特点,是实现石墨短流程浮选、提高石墨选矿精矿品位的关键设备。经过所做试验分析,浮选柱适合精选工段,可以用一段浮选柱替代2~3段浮选机,且精矿品位相当或更高。



目前,国内较少有关于浮选柱在鳞片石墨浮选生产的应用报道,对鳞片石墨浮选的浮选柱适用性的研究也较少。


黑龙江某细鳞片石墨矿采用浮选工艺进行选别,采用改进后的KYZB型浮选柱,对生产现场中不同浮选作业的矿浆,进行了充气量、给矿速度等不同浮选条件下的鳞片石墨柱浮选新工艺研究。研究结果表明,相比于浮选机,KYZB型浮选柱精矿回收率偏低,但是可以获得固定碳含量更高的浮选精矿。


5.球形化设备


关于球形石墨加工设备的选择。


(1)球形工艺中使用比较多的是气流涡旋粉碎机,其既具有粉碎的性能又具有去棱角化的效果。此外,分级设备的好坏会直接影响到球形化石墨的产出率和球形石墨的技术指标控制,所以选择时要加以重视。


(2)用于锂离子电池的石墨负极材料,其纯度要求往往在99.95%以上,因此,提纯工艺在整个生产过程中必不可少且至关重要。目前,高纯球形石墨的生产一般采用化学提纯方法生产,所用化工原料都是强酸类物质,故提纯设备必须是耐酸耐腐蚀设备。同时,由于化学提纯都是在一定的温度下完成的,所以设备还同时具备一定的耐高温性能。


(3)化学反应结束后,球形石墨中的杂质都被溶解于反应溶液中,只有通过洗涤才能将杂质带走。工艺上采用的洗涤设备主要有压滤机和离心机两种。压滤机的优点是回收率高,跑料少,劳动强度低,安全易操作,缺点是洗涤效果相对较差,有死角洗不到。而离心机的优点是洗涤较充分,效果好,但缺点也较多,如跑料多,浪费大,出料时劳动强度大,安全易性不如压滤机,同时比较浪费水。将二者结合使用效果好。


(4)把提纯洗涤合格后的球形石墨烘干去水分,将水分控制在0.5%以下。在烘干过程中,最容易出现的问题是二次污染,即球形石墨烘干后出现因混入杂质而成为不合格品,主要表现为含碳量和微量元素的指标不合格。采用较多的烘干设备有烘干窑,微波烘干机和烘干炉等。


现在球形化设备一般是760、510、410串联配置,成球率在65~75%,曾经有设备厂把设备直径做到1100,但使用效果不好。说明设备不能按比例无限放大。球形化设备有两种观点一直争执比较大,一种观点是先把石墨提纯然后再球化,球形化设备里面衬耐磨防污染材料,每台设备大约增加10万元成本。但产量相对较低一些;另一种观点是先用球形设备打球,产量相对较高一些,把生产出来的球形石墨去提纯,微粉石墨作为副产品,提纯的量相对减少了。


浙江丰利依托拥有的省企业技术中心和省级重点研发中心,在已有粉碎技术的基础上,通过对国外设备的研究和自身的实践摸索,开发出针对锂电池负极材料石墨球形化专用生产线,攻克了同类设备成品回收率低,粒度分布不均匀,球形度不好等,而且大多数为单机小样生产,未能形成规模化发展等诸多缺陷。




6.浮选再磨前脱水设备


浮选再磨前脱水设备在国内石墨浮选行业一直是一个空白,由于浮选后阶段的物料浓度比较小,而再磨需要相对较高的磨矿浓度,如果进浆浓度过小将直接影响再磨效果,并且需要的设备台数也多。国内现有的浓缩设备如浓密机、水力旋流器、卧螺离心机等,经过试验,均不能达到石墨再磨矿浆浓缩的要求,通过多年研究调查,发现陆凯公司的MVS系列振动筛特别适合再磨前矿浆的脱水,再磨矿浆由3~8%左右的浓度经过振动筛后,筛上矿浆浓缩至14~18%,进入再磨机,再磨后的矿浆与筛下物料混合后进入下一段浮选用业。


7.脱水设备


目前国内石墨工业常用脱水设备为折带过滤机、转鼓真空过滤机、真空带式过滤机、板框压滤机等,折带过滤机产品水分在33%~36%,连续作业;板框压滤机产品水分在24%~26%,间断作业。普遍比较高,通过多年研究调查,发现立式压滤机特别适用于石墨的脱水,经过吉林通化某石墨选矿厂的实际生产,其最终产品的水分能达到16%~18%。且单台处理量大,大大降低了干燥工段的能耗。


随着石墨在高端应用领域的拓展,石墨的加工设备也朝着超微超细、大型化、智能化等方向发展。此外,短流程、高效率、低成本、绿色制造也是非金属矿物加工领域的发展方向和研究重点之一。


参考资料:庞功周,《非金属矿加工厂生产线装备的选择原则及要求》

刘海营,劳德平,李崇德,申士富,《黑龙江萝北鳞片石墨浮选新工艺研究》


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