杨瑛慧
(忻州市散装水泥服务中心，山西 忻州 034000)
引 言石墨石作为一种广泛应用的非金属矿产，对国民经济的发展和科技的进步具有十分重要的作用，在石墨石的分布中，其纯度极低，无法直接应用在工业生产中，因此需要对其进行提纯处理，满足不同情况下的工业生产需求。现有的石墨石提纯方法主要是浮选提纯，利用石墨石天然的疏水表面，通过高速搅拌将石墨石离子与气泡结合，增加浮力上升到气泡层内，从而达到分选矿石的目的。由于石墨石主要以微小颗粒形式存在，且与其他矿石紧密结合，因此传统的浮选提纯方案无法有效地将石墨石粒子和其他矿物粒子分离，目前最高的纯度仅为80%，极大地限制了石墨石材料的进一步发展[1]。本文提出了一种新的石墨石提纯技术方案，在传统浮选工艺的基础上增加了一个精化学提纯过程，最终获取了纯度约为99.23%的高纯度石墨石材料，对推动石墨石材料应用范围的进一步拓展具有十分重大的意义。
1 精化学提纯工艺浮选法对石墨石进行提纯的过程实际上是一种物理提纯方法，由于石墨石晶粒的结构特点，仅依靠物理提纯的方法很难实现提纯精度的进一步提升，因此本文提出的精化学提纯工艺实际上是采用酸、碱等化学溶剂对物理提纯后的石墨石进行进一步的提纯[2]。该精化学提纯的工艺流程如图1所示。
图1 精化学提纯工艺流程图
由图1可知，该精化学提纯的过程实际上是利用酸碱溶液对石墨石中所含的杂质颗粒进行化学反应，将其从石墨石粒子上分离出来的过程。首先，利用氢氧化钠溶液对其进行处理，使表面上的酸性物质进行中和反应，然后，通过烧结使反应后的产物进行钙化，通过水洗来将反应后的产物进行处理。然后，利用盐酸再对剩余的部分进行酸洗处理，将表面上的碱性物质进行中和反应，因此时不会再含有钙离子，所以直接进行水洗即可，最后，通过对产物的脱水干燥即可获取高纯度的石墨石。
2 NaOH含量对精化学提纯的影响通过精化学提纯的的原理可知，氢氧化钠的含量对精化学提纯结果具有重要的影响。为了确定不同氢氧化钠含量对提纯效果的影响，本文进行了试验验证，以50 g浮选后的石墨石为原料，分别对不同质量比[m(氢氧化钠)/m(石墨)]情况下反应后得到的石墨石纯度含量进行分析，结果如第115页图2所示。
由图2可知，随着氢氧化钠和石墨石质量比的提升，经脱水干燥后石墨石的纯度呈现了先增加后降低的趋势，当氢氧化钠和石墨石质量比为0.69时具有最佳的提纯效果，此时石墨石的纯度约为92.36%。
图2 不同质量比下石墨石纯度变化情况
这主要是因为，当混合溶液内氢氧化钠的质量分数提高后将导致溶液中产生铝硅酸钠，铝硅酸钠是一种不溶于酸、碱的固体物质[3]，附着在石墨石微晶颗粒的表面上，将直接导致提纯后石墨石的纯度降低，因此，在进行碱洗的过程中应将氢氧化钠和石墨石质量比设置为0.69，确保其具有最佳的提纯处理效果。
3 煅烧时间对提纯效果的影响为了确定煅烧时间对提纯效果的影响，在氢氧化钠和石墨石质量比设置为0.69的情况下，对不同煅烧时间下石墨石的提纯效果进行验证，结果如图3所示。
图3 不同煅烧时间下石墨石纯度变化情况
由实际验证结果可知，随着煅烧时间的增加，石墨石的纯度呈现出先增加后降低的趋势，当煅烧时间设置为119 min～180 min时，所提纯的石墨石具有最高的纯度，为96%。当煅烧时间进一步增加其纯度将会逐渐降低。这主要是由于，随着煅烧时间的增加，外侧的物质均已完成氧化，石墨石在长期高温情况下其氧化程度不断增加，降低了提纯中石墨石的含量。由于在工业生产过程中生产工艺时间越长经济性就越差[4]，因此，考虑119 min～180 min时间段内所提纯石墨石的纯度相差不大，因此将煅烧时间设置为119 min。
4 酸浸浓度对提纯效果的影响同理，为了确定不同盐酸含量对提纯效果的影响，本文进行了试验验证，以50 g碱洗处理后的石墨石为原料，分别对不同盐酸浓度情况下反应后得到的石墨石纯度进行分析，结果如图4所示。
图4 不同盐酸浓度情况下石墨石纯度变化情况
由实验结果可知，随着盐酸浓度的的增加，经脱水干燥后石墨石的纯度呈现了先增加后降低的趋势，当盐酸浓度为0.97 mol/L时具有最佳的提纯效果，此时石墨石的纯度约为99.23%。当盐酸浓度进一步升高时石墨石的纯度会逐渐降低，这主要是由于，随着盐酸浓度的增加，其活跃性不断升高，挥发量增加，减少了盐酸和金属离子反应的量，同时，酸量的增加也会导致产生偏硅酸[5]，形成硅胶离子，无法从石墨石晶粒上除去，导致石墨石的纯度降低。因此，在进行酸洗的过程中应将盐酸的浓度设置为0.97 mol/L，确保其具有最佳的提纯处理效果。
5 结论为了提升石墨石的纯度，本文在传统浮选工艺的基础上提出了一种新的精化学提炼技术。该技术以浮选后的石墨石为原料，通过碱洗、煅烧、酸洗，实现对石墨石的精提纯。对该精化学提炼技术的工艺流程、各关键参数选择进行了试验验证，验证结果表明：
1) 采用精化学提纯工艺，能够将石墨石的纯度从80%提升到99.23%；
2) 精化学工艺提纯流程中，最佳的氢氧化钠和石墨石质量比为0.69，最佳的煅烧时间为119 min，最佳的盐酸浓度为0.97 mol/L。
