炭-石墨資料是一類無機非金屬資料的統稱，該類資料的種類繁復，理化功能截然不同，如天然石墨具有潤滑性、層狀結構好等特性，是制備鋰電池負極資料的重要質料，又能夠用來約束石墨紙等工業產品。又如人工特種石墨在高溫條件下具有杰出的力學功能和導電導熱功能，一起耐腐蝕和抗輻射等化學安穩性好，在基礎工業、科學研制和國防建設中能發揮重要的效果。再如炭-石墨資料的新秀——碳碳復合資料則兼備優異的力學功能和靈活的成型辦法，進一步擴展了炭-石墨類資料的運用范疇。 
    跟著碳納米管、石墨烯等新式資料得到廣泛的研制和逐步運用，炭-石墨類資料現已成為現代高溫、高壓、高速工業以及現代生物、信息、能源范疇的基礎原資料，因而，美國及其他許多國家均現已將炭-石墨類資料列為國家的戰略資源。在炭-石墨類資料的運用進程中，純度目標成為最受關注的目標之一，乃至是約束其在某些工業技能上運用的要害功能目標，因而提純技能現已成為出產炭-石墨類資料的基礎技能之一。 
    本文在查閱很多文獻的基礎上，梳理了炭-石墨資料的提純技能的開展進程，闡述了炭-石墨類資料各種提純技能的工藝原理和技能特色，并結合中鋼集團新式資料（浙江）有限公司的實踐出產情況對各種純化技能的優缺陷進行了評述，一起介紹了現在廣泛運用的純度表征辦法。
1、提純技能的開展前史與現狀 
    前期的提純技能首要以天然石墨礦為質料進行研討，開發出了浮選技能進行富集優選。浮選法取得的天然石墨的純度并不高，一般在85%-95%。選用堿酸法、氫氟酸法、氯化焙燒法等化學提純技能能夠進一步提純到99%-99.9%，但該類化學提純技能均存在污染環境的問題，需求配套環保設備，否則無法習慣新時代強化環保出產的需求。 
     在天然石墨礦開采和提純的進程中，我國的人工石墨工業開端起步并快速開展，包括石墨電極、特種石墨、人工石墨粉等。 人工石墨一般選用雜質較少的焦炭和瀝青等為質料，高溫石墨化熱處理是人工石墨出產工藝的最后一步重要工序，因而產品在出產進程中就完結了高溫提純，純度可達99.95%。合作鹵素氣體提純技能，還能夠將純度進一步進步至99.995%。 
     進入21世紀后，跟著全球工業水平的快速進步，炭-石墨類資料作為基礎資料開端很多運用于各職業，對純度的要求也不斷進步。石墨作為負極資料被很多運用于鋰離子電池出產職業，純度要求進步至99.98%以上；用于組成人工金剛石的天然石墨質料要求其純度為99.999%以上，其中B含量更是要求小于0.01×10-6；用于組成第三代半導體SiC晶圓的石墨粉的純度要求更是高達 99.9995%以上。為取得更高的純度，依據高溫真空爐的提純技能開端很多的運用于炭-石墨類資料的提純出產。 
      與此一起，國內外高校和職業開展了很多的新式炭-石墨類資料的開發和研討，如炭纖維類資料、碳納米管和石墨烯等。傳統的提純技能被不斷的立異與開發，得到了各種各樣的功能優、純度高的新式炭-石墨類資料。
2、提純技能的原理、特色及運用 
2.1浮選法 
    浮選法是一種針對天然石墨礦進行別離富集的基礎技能。運用天然石墨本身杰出的漂浮特性，通過多段流程的浮選工藝規劃，將天然石墨礦中的鱗片石墨或許微晶石墨與共生的高嶺土、石英石和云母石等礦物質進行別離。該技能能夠將20%以下的天然石墨礦大幅度富集至純度為95%的石墨精礦。一般而言，浮選法是天然石墨礦精選提純的開端提純，意圖是為后續的進一步提純作業做好預備。 
2.2 堿酸法 
    堿酸法由兩個化學反響進程組成：熔堿反響和浸酸反響，最初用于天然石墨的高純化處理。熔堿反響是在高溫下，選用熔融強堿與天然石墨中酸性雜質發生化學反響，首要是針對含硅的雜質（如硅酸鹽、硅鋁酸鹽、石英等），生成可溶性鹽，再通過水洗溶解去除雜質，使天然石墨的純度得到進一步進步。浸酸反響則是選用強酸和天然石墨中的金屬氧化物雜質發生化學反響（金屬氧化物雜質不能與堿發生化學反響）， 使金屬氧化物雜質轉化為可溶性的鹽類，通過水洗溶解后去除。通過堿酸法提純，天然石墨能夠提純至99.9%。 
     在后期的酸法處理中，Yu-fengLi等引進微波輔佐技能，將HCl和HNO3按體積比1∶1配比，在1MPa壓力下，用800W微波處理 25min，能夠將95.84%的天然石墨的純度高效快速地進步至99.43%。以堿酸法為基礎，LucianoAndreyMontoro 等學者在120℃下用混合酸對碳納米管純化反響6h，然后在靜態空氣中升溫至510℃氧化1h，將納米管的純度進步到96%-98%，完結了金屬催化生成的碳納米管的提純處理 。 
2.3 氯化焙燒法 
     氯化焙燒法是在1000℃左右，往炭-石墨類資料中通入氯氣，運用氯氣的強氧化性，將炭-石墨類資料中的金屬氧化物雜質氧化成氣化溫度更低的氯化物，在該溫度條件下，金屬的氯化物能夠很多快速地氣化排出，完結了對炭-石墨類資料的提純。氯化焙燒提純法一般作為炭-石墨類資料提純的一種補充工藝，能夠與其他提純工藝配套進行運用，特別是在去除金屬雜質方面優勢顯著 。Adriano Ambrosi等在1000℃的氯氣氛圍中對含很多金屬元素的石墨烯進行了純化處理，使其純度從99.1%進步至99.91%，然后大幅度下降了金屬雜質對石墨烯電化學功能的影響。 
2.4 氫氟酸法 
    氫氟酸是強酸，簡直能夠與炭-石墨類資料中的任何雜質反響，因而能夠運用氫氟酸對炭-石墨類資料進行提純。在氫氟酸法提純工藝進程中，將炭-石墨類資料與氫氟酸充沛混合，使氫氟酸與炭-石墨類資料中的雜質充沛反響，生成水溶性的物質或可揮發物，然后通過水洗去除水溶性雜質，再脫水烘干去除可揮發物，最終取得提純的炭-石墨類資料。現在，氫氟酸法通過進一步工藝優化，已取得更高純度的炭-石墨類資料：一方面，選用氫氟酸與其他強酸配成混合酸；另一方面，選用更高的溫度去烘焙氫氟酸處理后的炭-石墨類資料。選用工藝改善的氫氟酸法能夠取得99.98%的高純天然石墨。長沙理工大學、國防科技大學等高校聯合選用氫氟酸法對用作吸波資料的微晶石墨提純處理，純度可達99.9%。 
2.5 高溫提純法 
    炭-石墨類資料的熔點在3000℃以上，是自然界中熔點極高的物質之一，均遠高于炭-石墨類資料內雜質的沸點。依據這項一起的物理功能，高溫提純法將炭-石墨類資料升溫至2700℃乃至更高溫度，超過大多數雜質的沸點，使雜質以氣態的形式從炭-石墨類資料中排出，然后完結提純。 
    高溫提純法首要用于對本身具有較高純度的（99.5%）的炭-石墨類資料的進一步提純，通過高溫提純法能夠將純度提純到99.9%-99.99%。由于高溫條件對炭-石墨類資料一起具有石墨化效果，因而，高溫提純能夠與炭-石墨類資料的石墨化處理合并進行。但對不希望進行石墨化處理的炭-石墨類資料并不適用。 
    進入21世紀后，炭-石墨類資料的產量不斷添加，與此一起國內的高溫配備技能也不斷進步，高溫提純技能與配備現已接近或到達世界一流水平。艾奇遜石墨化爐選用電流加熱，能夠升溫至3000℃，其特色是裝爐量大，一般可達50-100t，適宜大規模的高溫提純出產，但一起由于裝爐體積大，難以確保溫度均勻性，進而也無法確保純度的均勻性。
    與艾奇遜石墨化爐作業原理相似的內串式石墨化爐則用電流直接對產品加熱，熱均勻性好，但對產品的前處理有要求，因而其適用性不如艾奇遜石墨化爐廣泛。對比以上2種高溫爐，高溫真空爐能夠取得安穩的溫度均勻性，因而能夠確保純度的均勻性。 別的，高溫真空爐是在真空條件下進行高溫提純，有助于氣態雜質的進一步充沛排出，因而高溫真空爐具有均勻性和純度高的長處。但高溫真空爐的裝爐空間有限，裝爐量一般在1t以下，批量出產需求配置很多的高溫真空爐來完結。
2.6 鹵素氣體提純法 
    炭-石墨類資料運用在高端工業范疇時，對其純度目標提出了更高的需求，如半導體職業，要求純度到達99.999%以上。僅通過高溫提純現已無法到達純度要求，現在職業中一般運用鹵素氣體提純法，在高溫提純工藝中參加鹵素氣體（首要是氯 氣和鹵代烴），運用鹵素氣體的強氧化性，與資料中的金屬氧化物雜質反響生成氯化物或氟化物等鹵化物，由于金屬鹵化物的沸點遠低于熱處理溫度，在高溫條件下，金屬鹵化物很多氣化排出，進而完結對炭-石墨類資料的進一步提純，通過鹵素氣體提純后，炭-石墨類資料的純度能夠到達99.999%以上。鹵素氣體提純法的別的一個優勢是能夠針對性地下降炭-石墨類資料中某些有害雜質元素的含量。 
    鹵素氣體提純法的另一個重要用處是能夠用來對炭纖維類資料進行提純。純炭纖維類資料首要包括軟氈、硬氈和碳碳復合資料。因為炭纖維的來源不同，制備工藝不同，一般的炭纖維類資料的純度差異較大，一般低于99.5%，不能滿意高端工業的運用需求，如半導體職業中，需求炭纖維類資料的純度到達99.995%以上。針對純炭纖維類資料，主流提純技能首要是高溫提純法和鹵素氣體提純法。 
    高溫提純法為防止溫度過高（＞2700 ℃）對炭纖維類資料結構造成損壞，一般在2400℃下對其進行提純，很難到達99.995%的超高純度。在實踐出產中，為了確保炭纖維類資料優異的理化功能程度的保存，可通過下降高溫提純法的處理溫度，一起引進鹵素氣體提純法對炭纖維類資料進行提純，在兩種辦法的一起處理下，炭纖維類資料的純度能夠提至99.995%以上。 
3、炭-石墨類資料純度的表征辦法
    炭-石墨類資料純度的表征辦法首要有：灰分法；電感耦合等離子體法（ICP）；輝光放電質譜法（GDMS）和二次離子質譜法（SIMS）。 
3.1 灰分法 
    灰分法中先稱量必定質量的炭-石墨類資料（mC，放入900℃的馬弗爐中，再通入空氣或氧氣，將炭-石墨類資料中的碳量完全燒蝕，然后稱量剩余的灰量（mA）并核算灰分 wA，
    公式如式（1）：wA＝ mA /mC ×100％ （1） 
    灰分法所需設備要求簡略，檢測操作快捷，是出產企業首要的純度表征辦法。跟著高精密度天平的呈現，灰分法的精度不斷進步，如運用十萬分之一天平，灰分法的檢測限可達0.0001%（10×10-6。灰分法的首要缺陷：
     1）無法精確表征各個雜質元素的含量；
     2）資料燒蝕進程中伴隨非金屬雜質的燒失，因而灰分法中資料的灰分檢測值較真實值偏低；
     3）當灰分含量在 50×10-6 以內時，環境要素對檢測系統的影響開端明顯添加。 
3.2 電感耦合等離子體法 
    電感耦合等離子體法，職業內簡稱ICP，其作業原理是：在灰分法的基礎上，選用強酸溶解燒失剩余灰分，運用等離子體對溶液組分進行激發，通過質譜剖析儀或許光譜剖析儀對激發元素進行定量檢測，檢測可達10-9數量級。該辦法的首要缺陷：
     1）燒制灰分和溶解灰分的進程操作較冗雜，對檢驗人員的綜合才能要求較高；
     2）對容易燒失的組分（如 S、P 等）或許強酸溶解不充沛的組分（如 Si 等），檢測值較真實值存在較大的誤差；
     3）檢測設 備的價格不菲，檢測維護要求高，因而相關檢測費用較高。 
3.3 輝光放電質譜法 
    輝光放電質譜法（GDMS）選用輝光放電源作為離子源炮擊樣品，通過質譜儀剖析發生的二次離子，得到樣品元素組成信息。輝光放電質譜法根本不需求雜亂的制樣操作，能夠直接檢測炭-石墨類資料純度，檢測可達10-9數量級。該辦法的首要缺陷：
     1）GDMS對樣品只能進行點檢測，不能表征資料全體的純度；
     2）檢測設備貴重，設備操作的專業化程度高，設備維護費用高，因而專業的檢測方少、檢測費用貴重。 
3.4 二次離子質譜法（SIMS） 
    二次離子質譜法（SIMS）選用幾千電子伏特能量的一次離子炮擊樣品外表，發生二次離子，通過對二次離子的質譜剖析，得到樣品外表或許內部淺層的元素組成。SIMS的靈敏度十分高，能夠安穩的檢測到10-9數量級。其首要缺陷：檢測設備貴重，設備操作的專業化程度高，設備維護費用高。 
    在實踐出產或研制作業中，需求依據資料的純度特色和檢測要求，選擇一種或多種適宜的純度檢測辦法對資料純度進行表征，以獲取資料的純度信息。 
4 結論 
   現在，國內炭-石墨類資料的提純技能已根本定型，首要的技能原理現已得到較為深入全面的研討，形成了依據不同資料和用處，定制不同純度目標的提純技能。 
     1）浮選法是針對天然石墨礦的一種特有的富集精選的辦法，其進程伴跟著鱗片石墨的碎化，也伴跟著很多含石墨廢水的發生，因而，怎么平衡純度與石墨鱗片尺寸，怎么習慣出產環保要求，仍是該辦法亟待解決的問題。 
     2）堿酸法、氫氟酸法、氯氣焙燒法能夠對炭-石墨類資料中的雜質元素進行高效的提純，但提純進程會發生很多的廢水廢氣，給環境帶來較重的擔負，需求建設與之配套的環保設施才能推行運用。 
     3）高溫提純法是炭-石墨類資料重要的提純辦法，特別是對大批量的炭-石墨類資料的純化出產，高溫提純法是一種適宜的提純辦法。 
     4）鹵素氣體提純法合作高溫提純法能夠將炭石墨類資料的純度進步到99.999%以上，簡直能夠滿意所有高端職業的需求。一起，鹵素氣體提純法還適宜于提純炭纖維類資料，通過提純后，進一步擴大了炭纖維類資料的運用范疇。 
     5）炭-石墨類資料的純度表征辦法有灰分法、ICP法、GDMS法和 SIMS法等多種辦法，出產研制進程中，依據實踐作業的需求，能夠針對性地選用一種或幾種適宜的辦法進行表征，以獲取對炭-石墨類資料的純度信息。