Способ получения бисульфата графита Советский патент 1992 года по МПК C01B31/04 

Изобретение относится к технологии уг- леграфитовых материалов, в частности к способу получения соединения внедрения в графит - бисульфата графита, отвечающего формуле C24+HS04 2H2S04 с высокой степенью расширения при термообработке для получения пенографита, который может быть использован в качестве компонента экозотермических противоусадочных смесей, композиционных материалов, для изготовления графитовой фольги для металлургической, химической, электронной промышленности и других отраслях техники.

Известна для получения расширенного графита (пенографита) обработка порошка натурального графита при перемешивании в растворе окислителя - персульфата аммония 1-10 мае.% в 96-98%-ной серной кислоте в течение от 30 мин до 48 ч с образованием бисульфата графита.

Недостатком этого способа является длительность процесса и недостаточно низкие значения насыпной плотности пенографита.

Известен способ получения бисульфата графита, включающий обработку порошка графита в растворе персульфата аммония и оксида серы и/или фосфора в 95%-ной серной кислоте в течение, например, 3 мин, который обеспечивает получение пенографита с насыпной плотностью до 1,7 кг/м .

Недостатками этого способа являются многокомпонентность окислительного раствора, что усложняет технологию, и неопределенность состава продуктов химической обработки, приводящих к неоднородности получаемого при дальнейшей обработке пенографита.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ получения бисульфата графита, включающий химическую обработку при перемешивании порошка графита в растворе окислителя - персульфата аммония в 98%Ё

VI

СО 00

VJ ел ел

ной серной кислоте в течение 30 мин при комнатной температуре.

Недостатком известного способа является значительный расход реагентов: для получения первой ступени бисульфата гра- фита 9 г персульфата аммония на 1 г графита и 60 мл H2S04 на 1 г графита, а также длительность реакции при окислении графита от второй до первой ступени. Повышенный расход окислителя, кроме того, способству- ет активному протеканию побочного процесса, что приводит к выжиганию углерода, потере массы графита и ухудшению характеристик пенографита.

Целью изобретения является сокраще- ние продолжительности процесса и снижение расхода реагентов.

Предлагаемый способ включает химическую обработку при перемешивании порошкообразного графита в растворе окислителя - персульфата аммония в 98,5- 100%-ной серной кислоте с редокс-потен- циалом 1,3-1,8 В.

Для стабильного синтеза первой.ступени бисульфата графита, повышения его вы- хода и снижения расхода окислителя необходимо использовать окислительный сернокислый раствор с редокс-потенциа- лом 1,3-1,8 В. Снижение и повышение ре- докс-потенциала (окислительно-восстановительного) ниже и выше указанного предела приводит или к получению второй ступени бисульфата графита, что не обеспечивает значительного расширения графита, или к слишком бурному протеканию процессов, которые затрудняют внедрение H2S04 в графит и отрицательно влияют на структуру бисульфата графита и свойства пенографита.

Использование H2S04 концентрации 98,5-100% связано с тем, что именно этот диапазон обеспечивает наибольший выход первой ступени за более короткое время и снижение расхода реагентов при получении бисульфата графита; при отклонении от пред- латаемого предела цель не достигается.

Пример 1. Готовят окислительный раствор из 40 г персульфата аммония (МНфЗаОз в 500 мл 98,9%-ной H2SCM. Определяют редокс-потенциал окислительного раствора с помощью Н-образной потенцио- метрической ячейки с цифровым вольтметром постоянного тока относительно водородного электрода сравнения. Он составляет Е 1,4 В. Берут 100 г графита марки ГСМ (порошок фракции 100-500 мкм), ведут обработку в растворе при комнатной температуре и перемешивают в течение 15 мин. Затем отфильтровывают твердую фазу на стеклянном фильтре и контролируют ступень полученного соединения внедрения серной кислоты в графит рентгенофазовым анализом. В результате получают первую ступень бисульфата графита (C24+HS04 -2H2S04) с периодом идентичности с 7,99 А. Расход персульфата аммония составляет 0,4 г, a H2S04 - 5 мл на 1 г графита.

Бисульфат графита подвергают гидролизу, промывают водой и сушат при 100°С; полученный окисленный графит термообра- батывают при 1000°С, в течение 1-3 с для расширения в печи. В результате получают порошок пенографита с насыпной плотностью 1,2 кг/м , из которого изготавливают графитовую фольгу.

Пример 2. Проводят по примеру 1, но берут 400 мл 98,5%-ной серной кислоты; Е раствора 1,8 В; обработку графита в окислительном растворе ведут в течение 8 мин. Получают первую ступень бисульфата графита с 1С 8,00 А.

Удельный расход персульфата аммония 0,4 г, а серной кислоты - 4 мл на 1 г графита.

Пример 3. Проводят по примеру 1, но берут 300 мл 100%-ной H2S04; Е раствора 1,3 В; обработку графита в окислительном растворе ведут в течение 8 мин. Получают первую ступень бисульфата графита с 1С 8,03 А.

Удельный расход персульфата аммония 0,4 г, а серной кислоты - 3 мл на 1 г графита.

Пример 4 (по известному способу), Готовят 500 мл раствора, содержащего 368 г персульфата аммония в 98%-ной H2S04 и измеряют редокс-потенциал окислительного раствора. Он составил 1,85 В. 8 г графита (порошок 100-500 мкм) ГСМ обрабатывают при перемешивании данным раствором. В процессе химической обработки наблюдается выделение газов, ощущается запах озона, связанные с разложением окислителя и приводящее к его дополнительному расходу. Через 30 мин получают первую ступень бисульфата графита с с 8,01 А (при обработке в течение 15 мин получают вторую ступень С48+Н50 Г -2H2S04. Последующие гидролиз, промывку водой, сушку и термообработку проводят по примеру 1, что приводит к получению пенографита с насыпной плотностью 4,2 кг/м3.

Расход персульфата аммония 9 г, а серной кислоты - 62 мл на 1 г графита.

При использовании окислительного раствора с Е 1,2 В (NN4)28203 в 96%-ной H2S04) даже при обработке в течение 30-60 мин, получают только вторую ступень бисульфата графита.

По предлагаемому способу получают бисульфат графита первой ступени в 2-2,5 раза быстрее и с меньшей затратой реагентов по сравнению с известным способом, полученный пенографит имеет меньшую насыпную плотность, что позволяет получать из него качественную графитовую фольгу.

Формула изобретения Способ получения бисульфата графита, включающий обработку при перемешивании исходного порошкообразного графита раствором персульфата аммония в концентрированной серной кислоте, отличающийся тем, что, с целью сокращения продолжительности процесса и снижения расхода реагентов, обработку ведут раствором персульфата аммония в 98,5-100%-ной серной кислоте с редокс-потенциалом 1,3- 1,8В.

Изобретение относится к технологии уг- леграфитовых материалов, в частности к способу получения бисульфата графита. Цель - сокращение продолжительности процесса и снижение расхода реагентов. Сущность способа заключается в том, что порошок исходного графита обрабатывают при постоянном перемешивании раствором персульфата аммония в 98,5-100%-ной серной кислоте при редокс-потенциале раствора 1,3-1,8В. Продолжительность процесса 8-15 мин, что в 2-2,5 раза меньше, чем в прототипе.