A grafite é amplamente utilizada nas novas indústrias de energia, electrónica, aviação, aeroespacial, energia nuclear e militar, e é aclamada como uma matéria-prima crucial para apoiar o desenvolvimento das indústrias emergentes estratégicas do meu país no século XXI. É listado como um recurso fundamental por países e regiões como a UE, os EUA e a Austrália. Na indústria de semicondutores, os produtos de grafite são amplamente utilizados em equipamentos de tratamento térmico de alta-temperatura, como fornos de crescimento de cristais, fornos de carbonização e fornos de grafitização. Produtos de grafite de alta-pureza usados em carboneto de silício semicondutor de terceira{6}}geração incluem cadinhos de grafite para crescimento de cristais, aquecedores de grafite e pó de grafite; sua pureza desempenha um papel decisivo na qualidade dos cristais de carboneto de silício.
Por meio do desenvolvimento tecnológico e da iteração, as tecnologias de purificação de grafite são atualmente classificadas em cinco categorias: flotação, método de ácido-alcalino, método de ácido fluorídrico, método de torrefação com cloração e método de purificação-de alta temperatura.
Método de flutuação:O método de flotação é usado principalmente para a purificação inicial de minério de grafite. Seu princípio básico é utilizar a hidrofobicidade na superfície das próprias partículas minerais, ou gerar ou aumentar a hidrofobicidade após tratamento com agentes de flotação. A superfície do grafite não é facilmente umedecida pela água e, portanto, possui boa flutuabilidade, facilitando a separação dos minerais impuros. O método de flotação tem como vantagens o baixo consumo de energia e os reagentes podem ser parcialmente reaproveitados, mas a pureza do grafite é limitada e é difícil purificá-lo novamente. Há perda de pó de grafite durante o processo de purificação e a taxa de recuperação é muito baixa.
Método de ácido-alcalino:Grafite e hidróxido de sódio são misturados e reagem a 650 graus para formar compostos de hidróxido insolúveis em água-e produtos parcialmente solúveis em água-, que são lavados com água para remover algumas impurezas; em seguida, o produto derretido- alcalino é misturado com uma certa concentração de solução de ácido clorídrico e reagido a 60-90 graus para transformar as impurezas em cloretos solúveis, depois lavado com água e finalmente seco para obter um produto de grafite de alta-pureza. As vantagens deste processo são que o equipamento é simples e fácil de implementar, o investimento único é pequeno e o produto obtido é de qualidade superior; as desvantagens são grande consumo de energia, longo tempo de reação, grave corrosão do equipamento, grande perda de grafite e grave poluição da água.
Método do ácido fluorídrico:As impurezas do minério bruto reagem com ácido fluorídrico para gerar fluoreto e ácido fluorossilico, que são facilmente solúveis em água. As impurezas do minério bruto são removidas por lavagem com água para obter grafite de alto-grau. Esse processo tem alta eficiência de remoção de impurezas, produtos-de alta qualidade, pouco impacto no desempenho dos produtos de grafite e baixo consumo de energia. No entanto, o ácido fluorídrico é altamente tóxico e corrosivo, e um sistema de tratamento de águas residuais de segurança rigorosa deve ser instalado durante o processo de produção, o que requer um grande investimento em proteção ambiental.
Método de torrefação por cloração:Misture grafite com uma certa quantidade de agente redutor, toste-o a 1000 graus em uma atmosfera específica e introduza cloro gasoso para reação, de modo que os metais valiosos no material sejam convertidos em fase gasosa ou cloreto de fase condensada e complexem com um ponto de ebulição de fusão mais baixo e escapem, separando-se assim dos componentes restantes para atingir o objetivo de purificar a grafite. Este método possui baixo consumo de energia, alta eficiência de purificação, alta taxa de recuperação e baixo custo. No entanto, o cloro é tóxico e corrosivo para produtos metálicos. Se vazar, causará grave poluição ao meio ambiente.
Método de purificação de alta temperatura:Aproveitando o fato de que o ponto de fusão da grafite (3.850 graus) é muito superior ao ponto de ebulição das impurezas nela contidas, a grafite é aquecida acima de 2.700 graus, de modo que as impurezas na grafite sejam vaporizadas primeiro e escapem para atingir o objetivo de purificação. Produtos de grafite de alta-pureza podem ser obtidos por meio desse processo, mas equipamentos de purificação-de alta temperatura são caros, consomem muita energia, têm escala de produção limitada e baixo rendimento.
Além dos cinco{0}}métodos de purificação de grafite bem conhecidos acima, nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de semicondutores de terceira-geração, nasceu um novo tipo de método de purificação de grafite, a sabero método de purificação física e química.
O método de purificação física e química consiste em colocar os produtos de grafite que precisam ser purificados em um forno a vácuo e aquecê-los. Ao aumentar o vácuo no forno, as impurezas nos produtos de grafite volatilizarão automaticamente quando atingirem a pressão de vapor saturado. Além disso, o gás halogênio é usado para converter os óxidos com altos pontos de fusão e ebulição nas impurezas de grafite em haletos com baixos pontos de fusão e ebulição para obter o efeito de purificação.