本發(fā)明涉及一種碳酸鈉-硼酸鈉焙燒廢棄石墨制備高純石墨的方法，特別涉及一種碳酸鈉-硼酸鈉焙燒光伏拉晶用廢棄石墨熱場制備高純石墨的方法，屬于廢棄石墨提純制備高純石墨。

背景技術(shù)：

1、石墨及其衍生材料具有化學惰性高、耐腐蝕性能好、強度高、導電性好等特點，廣泛應用于化工、便攜式電子、航空航天、冶金等領(lǐng)域。隨著石墨應用的大量增加，工業(yè)中產(chǎn)生了大量的廢棄石墨。光伏發(fā)電是利用半導體界面的光伏效應，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。由于石墨的優(yōu)異性能，目前還沒有其他材料可以替代它。這些碳石墨材料產(chǎn)品無疑成為太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上游關(guān)鍵設(shè)備的制造基礎(chǔ)。對于碳石墨材料產(chǎn)品對太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的貢獻，由于目前太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的市場仍受政策主導，為了降低成本，實現(xiàn)市場的普遍接受，石墨材料產(chǎn)品作為多晶硅的重要基礎(chǔ)材料，如果石墨材料做得不滿足要求，那么太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)提高光電轉(zhuǎn)換效率、降低成本的夢想將無法實現(xiàn)。據(jù)了解，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率很大程度上取決于硅片的純度。要提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，一方面需要不斷改進硅的純化工藝，提高晶圓的純度。另一方面，需要改善待純化結(jié)晶硅-石墨熱場的凈化環(huán)境。如果石墨純度不高，雜質(zhì)過多，晶硅拉拔環(huán)境受到污染，晶圓質(zhì)量得不到保證，那么太陽能電池的效率就無法提高。

2、石墨產(chǎn)品是太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，兩者并存，繁榮發(fā)展。碳在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的應用主要集中在多晶硅原料的制造、單晶硅棒的拉絲和多晶硅錠的鑄造等方面。由于石墨材料具有優(yōu)良的密度、硬度和抗壓強度，并具有耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、導電性好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的上游，石墨材料可制成石墨坩堝加熱容器，用于提純多晶硅、拉制硅棒和制造，因此，對光伏行業(yè)產(chǎn)生的廢石墨進行凈化和再生是非常必要的。

3、一種高純石墨粉及其提純工藝（申請?zhí)枺篶n201811405254.6）報道了一種石墨提純工藝，該工藝是將石墨粉原料添加進石墨舟皿中，所述石墨舟皿安裝在提純設(shè)備中，抽真空至壓力為-93～-100kpa，保壓0.5-2h；待壓升率合格后升溫至1200-1800℃，通入一定量純化氣體，保壓后抽真空至壓力為-93～-100kpa；在升溫期間進行脈沖式提純，直至達到2000-3000℃區(qū)間段某溫度保溫1-3h后，停止脈沖式提純；抽真空降溫至1200-1500℃，再通入氬氣使溫度下降至室溫，獲得高純石墨粉。該工藝可在較低溫度下通過脈沖式的工藝將揮發(fā)雜質(zhì)及時排除，解決石墨粉原料中的b、al、v等關(guān)鍵雜質(zhì)的深度去除難題，從而獲得純度達到99.999％～99.9999％的高純石墨粉，為高純石墨粉的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一條切實可行的路徑。

4、一種石墨氯化焙燒提純的方法（申請?zhí)枺篶n202010028266.2）報道了一種石墨氯化焙燒提純的方法，該方法是將石墨原料在400℃～1200℃溫度下，還原性氣體和氯化氣體氛圍下反應2～16h，所述石墨中的雜質(zhì)形成了氣態(tài)的金屬絡合物；然后氣固分離，得到純度大于99.5％的提純后的石墨；其中所述氯化氣體為含鹵族元素氣體。該專利首次發(fā)現(xiàn)，將酸洗后的產(chǎn)品在400℃～1200℃的中低溫度下與還原性氣體和氯化氣體反應，其中的氧化物雜質(zhì)會生成沸點低于1000℃的金屬絡合物，例如生成cafecl4、naalcl4、kmgcl3，這些金屬絡合物以氣態(tài)形式隨還原性氣體和氯化氣體排出，可有效解決低溫化學提純最終產(chǎn)品純度不高，高溫焙燒提純投料要求高、成本高、設(shè)備復雜的問題，提純后的產(chǎn)品純度大于99.5％。

5、經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的石墨提純方法都存在著成本高、效率低、污染大這幾個方面的弊端，且針對常規(guī)的雜質(zhì)物相具有較好的效果，然而針對含有碳化硅的廢棄石墨（尤其是光伏拉晶用廢棄石墨熱場）基本無效，因此采用碳酸鈉硼酸鈉焙燒后水洗即可得到純度較高的石墨的技術(shù)還鮮有報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明首次嘗試了將廢棄石墨與碳酸鈉硼酸鈉的混合鹽混合后焙燒，考慮到廢棄石墨熱場中碳化硅難以在常規(guī)手段下進行有效脫除，在空氣氣氛下和適當溫度下碳酸鈉和硼酸鈉會分解碳化硅生成可溶性的鈉鹽，從而脫除大部分碳化硅，但由于碳化硅在廢棄石墨中含量較低，反應動力學條件較差，因此適當?shù)姆糯罅颂砑觿┑奶砑恿?，促使廢棄石墨中的碳化硅與碳酸鈉和硼酸按發(fā)生反應，從而提高提純效率，此外該方法可以有效避免有毒氣體的產(chǎn)生，對生產(chǎn)安全和環(huán)境保護有積極意義。具體操作簡單，安全性高，并且焙燒產(chǎn)物水洗后可進行有價元素回收，對降低工業(yè)生產(chǎn)成本和能耗有積極意義。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：光伏拉晶用廢棄石墨熱場中存在碳化硅雜質(zhì)，由于其具有優(yōu)秀的耐酸堿性和耐高溫性，難以通過常規(guī)的提純手段去除。

3、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種碳酸鈉-硼酸鈉焙燒廢棄石墨制備高純石墨的方法。本方法得到的石墨灰分含量極低，可以完全滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。具體步驟如下：

4、（1）首先將廢棄石墨破碎至粒度小于0.088mm的顆粒占85-95%，然后按廢棄石墨和添加劑按質(zhì)量比為70~90%：30~10%混合均勻得到混合物料；所述添加劑為碳酸鈉和硼酸鈉的混合鹽；所述廢棄石墨中含有碳化硅；混合鹽中，碳酸鈉和硼酸鈉質(zhì)量比為2.8~3.6：1；

5、（2）將步驟（1）制備得到的混合物料放入馬弗爐，進行焙燒，保溫溫度為500~800℃、優(yōu)選為600~800℃，取出后得到焙燒產(chǎn)品。

6、（3）對焙燒產(chǎn)品進行水浸處理，水浸處理后干燥，得到產(chǎn)品。

7、所述廢棄石墨包括光伏拉晶用廢棄石墨熱場。

8、作為優(yōu)選，所述的廢棄石墨灰分含量為4~9.5%，固定碳含量在90%以上。

9、作為優(yōu)選，所述的廢棄石墨破碎至粒度為小于0.088mm的顆粒含量為85~95%，大于0.088mm的顆粒含量為5~15%。

10、作為優(yōu)選，所述廢棄石墨中，碳化硅的含量為3wt%~7.5wt%。優(yōu)選為4%~5.5wt%；且碳酸鈉和硼酸鈉的混合鹽的用量與廢棄石墨中的碳化硅的摩爾比為2.5~1：1、進一步優(yōu)選為2~1：1。

11、本發(fā)明，混合鹽中，碳酸鈉和硼酸鈉質(zhì)量比優(yōu)選為3~3.5：1。本發(fā)明控制碳酸鈉和硼酸鈉的目的是利用最少的添加劑含量得到最優(yōu)的焙燒效果.、若碳酸鈉用量過大會導致燒結(jié)情況更嚴重，使得焙燒產(chǎn)物結(jié)構(gòu)變得過于致密從而影響焙燒效果，導致水洗過程難以將其脫除；過量的碳酸鈉還會增加后續(xù)水洗步驟的壓力，導致其難以回收，造成資源浪費。等不足，若碳酸鈉用量過少會導致反應效果不好，除雜不徹底等不足。

12、硼碳酸鈉和硼酸鈉的粒度小于0.2mm、優(yōu)選為小于等于0.18mm、更進一步優(yōu)選為0.175-0.125mm。

13、作為優(yōu)選，所述的焙燒的溫度為500~800℃；保溫時間為60~120min，焙燒在半封閉或封閉體系中進行，所述半封閉體系包括馬弗爐。焙燒的初始氣氛為空氣氣氛，因為馬弗爐使得整個焙燒體系構(gòu)成一個半封閉式體系，焙燒時，空氣在爐內(nèi)幾乎不構(gòu)成快速流動，隨著焙燒的進行，爐腔內(nèi)會形成較弱的還原性體系，進而確保原料不出現(xiàn)大量燒損的情況。

14、在實際應用時，采用空氣氣氛焙燒時，在本發(fā)明可選擇范圍內(nèi)，溫度高則會影響高純石墨的回收率。

15、作為優(yōu)選，按固液比1：6~10將精煉產(chǎn)品置于酸液中；在室溫~70℃進行攪拌浸出，浸出后進行過濾，對過濾所得固體進行干燥，得到產(chǎn)品。水浸的時間為30~150min即可；清洗時，一般清洗3~5次至現(xiàn)洗出液的ph為7~8；所述干燥溫度為80~90℃，時間為12~36小時。

16、所述的高純石墨得率在90%以上。本發(fā)明，廢棄石墨經(jīng)處理后；脫灰率大于等于99.5%。本發(fā)明所得產(chǎn)品中灰分小于等于0.02%，經(jīng)優(yōu)選后，所得產(chǎn)品中灰分小于等于0.012%。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、（1）本方法操作簡便，無需采用過多且操作過于繁瑣的設(shè)備；

19、（2）本發(fā)明采用的添加劑為碳酸鈉和硼酸鈉，焙燒后產(chǎn)物當中除石墨外含有可溶性的鈉鹽，經(jīng)過水浸處理后得到溶液可完全回收。

20、（3）經(jīng)本方法處理后的石墨產(chǎn)品可以保留原料的較高的石墨化程度，接近商用石墨，經(jīng)簡單處理可直接用來做下游產(chǎn)品的原料。