王冰1a， 王晓飞1， 彭钢1a， 原晓艳1， 刘丹2， 沈乡峰3， 郭守武1，4
1.陕西科技大学，a.材料科学与工程学院，b.陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室， 陕西 西安 710021；
2. 江苏金润环保工程有限公司， 江苏 宜兴 214200； 3.江苏兴望宏建设工程有限公司， 江苏 宜兴 214200；
4.上海交通大学 电子信息与电气工程学院， 上海 200240
引用格式：
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DOI：10.13732/j.issn.1008-5548.2025.05.016
收稿日期： 2024-11-26，修回日期： 2025-05-22，上线日期： 2025-06-14。
基金项目： 国家自然科学基金项目，编号： 52272302。
第一作者简介： 王冰（1998—），男，硕士生，研究方向为天然石墨提纯。E-mail：364367776@qq.com。
通信作者简介： 王晓飞（1985—），男，讲师，博士，硕士生导师，研究方向为纳米能源材料。E-mail：wangxiaof@sust.edu.cn。
原晓艳（1985—），女，教授，博士，硕士生导师，研究方向为碳基材料。E-mail： yuanxiaoyan@sust.edu.cn。
摘要： 【目的】 为了改善天然石墨原料的性能，扩大天然石墨的应用领域，基于复合熔盐法提纯天然石墨原料，对工艺参数进行优化，实现提高生产效率、降低能耗、降低生产成本的目标。【方法】 对天然石墨原料进行组分分析，以NaOH、Na2CO3、Li2B4O7、Na2B4O7、Li2CO3作为熔盐组分进行筛选，在室温条件下采用稀盐酸清洗法制备高纯石墨；研究无机盐种类、复合熔盐配方、煅烧温度、天然石墨原料质量对提纯石墨纯度（所含固定碳的质量分数）的影响，对天然石墨原料和提纯石墨的微观形貌进行对比和分析。【结果】 经过2次优化试验，选择NaOH、Na2CO3、Na2B4O7作为复合熔盐的配方组分；当天然石墨原料的纯度为95.770%、质量设为4 g时，NaOH、Na2CO3、Na2B4O7的质量分别为1.0、 0.5、 1.0 g，煅烧温度选为700 ℃，提纯石墨的纯度最高达到99.982%；复合熔盐法在有效去除杂质的同时未对石墨的晶体结构造成破坏，提纯石墨颗粒仍然保持椭球形形貌，但颗粒表面的白色物质明显减少，提纯石墨颗粒表面更加光滑，表明提纯过程有效去除了杂质。【结论】 优化参数后的复合熔盐法提纯天然石墨工艺操作简单，提纯处理后仅须采用稀酸浸渍，提高了生产效率，降低了处理成本。
关键词： 复合熔盐法； 天然石墨； 提纯； 工艺参数
Abstract
Objective To improve the performance of natural graphite raw materials and expand their application scope， a composite molten salt purification method is employed to purify the natural graphite raw materials， and the process parameters are optimized， aiming to improve production efficiency while reducing energy consumption and production costs.
Methods The components of the natural graphite raw materials were analyzed. High-purity graphite was prepared at room temperature using a dilute hydrochloric acid leaching method， with NaOH， Na2CO3， Li2B4O7， Na2B4O7， and Li2CO3 serving as the molten salt components. The effects of inorganic salt types， composite molten salt formulations， calcination temperatures， and the mass of natural graphite raw materials on the purity of purified graphite were studied. Moreover， a comparative analysis of the microscopic morphologies of the natural graphite raw materials and the purified graphite was performed.
Results and Discussion After two rounds of optimization experiments， NaOH， Na2CO3， and Na2B4O7 were selected as the formulation components of the composite molten salt. When the mass fraction of natural graphite raw material was 95.77 % and the mass was set at 4 g， the respective masses of NaOH， Na2CO3， and Na2B4O7 were optimized to 1.0， 0.5， and 1.0 g， with a calcination temperature of 700 ℃. Under these conditions， the mass fraction of purified graphite reached as high as 99.965%， with a mass ratio of NaOH to graphite of 1：5.5， and a composite molten salt to graphite mass ratio of 2.5：4. These parameters achieved an optimal balance between the equipment performance， production efficiency， and processing costs. The characteristic peaks in the X-ray diffraction （XRD） patterns of the purified graphite were highly consistent with the （002）， （004）， （100）， and （110） crystal planes referenced in the graphite standard PDF card （PDF#41-1487）， indicating that the composite molten salt method effectively removed impurities while preserving its crystalline structure. The purified graphite particles still maintained their ellipsoidal morphology， though with significantly diminished white substances on the particle surface and notably smoother surfaces， demonstrating the efficacy of the purification process in impurity elimination.
Conclusion The composite molten salt method synergistically enhances the reaction with minerals by leveraging the advantages of individual salt components， effectively reducing alkali consumption while improving graphite purity. In terms of industrial production， this method simplifies the operational procedures， and its efficient alkali treatment process significantly reduces the difficulty of the subsequent acid treatment process.
Keywords：composite molten salt method； natural graphite； purification； process parameter
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