石墨是碳质元素结晶矿物,它的结晶格架为六边形层状结构,石墨质软,黑 灰色,有油腻感,具有耐高温、导电 、导热 等优良性能, 因此有着良好的应用前景 , 尤其是近年来光伏行业的快速发展, 促使石墨材料的应用更加广泛。本文主要针对高纯石墨的生产方法及在光伏行业生产中的实际应用进行分析, 并结合光伏行业生产特点 , 对高纯石墨材料未来的发展进行讨论 。
石墨材料可以分为天然石墨和人造石墨,而天然石墨因为粉体形态较多使其应用受到限制,因此发展高纯石墨变得越来越重要;高纯石墨在光伏生产中的应用随着近年来光伏行业的快速发展而得到急速升温。光伏行业从基础原料硅矿到最终光伏系统应用的流程如图1所示。
随着太阳能光伏产业的快速发展,对其进出原料单晶硅电池和多晶硅电池需求日益增多,近年来呈规模化生产的单晶硅加工工厂及多晶硅加工工厂如雨后春笋般建成; 因此生产单晶硅和多晶硅所需要的原辅材料也日益剧增,而高纯石墨就是这些原辅材料中重要的一种,高纯石墨的发展同样也促进了高品质单晶硅和多晶硅的生产,因此高纯石墨在光伏行业有着举足轻重的作用。
石墨的特性
石墨因为其特殊的结构,具有如下特殊的性质:
① 耐高温性,石墨的熔点为3850+-50℃ , 沸点为4250℃ ,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失也很小,热膨胀系数也很小;石墨强度随温度提高而加强,在200℃时,石墨 强度提高一倍;
② 优良的导电、导热性,石墨的导电性比一般的非金属高一百倍,导热性超过钢、铁、铅等金属材料,其导热系数随温度升高而降低,甚至在较高的温度下,成绝缘体;系数越小,
③ 润滑性,石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,石墨摩擦润滑性能越好;
④ 化学稳定性,石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀;
⑤ 可塑性,石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片;
⑥ 抗热震性,石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂变。
从以上石墨的居多优良特性中可以看出, 石墨作为一种工业生产原料,有着很多独特的优点,因此石墨材料在工业生产中有着广泛的应用,尤其是在光伏行业快速发展的今天,石墨材料得到了更加普遍的应用。
高纯石墨的生产方法
石墨深加工产业的前提是提纯，石墨提纯是一个复杂的物化过程，其提纯方法主要有浮选法、碱酸法、氢氟酸法、氯化焙烧法、高温法。各提纯方法的设备要求、产品含碳量及优缺点见表4。
2.1浮选法
浮选是一种常用而重要的选矿方法，石墨具有良好的天然可浮性，基本上所有的石墨都可以通过浮选的方法进行提纯，为保护石墨的鳞片，石墨浮选大多采用多段流程。石墨浮选捕收剂一般选用煤油，用量为100～200g/t，起泡剂一般采用松醇油或丁醚油，用量为50～250g/t。
因石墨具有良好的天然可浮性，浮选法可使石墨的品位提高到80%～90%，甚至可达95%左右。该方法的最大优点是所有提纯方案中能耗和试剂消耗最少、成本最低的一种。但呈极细状态夹杂在石墨鳞片中的硅酸盐矿物和钾、钙、钠、镁、铝等元素的化合物，用磨矿的方法不能将其单体解离，而且不利于保护石墨大鳞片。因此浮选法只是石墨提纯的初级手段，若要获得含碳量99%以上的高碳石墨，必须用其他方法提纯。
