综述：从选矿到最终产品的石墨加工：聚焦天然和回收材料提纯的综述

本综述系统梳理了石墨从选矿到提纯加工的完整价值链，重点讨论了提升天然与回收石墨纯度的关键技术。文章详细比较了化学（酸/碱浸出）与热法（高温/碳氯化）提纯工艺的优劣，指出其应用受原料矿物学特征制约。综述强调了高纯石墨（≥99.95% Cg）对锂离子电池（LIBs）、核反应堆等高端领域的关键作用，并探讨了球形化、涂层等后端加工技术对电池性能的提升，为石墨产业链的可持续发展提供了重要参考。

　　

石墨的来源与应用

石墨作为一种战略矿物，因其独特的热学和化学性质，在锂离子电池（LIBs）、燃料电池、电子器件、航空航天组件和耐火材料等领域具有广泛应用。全球对石墨的需求近年来急剧增长，尤其在电动汽车（EVs）电池制造领域，其地位日益凸显。天然石墨主要分为微晶（无定形）石墨、鳞片石墨和块状石墨三类，其品质取决于纯度、晶体结构和粒度分布。鳞片石墨因其易于剥离成柔性薄片的晶体排列而备受青睐。

选矿（矿物加工）

选矿是石墨加工的第一步，旨在通过物理分离将石墨从其他矿物中富集出来。典型流程包括破碎、磨矿和浮选。关键在于在实现矿物解离的同时，尽量减少鳞片的破损，以保持其商业价值。浮选常用煤油或柴油作为捕收剂，甲基异丁基甲醇（MIBC）作为起泡剂。研究表明，高压辊磨（HPGR）和搅拌磨矿能更有效地保护石墨鳞片完整性。选矿最终可获得品位80–90% Cg的精矿，但更高纯度的应用需进一步化学或热法提纯。

提纯

提纯是将石墨精矿品位从90%提升至99.95%以上的关键步骤，主要方法包括预处理、化学处理和热处理。

预处理

预处理通过固态杂质转化（焙烧）、碱熔融或微波处理，将难溶矿物转化为易溶化合物。例如，氢氧化钠（NaOH）碱熔能有效将硅酸盐矿物转化为可溶性硅酸钠，便于后续酸浸去除。

化学提纯（溶解）

酸浸是常用方法，采用盐酸（HCl）、硫酸（H₂SO₄）、硝酸（HNO₃）或氢氟酸（HF）溶解杂质。HF对硅酸盐去除效果显著，但因其毒性和环境风险，业界正寻求替代方案。碱浸则利用氢氧化钠在高压釜中溶解铝硅酸盐等杂质。化学提纯的效率和成本受试剂消耗支配，但试剂回收技术仍待优化。

热法提纯（热解）

热法提纯通过高温（>2500°C）使杂质挥发，或通过碳氯化反应生成挥发性氯化物。超高温处理可达99.99% Cg的纯度，但能耗极高。碳氯化在氯气氛围中加热，使杂质转化为氯化物挥发，能有效去除铁、硅等元素，但涉及安全风险和石墨氧化损耗。

产品精加工（微粉化、球形化与涂层）

为满足锂离子电池阳极要求，高纯石墨常需进行微粉化（增大比表面积）、球形化（提高振实密度）和碳涂层（增强导电性和稳定性）。球形化通过机械整形获得8–30μm的球形颗粒，但产率仅30–65%，其余细粉需寻找高值化途径。涂层常用沥青碳化或化学气相沉积（CVD）实现。

回收石墨的提纯

随着锂离子电池报废量激增，从废电池中回收石墨成为研究热点。回收方法包括浮选、热法处理和湿法冶金。湿法冶金采用酸浸结合氧化剂（如H₂O₂）去除金属杂质，再经煅烧恢复石墨结构。热法处理通过高温去除有机物和杂质，但能耗和废气处理是挑战。此外，铝电解槽废衬（SPL）的回收利用也显示出潜力，通过浮选和化学提纯可获得电池级石墨。

结论与展望

石墨加工涵盖从选矿到提纯的复杂流程，其技术选择取决于原料特性和目标应用。化学提纯试剂成本高，热法提纯能耗大，因此需根据当地能源和资源条件优化工艺。未来研究应聚焦矿物学分析指导的 liberation 策略、提纯试剂循环利用、球形化细粉高值化，以及回收石墨的高效净化技术，以推动石墨产业链向低碳化、可持续发展转型。