萝北某石墨尾矿提取石墨制备石墨烯实验研究

孟凡娜, 张海军, 张晓臣, 阚侃. 萝北某石墨尾矿提取石墨制备石墨烯实验研究[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(1): 70-76. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.08.007
引用本文: 孟凡娜, 张海军, 张晓臣, 阚侃. 萝北某石墨尾矿提取石墨制备石墨烯实验研究[J]. 矿产保护与利用, 2025, 45(1): 70-76. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.08.007
MENG Fanna, ZHANG Haijun, ZHANG Xiaochen, KAN Kan. Experiment Study on Preparation of Graphene by Extracting Graphite from Graphite Tailings in Luobei[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(1): 70-76. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.08.007
Citation: MENG Fanna, ZHANG Haijun, ZHANG Xiaochen, KAN Kan. Experiment Study on Preparation of Graphene by Extracting Graphite from Graphite Tailings in Luobei[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2025, 45(1): 70-76. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2024.08.007

萝北某石墨尾矿提取石墨制备石墨烯实验研究

  • 基金项目: 黑龙江省重点研发计划项目(2024ZX06A04);黑龙江省属本科高校基本科研业务费项目(2024−KYYWF−1078);黑龙江省科学院重点研发计划项目(KY2024GJD03);黑龙江省省属科研院所科研业务费项目(CZKYF2024−1−B039,CZKYF2025−1−B032)
详细信息
    作者简介: 孟凡娜(1979—),女,辽宁省盘锦人,副教授,博士,主要从事矿物的分选加工与矿物材料等方面的研究工作,E-mail:mengfanna009@163.com
    通讯作者: 张海军(1978—),男,内蒙古赤峰人,高级工程师,博士,主要从事非金属矿物资源综合利用等方面的研究,E-mail:190725318@qq.com
  • 中图分类号: TD926.4

Experiment Study on Preparation of Graphene by Extracting Graphite from Graphite Tailings in Luobei

More Information
  • 石墨烯独特的结构特性与优异的理化性质,使其具有广阔的应用前景。以萝北某石墨尾矿为对象,采用粉碎、超声剥离、重力沉降,提取石墨尾矿中石墨微纳米片,然后进行提纯剥离制备石墨烯。结果表明,研磨获得d50为2.5 µm左右的尾矿颗粒,超声剥离处理6 min,重力沉降进行石墨富集,获得石墨微片碳含量最高达9.72%,石墨回收率达80.01%,石墨微片经提纯后得到固定碳含量为98.1%、层数约为20层左右的石墨微纳米片。采用高压微射流均质机进行剥离制备多层石墨烯,石墨微片、水及分散剂配比为0.2 mg∶1 mL∶0.001 mg,高压微射流均质机的压力80 MPa,进行高压分散循环25次后,剥离得到的石墨烯片厚度在10层以下、片径在3 μm以上,制成具有较高晶体质量的石墨烯。石墨尾矿制备石墨烯既有利于拓展石墨烯原料范围又有利于实现石墨尾矿的资源化利用。

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  • 图 1  石墨尾矿XRD衍射图谱

    Figure 1. 

    图 2  黑龙江省鹤岗市萝北云山石墨矿区尾矿表面形貌与主要元素分布

    Figure 2. 

    图 3  实验工艺流程

    Figure 3. 

    图 4  石墨尾矿再磨后表面形貌与主要元素分布

    Figure 4. 

    图 6  尾矿中提取的石墨微片提纯后SEM表面形貌

    Figure 6. 

    图 7  尾矿中提取的石墨微片提纯后XRD图谱

    Figure 7. 

    图 8  尾矿中提取的石墨微片提纯后的TEM(a)、HRTEM(b)图片

    Figure 8. 

    图 9  高压均质机下循环25次后AFM图及对应的高度剖面图

    Figure 9. 

    表 1  石墨尾矿化学成分

    Table 1.  Chemical composition of graphite tailings /%

    元素 SiO2 Fe3O4 FeS Al2O3 K2O Na2O CaO MgO TiO2 C
    含量 60.36 5.15 3.28 11.92 2.64 0.47 7.10 0.50 0.04 2.21
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    表 2  相同静置时间5 min对过渡层产率、碳含量及石墨微片回收率影响

    Table 2.  Effect of the same rest time 5 min on transition layer yield, carbon content and graphite sheet yield

    超声时间/min 沉降产率/% 固定碳含量/% 石墨微片回收率/%
    0 10.31 8.68 40.52
    2 14.33 9.30 60.33
    4 15.62 9.67 68.39
    6 18.19 9.72 80.01
    8 18.79 9.41 80.02
    10 18.91 9.47 80.13
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出版历程
收稿日期:  2024-02-20
刊出日期:  2025-02-15

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