Phương pháp nhận diện than đá tự nhiên và than đá nhân tạo

2025-03-26

Vật liệu anode graphite tự nhiên được làm từ graphite tinh thể dạng mảnh tự nhiên, được chế biến qua các quá trình nghiền, hình cầu hóa, phân loại, tinh chế và xử lý bề mặt, v.v. Độ tinh thể cao của nó được hình thành một cách tự nhiên. Còn vật liệu anode graphite nhân tạo dễ dàng được graphit hóa từ các loại carbon như coke dầu mỏ, coke kim, coke nhựa đường, qua quá trình thiêu kết ở một nhiệt độ nhất định, và sau đó trải qua quá trình nghiền, phân loại, hệ thống graphit hóa ở nhiệt độ cao, độ tinh thể cao của nó được hình thành nhờ vào quá trình graphit hóa ở nhiệt độ cao. Do sự khác biệt cơ bản trong nguyên liệu thô và công nghệ chuẩn bị, vi cấu trúc, cấu trúc tinh thể, hiệu suất điện hóa và hiệu suất chế biến của hai loại vật liệu này rõ ràng là khác nhau.

Về cấu trúc vi mô, graphit tự nhiên có dạng lớp. Hồ sơ SEM của graphit tự nhiên giữ cấu trúc lamellar, và có rất nhiều khoảng trống giữa các cấu trúc lamellar. Trong quá trình graphit hóa ở nhiệt độ cao, cấu trúc tinh thể được sắp xếp lại theo cấu trúc ABAB, và sự co kết hợp của polymer, và mật độ bên trong của nó, không có khoảng trống.

Phân tán X-ray

Từ góc độ cấu trúc tinh thể, vật liệu anot graphit tự nhiên có tính tinh thể cao. Trong mẫu XRD, góc đỉnh tán xạ tinh thể (002) của nó cao hơn, cấu trúc lamellar hoàn chỉnh, khoảng cách giữa các lớp nhỏ, và định hướng (I002/I110) rõ ràng. Từ vị trí đỉnh tán xạ của mặt tinh thể (101) tương ứng với 43-45 độ và vị trí đỉnh tán xạ của mặt tinh thể (012) tương ứng với 46-47 độ, có thể thấy rằng graphit tự nhiên có pha 2H và 3R rõ ràng, trong khi graphit nhân tạo chỉ có pha 2H. Mẫu XRD của graphit hình lục giác (2H) và graphit hình lăng trụ (3R) như sau:

Quang phổ Raman

Đối với graphit tự nhiên và graphit nhân tạo không trải qua xử lý graphit hóa, ngoài hồ sơ SEM, sơ đồ cấu trúc tinh thể XRD và các tham số của nó để phân biệt, kiểm tra quang phổ Raman độ hỗn loạn ID/IG cũng là một phương pháp hiệu quả để phân biệt hai loại graphit này. Độ hỗn loạn ID/IG của graphit cầu tự nhiên thường là 0.4~0.85, độ hỗn loạn ID/IG của graphit tự nhiên phủ trên bề mặt không trải qua graphit hóa thường là 0.9~1.6, và độ hỗn loạn ID/IG của graphit tự nhiên đã được cải tiến mới mà không trải qua graphit hóa thường là 0.2~0.6. Độ hỗn loạn của graphit nhân tạo ID/IG thường là 0.04~0.34. Nhìn chung, độ hỗn loạn ID/IG của vật liệu anot graphit tự nhiên không trải qua graphit hóa ở nhiệt độ cao lớn hơn độ hỗn loạn của vật liệu anot graphit nhân tạo. Độ hỗn loạn ID/IG của graphit tự nhiên đã được graphit hóa phủ trên bề mặt thường là 0.17~0.36, và độ hỗn loạn của graphit nhân tạo thường là 0.04~0.34. Độ hỗn loạn ID/IG của graphit tự nhiên đã được graphit hóa và graphit nhân tạo có sự giao nhau, và kiểm tra Raman không phải là một phương pháp hiệu quả.

Đánh giá kết quả

1. So sánh vật liệu anot graphit tự nhiên không trải qua xử lý graphit hóa ở nhiệt độ cao (2400-3300) và vật liệu anot graphit nhân tạo.

(1) Mặt cắt SEM: Mặt cắt SEM của vật liệu anot graphit tự nhiên không trải qua graphit hóa ở nhiệt độ cao có khoảng trống giữa các cấu trúc phiến, và mặt cắt SEM của vật liệu anot graphit nhân tạo thì đặc và không có khiếm khuyết.

(2) XRD: Có pha 2H và 3R rõ ràng trong mẫu XRD của vật liệu anot graphit tự nhiên không trải qua xử lý graphit hóa ở nhiệt độ cao, và chỉ có pha 2H tồn tại trong mẫu XRD của vật liệu anot graphit nhân tạo.

(3) ID/IG: Độ hỗn loạn ID/IG của vật liệu anot graphit tự nhiên phủ bề mặt không trải qua graphit hóa ở nhiệt độ cao thường là 0.9~1.6, và độ hỗn loạn ID/IG của graphit nhân tạo thường là 0.04~0.34.

2. So sánh vật liệu âm graphite tự nhiên và vật liệu âm graphite nhân tạo được graphit hóa ở nhiệt độ cao (2400-3300)

(1) Cắt ngang SEM: Cắt ngang SEM của vật liệu anode graphite tự nhiên tinh khiết được xử lý bằng graphit hóa nhiệt độ cao có các khoảng trống giữa các cấu trúc vảy, trong khi cắt ngang SEM của vật liệu anode graphite nhân tạo tinh khiết có cấu trúc dày đặc và không có khoảng trống, và đã được trải qua quá trình graphit hóa nhiệt độ cao. Hình ảnh cắt ngang SEM của vật liệu anode graphite composite cho thấy rằng các khoảng trống giữa các cấu trúc vảy graphite tự nhiên và cấu trúc dày đặc không có mối nối của graphite nhân tạo tồn tại đồng thời.