天然石墨的表面改性。与石油焦、沥青焦等炭质原料相比,天然石墨的表面含氧官能团较少,活性较低,与煤沥青的结合力较差。因此以天然石墨,特别是天然鳞片石墨作主要原材料,按人造石墨生产工艺制备的炭石墨制品不可避免地存在力学性能较差的问题。乌兰察布石墨电极强调需要对天然石墨进行适当的表面处理,增加其表面含氧官能团含量。
天然石墨的纯化。石油焦、沥青焦等炭质原料的纯度较高,灰分含量通常低于0.5%,而经浮选处理的天然石墨的纯度较低,碳含量通常在90%以下,因此以天然石墨为原料制备的炭石墨制品往往因纯度较低,综合性能较差而使其应用领域受到限制。对天然石墨进行高纯化处理,是解决这一问题的途径之一。
化学纯化成本较低,但洗涤过程中用水量大,污染较大,而高温纯化则存在成本较高的问题。也有人认为可以先按人造石墨的生产工艺制备出块状石墨,再通过2500℃以上的高温热处理,在使“炭”相石墨化的同时去除天然石墨相中的杂质,但一是增加了生产成本,二是杂质气化后形成的缺陷往往会造成产品性能下降。
天然石墨的粒度。为了改善工艺性能和产品性能,除细结构炭石墨制品外,大多数炭石墨制品在配料过程中都需要采用不同粒级的炭质原料,某些大规格制品,炭质原料的颗粒尺寸甚至达到16毫米,而经浮选处理的天然石墨往往呈细粉状,颗粒尺寸仅几十到几百微米,因此以天然石墨为原料仅限于制备细结构炭石墨制品。
虽然可以获得粒级不同的天然微晶石墨,但因其纯度较低,高温纯化处理成本过高,所以也未见以天然微晶石墨为原料制备粗结构炭石墨制品的报道。为解决大颗粒天然石墨缺乏的问题,建议采用人造石墨行业处理炭黑原料时的“二次焦”工艺。
制备过程的体积收缩。在人造石墨的制备过程中,特别是在石墨化过程中,由于碳原子的排列逐渐向规整的石墨结构转变,因此制品的体积收缩较大。
这种体积收缩的有利之处是可提高制品的密度,但收缩不均匀时,容易造成制品开裂。而以天然石墨作原料时,由于炭化和石墨化过程的体积收缩较小,因此制品的密度和力学性能较低。
此外,在以天然石墨为原料开发人造石墨时,还需要考虑综合生产成本的问题。
由于经过浮选的天然石墨的价格与煅后石油焦、沥青焦相近,而再经过纯化处理至碳含量达98%时,天然石墨的价格已接近煅后石油焦、沥青焦的二倍,因此除了乌兰察布石墨电极前述的几种已形成较大产业的炭石墨制品外,大多数技术路线和技术措施的提出都会使生产成本大幅度增加。