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石墨粉末生產(chǎn)和處理的方法

文檔序號(hào):3438865閱讀:355來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:石墨粉末生產(chǎn)和處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及在聚合物、電池或其它應(yīng)用中用作添加劑的碳材料特別是石墨粉末的生產(chǎn)和處理的熱處理設(shè)備和新方法或工藝。
背景技術(shù)
在近年中,在許多領(lǐng)域中為新生產(chǎn)技術(shù)的需要產(chǎn)生具有提高的性能的新石墨材料的需求。在這點(diǎn)上兩個(gè)重要因素是靈活性和生產(chǎn)性。特別地,在鋰離子電池中用于陽(yáng)極的石墨的發(fā)展在該領(lǐng)域中的關(guān)注在增加。在20世紀(jì)早期中發(fā)展的Acheson技術(shù)(美國(guó)專利No. 933944)描述通過(guò)電阻加熱對(duì)含碳材料熱處理的方法或工藝。然而,該方法基于在粘合劑存在下焦炭石墨化而顯示出其局限性。石墨化碳(石墨)必須研磨(ground)。新碾磨導(dǎo)致生產(chǎn)的石墨具有相當(dāng)活性表面的特點(diǎn)。基本上,基于Acheson的全部石墨化過(guò)程需要高投資以及該批(batch)過(guò)程的昂貴的處理。此外,已知均質(zhì)(homogeneous)產(chǎn)物的生產(chǎn)如在Acheson專利中描述在分離很大程度上由碳化硅組成的外殼時(shí)需要特殊關(guān)注。如在圖1中圖解,在Acheson爐中含碳材料的熱處理通過(guò)兩個(gè)不同機(jī)制發(fā)生1) 電阻加熱(焦耳效應(yīng)或直接加熱)和幻熱傳導(dǎo)(間接加熱)。Acheson爐子的裝料通常由待處理的含碳材料構(gòu)成,其中含碳材料圍繞石墨的核心(由固體桿或棒構(gòu)成)安置,其中該核心在供應(yīng)電能的電極之間對(duì)準(zhǔn)(見(jiàn)于圖幻。核心允許電流在電極之間流動(dòng),通過(guò)該流動(dòng)實(shí)心材料通過(guò)電阻加熱來(lái)加熱。石墨化過(guò)程從接觸表面中開(kāi)始,由從熱核心熱傳導(dǎo)的熱對(duì)含碳材料間接加熱引起。圍繞核心的含碳材料的歐姆電阻率通過(guò)進(jìn)行石墨化降低,并因此, 接觸區(qū)的加熱變得越來(lái)越是直接加熱的結(jié)果。總之,含碳材料的石墨化在從核心到爐子的含碳裝料的外表面的徑向方向上進(jìn)行。從上面描述可容易得出在爐子的半徑上直接和間接加熱的程度不均勻,但含碳材料的近端部分與遠(yuǎn)端部分相比經(jīng)受更多直接加熱。在爐子直徑上施加到含碳材料裝料的不同部分的熱量中的差通過(guò)在爐外部的空氣的冷卻效應(yīng)混合, 在爐子直徑上產(chǎn)生石墨化梯度,并因此導(dǎo)致的產(chǎn)物缺少均質(zhì)性。另一方面,石墨化的Acheson方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如,設(shè)備是魯棒的并且極少經(jīng)受故障。因此,在石墨材料的制備中仍普遍采用Acheson方法。然而,在本領(lǐng)域中存在改善石墨材料的制備過(guò)程的需要以及將眾所周知的設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)與獲得產(chǎn)物的更均質(zhì)特性結(jié)合的需要。CN 1 834 205 A報(bào)告了石墨化方案,其中加熱核心通常由若干導(dǎo)電加熱核心的棒組成,通過(guò)許多1.8米固體導(dǎo)電碳材料件形成。該方法的缺點(diǎn)是通過(guò)必需使用和排列許多大固體碳材料件從而形成加熱核心,該方法麻煩且布局相當(dāng)受限。因此,該方案局限于非常小量的產(chǎn)物。美國(guó)專利似.7,008,5沈包括預(yù)磨( 儀11~01111(1)含碳前體的石墨化。由于該應(yīng)用限定它自身僅預(yù)磨含碳前體,因此在此描述過(guò)程的效用相當(dāng)有限。此外,不同于Acheson爐,馬弗爐是該應(yīng)用的熱源,并因此加熱僅可通過(guò)熱傳導(dǎo)(間接加熱)發(fā)生。GB 2 185 559 A描述通過(guò)電阻連續(xù)石墨化碳體的方法。在此描述的該方法因此本質(zhì)上不同于爐子,而且在處理結(jié)束之后從爐中移除。SU 1 765 115 Al描述熱處理含碳材料的進(jìn)一步方法,其中爐子包含了固體電介質(zhì)材料的“網(wǎng)格”以便輸送處理過(guò)程必需的熱。因此,由于傳導(dǎo)元件的復(fù)雜設(shè)置,因此可能的過(guò)程配置相當(dāng)有限。美國(guó)專利No. 6,783,747描述使用了其壁由填滿待石墨化材料的石墨制成的容器。通過(guò)電極供應(yīng)的電流流過(guò)容器壁,該容器壁通過(guò)焦耳效應(yīng)反過(guò)來(lái)被加熱。這樣生成的熱經(jīng)熱傳導(dǎo)基本傳輸?shù)皆诤凶永锩娴拇幚淼姆勰T摷夹g(shù)具有許多缺點(diǎn)·必須使用昂貴的盒子;·由于在容器中生成侵蝕性氣體產(chǎn)生的腐蝕引起盒子高損耗;·填滿、安置和清空盒子的緩慢和高昂處理成本。考慮到本領(lǐng)域的狀態(tài),仍需要改善的方法,其中要求的熱處理的含碳產(chǎn)物可在 Acheson類的爐子中高效和方便制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已發(fā)展了一種制備或處理含碳材料(例如,石墨粉末)的方法或工藝,其中在Acheson類爐子中石墨的固體核心(通常由現(xiàn)有技術(shù)的桿或棒構(gòu)成)已被顆粒形式的石墨材料替代。至今為止石墨材料利用在電流流過(guò)材料時(shí)觀察到的焦耳效應(yīng),用來(lái)產(chǎn)生要求的電阻加熱,它也可稱為“功能性填料”。此外,由于不再必需使用裝入待處理的含碳材料的石墨容器,因此本發(fā)明的新穎方法或工藝比現(xiàn)有技術(shù)更高效和安全。本發(fā)明允許在方法或工藝參數(shù)選擇中更大靈活性、有助于控制直接和間接加熱程度,并可在下面為說(shuō)明本發(fā)明現(xiàn)在更詳細(xì)描述的眾多配置中利用。在一方面中,本發(fā)明提供一種用于在Acheson類的爐子中對(duì)含碳材料進(jìn)行熱處理的方法,其特征在于除待處理的含碳材料之外,還將基本由石墨材料以顆粒形式構(gòu)成的功能性填料添加到反應(yīng)器中,以便允許電流流過(guò)裝料(charge)。通常,功能性填料的石墨材料具有范圍從大約Iym到大約10mm,優(yōu)選從大約 IOym到大約Imm的平均粒度(particle size)。本發(fā)明的功能性填料因此主要由導(dǎo)電石墨材料組成,并也可含有在石墨化或者石墨處理過(guò)程的普遍采用的一些添加劑。從本發(fā)明的方法或工藝獲得的含碳材料通常具有用傳統(tǒng)方法獲得的材料相比提高的均質(zhì)性的特點(diǎn)。此外,本發(fā)明的方法或工藝?yán)脽崽幚砥陂g控制含碳材料的直接和間接加熱的程度來(lái)提供調(diào)整獲得的材料的性質(zhì)的便利方式。后者通過(guò)在Acheson類爐子里面布置待處理的材料和功能性填料實(shí)現(xiàn),如在下面更詳細(xì)解釋。通過(guò)“微調(diào)”功能性填料和待處理的材料的布置的可能性,取決于獲得的產(chǎn)物的要求性質(zhì),可實(shí)現(xiàn)基本任何程度的直接和間接加熱。因此也容易明顯,通過(guò)本發(fā)明提供的新穎方法或工藝允許在Acheson類的爐子內(nèi)實(shí)現(xiàn)更均勻加熱。在一些實(shí)施例中,含碳材料是通過(guò)本發(fā)明的方法石墨化的材料。在其它實(shí)施例中, 含碳材料是通過(guò)本發(fā)明的方法熱處理和/或凈化的材料。優(yōu)選地,加工的含碳材料和/或功能性填料基本具有均勻的粒度,即,具有狹窄的粒度分布。后者具有為從反應(yīng)器中存在的功能性填料分離處理的材料的明顯優(yōu)點(diǎn)。在Acheson類方法中石墨化的溫度為2000°C直到:3500°C。優(yōu)選地,在Acheson類方法中石墨化的溫度大于大約2500°C。除功能性填料和待處理的含碳材料之外,該方法可采用另一含碳材料作為塊絕緣體材料,即具有低導(dǎo)電率。再次,所述塊絕緣材料通常為顆粒形式,并且基本優(yōu)選具有基本均勻的粒度。在某些實(shí)施例中,通過(guò)以混合物形式向Acheson類爐子裝填含碳材料實(shí)現(xiàn)直接和間接加熱的程度的控制,該混合物由下面內(nèi)容構(gòu)成a)待處理的含碳材料,以及b)由允許電流流過(guò)裝料的石墨材料以顆粒形式構(gòu)成的功能性填料。在一些實(shí)施例中,a)和b)的混合物由具有克服導(dǎo)致的混合物的滲流閾值 (percolation threshold)的量的功能性填料構(gòu)成。滲流閾值取決于兩種材料的特定性質(zhì), 并可由本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定。在大多情況下,為獲得混合物的充足導(dǎo)電率必需至少5% 含量的功能性填料。當(dāng)然,對(duì)于其中處理的含碳材料是石墨材料并因此已經(jīng)導(dǎo)電的實(shí)施例, 較少或甚至完全不需要功能性填料添加到待處理的石墨材料。在其它實(shí)施例中,待處理的含碳材料的直接和間接加熱的程度通過(guò)石墨材料和待熱處理的含碳材料的共同的三維排列控制。在某些實(shí)施例中,在方法或工藝中直接和間接加熱的程度通過(guò)以石墨材料的一個(gè)或更多層分離的層形式的待處理的含碳材料裝填到Acheson類爐子來(lái)控制,其中顆粒形式的石墨材料充當(dāng)使要求的電流流動(dòng)成為可能的功能性填料。優(yōu)選地,在以Acheson類爐子的剖面觀察時(shí),含碳材料和石墨材料的層以交替方式安置。通過(guò)以核心“棒”(由顆粒材料構(gòu)成)形式的含碳材料裝填到Acheson類爐子來(lái)控制,其中通過(guò)允許電流流動(dòng)的功能性填料包圍所述心棒。在進(jìn)一步的可替換實(shí)施例中,在方法或工藝中可通過(guò)將處理的含碳材料裝填到 Acheson類爐子,并在允許電流流動(dòng)的一個(gè)或更多“棒”形式的電極之間布置以顆粒形式的石墨材料,控制直接和間接加熱的程度。在優(yōu)選實(shí)施例中,石墨材料的“棒”在以剖面觀察時(shí)具有矩形形狀。當(dāng)然,功能性填料以顆粒形式進(jìn)入方法或工藝,并且在方法或工藝結(jié)束時(shí)以顆粒形式移除。在上面實(shí)施例中任何實(shí)施例,石墨功能性填料和含碳材料可方便具有不同的顆粒尺寸(grain size),由此允許處理的含碳顆粒通過(guò)在本領(lǐng)域中可用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)從功能性填料分離。在優(yōu)選實(shí)施例中,在熱處理之后通過(guò)具有分別對(duì)應(yīng)采用的填料和含碳材料的顆粒尺寸的網(wǎng)孔尺寸的濾網(wǎng)將冷爐子的內(nèi)容物分類。在某些實(shí)施例中,除待處理的含碳材料和功能性填料之外,還向反應(yīng)器添加具有低導(dǎo)電率的顆粒形式的含碳材料。這樣的材料在此稱為固體塊絕緣。在優(yōu)選實(shí)施例中,充當(dāng)固體塊絕緣的所述含碳材料具有低導(dǎo)電率。合適例子是焦炭(例如石油焦炭)、無(wú)煙煤等寸。在其它實(shí)施例中,含碳材料可在石墨容器內(nèi)裝填到Acheson類爐子,其中將石墨容器埋入允許電流流動(dòng)的以顆粒形式的石墨材料(功能性填料)中。
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在上面實(shí)施例中任何實(shí)施例,含碳材料和/或充當(dāng)功能性填料的石墨材料可進(jìn)一步含有一種或更多催化劑化合物、成核劑、粘合劑、涂層或在這樣過(guò)程中普遍采用的任何其它添加劑。含碳材料的代表形式包括焦炭(未加工的(green)或煅燒過(guò))、石油焦炭、浙青焦炭、碳化木或其它生物產(chǎn)物、針狀焦炭、海綿狀焦炭、冶金焦炭、煤焦油基碳和內(nèi)消旋碳 (mesocarbon)、無(wú)煙煤、炭黑(black)或其結(jié)合。適合處理或充當(dāng)功能性填料的石墨材料的代表形式包括合成石墨、天然石墨、膨脹石墨或其結(jié)合。


圖1示出適合執(zhí)行本發(fā)明的過(guò)程的Acheson類爐子。圖2示出以常規(guī)方式裝填的Acheson類爐子,其中待處理的含碳材料圍繞石墨的核心。圖3示出Acheson類爐子,其中功能性填料圍繞待處理的含碳材料的核心裝填。圖4示出Acheson類爐子,其中功能性填料和待處理的含碳材料以混合物形式裝填。圖5示出Acheson類爐子,其中功能性填料以待處理的含碳材料之間的層的形式裝填。圖6示出Acheson類爐子,其中功能性填料以待處理的含碳材料包圍的兩根棒的形式裝填。圖7示出Acheson類爐子,其中待處理的含碳材料放置在被埋入在功能性填料內(nèi)的石墨容器中。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是為使用Acheson類的爐子制備基本均質(zhì)的石墨提供高效過(guò)程。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用顆粒形式的功能性填料,可操控直接和間接加熱的程度,通過(guò)其可如要求微調(diào)獲得的熱處理含碳材料的性質(zhì)。產(chǎn)物離子電池。本發(fā)明的過(guò)程提供·高效和成本有效過(guò)程從而通過(guò)直接和間接加熱的結(jié)合熱處理含碳粉末和/或顆粒;·高效和成本有效過(guò)程從而凈化石墨并從而排出雜質(zhì);以及·允許在調(diào)整熱輸入,特別關(guān)于直接對(duì)間接加熱的程度中的較大靈活性的高效和成本有效的過(guò)程。通過(guò)采用本發(fā)明的過(guò)程,例如,可通過(guò)操控在反應(yīng)器里面含碳材料和顆粒形式的石墨功能性填料的空間排列產(chǎn)生純化形式的合成石墨。例如,可通過(guò)操控含碳材料和所述石墨材料的分層構(gòu)造(例如,層厚度、層的數(shù)量和層的取向)、含碳材料對(duì)石墨材料的比率或含碳材料和/或石墨材料的粒度實(shí)現(xiàn)直接對(duì)間接加熱的要求程度。另外,含碳材料和石墨材料的體積比也可變化,從而實(shí)現(xiàn)直接和間接加熱的要求程度。當(dāng)然,這些操控中的任何都可結(jié)合使用。
本發(fā)明進(jìn)一步容許含碳材料用或不用提供粒度與層厚度和填滿操作相容的預(yù)磨處理。1.爐子和顆粒填滿反應(yīng)器(Acheson類爐子)通常包含金屬框架和耐火襯砌。電極安置在反應(yīng)器的兩個(gè)末端,如在圖1中示出。由于直接對(duì)間接加熱的程度影響獲得的材料的性質(zhì),因此在反應(yīng)器里面對(duì)熱處理的含碳材料和功能性填料的空間排列通常調(diào)整以便實(shí)現(xiàn)獲得的材料的要求性質(zhì)。粉末和/ 或顆粒通常通過(guò)將材料帶進(jìn)選擇位置的計(jì)算機(jī)引導(dǎo)的臂形件沉淀。以顆粒形式可布置在爐子內(nèi)多個(gè)交替層中??深A(yù)編程各種層的厚度。此外,層中各材料的粒度可基于預(yù)確定的特征選擇。這些參數(shù)和本領(lǐng)域其它已知參數(shù)可單獨(dú)或結(jié)合選擇,以便在理想水平影響含碳材料的加熱率。例如,待處理的含碳材料和顆粒形式的功能性填料(分別見(jiàn)于在附圖參考表中的 (1)和(m))可通過(guò)在開(kāi)始加熱之前保留在原位的紙板片,或通過(guò)在開(kāi)始加熱之前移除的金屬片分離。可替換地,不同材料可通過(guò)允許它們?cè)谡麄€(gè)過(guò)程中保留它們的形式或保持限制的任何其它技術(shù)分離。在此意義上,定義各材料的離散區(qū)采用沒(méi)有圍住的、分離的物理障礙的單體形式。在其它實(shí)施例中,材料也可呈現(xiàn)為具有不同晶化水平的混合粉末和/或顆粒,并且材料的粒度不同。在Ancheson類過(guò)程中,爐子的絕緣不可僅包含耐火材料構(gòu)成的外襯砌,而是也可包含圍繞待熱處理的含碳材料的和允許電流流動(dòng)的功能性填料的絕緣裝料。 如上面解釋,這樣的固體塊絕緣材料通常由具有低導(dǎo)電率的含碳材料,例如石油焦炭等等構(gòu)成。直接對(duì)間接加熱的程度的控制可通過(guò)若干不同空間排列實(shí)現(xiàn)。例如,通過(guò)圍繞待處理的含碳材料的核心裝填以顆粒形式的功能性填料(見(jiàn)于圖幻和/或通過(guò)使功能性填料(見(jiàn)圖3,m)和/或待處理的含碳材料(見(jiàn)于圖3,1)的厚度調(diào)整,在徑向方向上直接加熱的過(guò)程導(dǎo)致在加工期間減少的熱梯度。迅速加熱含碳材料,并且在全部厚度上經(jīng)受快速石墨化,因此熱量中大多經(jīng)電阻(即,直接)加熱直接施加。在另一實(shí)施例中,功能性填料和處理的含碳材料可以交替層形式裝填到爐子(見(jiàn)于圖5)??商鎿Q地,顆粒形式的功能性填料可以“棒”形式(見(jiàn)于圖6)裝填,在電極之間對(duì)準(zhǔn)(line up)并經(jīng)過(guò)含碳材料,實(shí)現(xiàn)裝填的材料的排列。在可替換實(shí)施例中,功能性填料和處理的含碳材料可以混合物形式裝填到爐子 (見(jiàn)于圖4)。在混合物中功能性填料的內(nèi)容物,以及功能性填料的顆粒尺寸可改變并可用來(lái)影響或控制加熱速率和直接與間接加熱的相對(duì)水平?;旌衔锏念愋涂梢允琴|(zhì)量的確定因素,但也可以是加工需求。具有已石墨化型式的處理的材料的混合物可簡(jiǎn)化清空和篩選過(guò)程,并使操作員能夠通過(guò)合適調(diào)整比率生成新材料。待處理的細(xì)材料與粗糙的功能等級(jí)的混合可促進(jìn)篩選過(guò)程。盡管本申請(qǐng)人不希望限于任何種類的理論,但需要理解的是大多數(shù)電阻熱在功能性填料的粒面的接觸中產(chǎn)生, 以及混合物起到了導(dǎo)電合成物的作用(通過(guò)混合導(dǎo)電材料和較低導(dǎo)電率或者甚至絕緣的材料),其中每個(gè)合成物都可導(dǎo)致經(jīng)歷特別加熱歷史的新產(chǎn)物??梢岳斫獾氖侨绻诠δ苄蕴盍项w粒之間的接觸表面的總數(shù)增加,那么直接加熱的效果也提高。此外,由于通過(guò)熱處理減少待處理的材料的電阻率,因此在合成物中直接加熱逐漸取代間接加熱。在一些實(shí)施例中,處理的含碳材料可已經(jīng)展現(xiàn)相對(duì)低電阻率。在這樣的情況下,它也可用作它自己的功能性填料。在上面實(shí)施例的全部中,在熱處理結(jié)束之后從功能性填料分離處理的含碳顆粒的分離過(guò)程可通過(guò)采用具有不同顆粒尺寸的功能性填料和含碳材料來(lái)簡(jiǎn)化。例如,冷爐子的內(nèi)容物可通過(guò)具有分別對(duì)應(yīng)采用的填料和含碳材料的顆粒尺寸的網(wǎng)格尺寸的篩網(wǎng)分類。在另一可替換實(shí)施例中,待處理的含碳材料可通過(guò)填滿含碳材料到石墨構(gòu)成的一個(gè)容器,并優(yōu)選填滿到多于一個(gè)容器(圖7)來(lái)裝填到爐子,其中裝載的容器嵌入在爐子里面的功能性填料中。在該實(shí)施例中,由于少量或沒(méi)有電以及容器,含碳材料的加熱是大范圍間接加熱。在上面實(shí)施例中任何一個(gè)實(shí)施例中,功能性填料和/或含碳材料可含有一種或更多催化劑化合物,從而增加希望的反應(yīng)的速率。石墨化的催化劑在本領(lǐng)域中已知,并包括但不限于碳化物形成成分,例如鐵、氧化硅或金屬硅、氧化硼或金屬硼、氧化鋁或金屬鋁。功能性填料和含碳材料也可含有粘合劑、涂層和在該技術(shù)領(lǐng)域中普遍采用的其它添加劑。2.爐子設(shè)計(jì)通常,Acheson類爐子在本領(lǐng)域中已知。為本發(fā)明的目的,在附圖中圖解的第三固體塊絕緣通常由具有低導(dǎo)電率的含碳材料例如石油焦炭或無(wú)煙煤或其它合適(惰性)材料構(gòu)成。在其中后者在與熱處理的材料直接接觸中的情況下,粒度通常經(jīng)選擇不同,從而允許在過(guò)程結(jié)束的方便分離。第二固體絕緣通常由耐火材料例如碳化硅或合適的金屬氧化物構(gòu)成。為本發(fā)明的目的,可有利使用小于通常采用尺寸的Acheson類爐子。由于標(biāo)準(zhǔn) Acheson過(guò)程的能源效率不是非常高,因此石墨化在具有在大約100噸的待石墨化的含碳材料范圍中的總負(fù)載的非常大的爐子中頻繁執(zhí)行。然而,為到達(dá)具有如在此描述定義的三維排列或形狀反應(yīng)器的裝料的目的,如果采用較小尺寸的爐子,那么經(jīng)常更容易執(zhí)行爐子的受控的裝填和排出。3.結(jié)果發(fā)現(xiàn)直接和間接加熱給予熱處理的材料非常不同的特征。這通過(guò)從其中含碳材料僅直接加熱的試驗(yàn)獲得的結(jié)果說(shuō)明,由此在另一實(shí)施例中,相同含碳輸入材料僅通過(guò)以其它相似裝置間接加熱處理。直接加熱根據(jù)在圖7中描述的排列執(zhí)行。如從下面表中示出的結(jié)果可見(jiàn),針對(duì)具有在石墨化之后相似粒度的無(wú)定形碳起始材料(starting materials),直接加熱生成一材料,該材料具有與通過(guò)間接加熱石墨化的材料相比如通過(guò)較高二甲苯密度表示的高結(jié)晶度、較高厚度的結(jié)晶石墨晶疇(domain)、較高特定BET表面積,以及較低石墨夾層距離c/2。在平均的較大石墨層但在較低的平均夾層距離進(jìn)行觀察;并且表面積/粒度的比率表示在直接加熱情況下的稍高多孔性。從這些試驗(yàn)獲得的詳細(xì)參數(shù)在表1中列出。表1 為起始材料和處理材料確定的參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于在Acheson類的爐子中對(duì)含碳材料進(jìn)行熱處理的方法,其中除待處理的所述含碳材料之外,還將基本由石墨材料以顆粒形式構(gòu)成的功能性填料添加到所述反應(yīng)器中以便允許電流流過(guò)裝料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述功能性填料的所述石墨材料具有從大約1μ m 到大約IOmm范圍,優(yōu)選從大約10 μ m到大約Imm范圍的粒度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法,其中調(diào)整在所述反應(yīng)器中的待熱處理的所述含碳材料和所述功能性填料的空間排列,以便實(shí)現(xiàn)所述獲得的材料的要求性質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法,其中通過(guò)所述功能性填料和待熱處理的所述含碳材料的共同的三維排列控制所述含碳材料的直接和間接加熱的程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料以混合物形式裝填到所述Acheson類爐子中,所述混合物由下面內(nèi)容構(gòu)成a)待處理的含碳材料,以及b)由允許電流流過(guò)所述裝料的以顆粒形式的石墨材料構(gòu)成的所述功能性填料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中所述功能性材料以克服滲流閾值的量存在,優(yōu)選其中按重量計(jì)算的至少5%的功能性材料存在于所述混合物中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料以通過(guò)所述功能性填料中一個(gè)或更多層分離的多層的形式裝填到所述Acheson類爐子,優(yōu)選其中含碳材料和所述功能性填料的所述層在以剖面觀察時(shí)以交替方式取向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料以心棒的形式裝填到所述Acheson類爐子,其中允許電流流動(dòng)的所述功能性填料包圍所述心棒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,其中待處理的所述含碳材料裝填到所述 Acheson類爐子,并且其中所述一根或更多棒,優(yōu)選其中所述石墨材料的所述棒在以剖面觀察時(shí)具有矩形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料在石墨容器內(nèi)裝填到所述Acheson類爐子,并且其中將所述石墨容器埋入允許電流流動(dòng)的所述功能性填料中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述功能性填料和所述含碳材料具有不同顆粒尺寸,由此允許所述處理的含碳顆粒與所述功能性填料顆粒分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中在熱處理之后通過(guò)具有分別對(duì)應(yīng)所述采用的填料和含碳材料的顆粒尺寸的網(wǎng)孔尺寸的濾網(wǎng)將冷爐子的所述內(nèi)容物分類。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料和/或所述功能性填料可進(jìn)一步含有一種或更多催化劑化合物或其它添加劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的方法,其中除待處理的所述含碳材料和所述功能性填料之外,將顆粒形式的具有低導(dǎo)電率的含碳材料作為固體塊絕緣體添加到所述反應(yīng)器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法,其中具有低導(dǎo)電率的所述含碳材料從石油焦炭和無(wú)煙煤中選擇。
16.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的方法,其中待處理的所述含碳材料是待石墨化的材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到15中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料是待熱處理和/或待純化的石墨材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述含碳材料的所述加熱以通過(guò)和傳統(tǒng)Acheson方法相比提高的均勻度為特點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法,其中所述含碳材料大體上均勻加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在Acheson類爐子中生產(chǎn)和熱處理碳材料、特別是石墨粉末的方法,使用基本由石墨材料以顆粒形式構(gòu)成的功能性填料以便允許電流流過(guò)裝料。填料的顆粒形式允許較大靈活性并可用來(lái)控制直接和間接加熱的程度,導(dǎo)致與現(xiàn)有技術(shù)相比更均勻的產(chǎn)物。這樣的石墨材料通常在聚合物、電池或其它應(yīng)用中應(yīng)用為添加劑。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102203007SQ200980142818
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者埃多·羅塞蒂, 法比奧·羅塔, 米夏埃爾·斯帕爾, 達(dá)維德·卡塔內(nèi)奧 申請(qǐng)人:特密高股份有限公司
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