本發(fā)明涉及一種碳素材料及其生產方法。

背景技術：

石油蒸餾后的殘渣、渣油或石油瀝青經過高溫焦化后的產物稱為鍛前石油焦，經過煅燒處理后成為煅后石油焦。煅后石油焦可以生產石墨化電極、鋁電解用預焙陽極、自焙陽極糊、陰極槽冷揭炭素料、陰極糊、純石墨化坩堝、石墨電樞等碳素制品。

目前生產的煅后石油焦體積密度一般0.9?1.1g/cm3；真密度2.0?2.10g/cm3；顯氣孔率40%?60%；吸水率30?50%；由于體積密度低，耐壓強度、導電性差，生產碳素制品過程中需要消耗大量瀝青粘結劑，而瀝青的結焦值只有50%，最終影響碳素制品質量。石油焦的性能指標是由其生產加工方法決定的，現有的方法是把鍛前石油焦直接經過罐式煅燒爐煅燒處理，成為煅后石油焦，然后再破碎到需要的粒度。該方法雖然簡單，但產品指標波動嚴重，達不到要求，致使碳素制品質量降低。為提高碳素制品質量，需要一種體積密度、真密度大；導電性好的石油焦產品，及其生產該產品的方法。經查閱相關資料和生產企業(yè)調查，還未發(fā)現指標先進的石油焦產品及其生產方法。中國專利申請“石油焦粉末成塊工藝及其專用壓塊機”申請?zhí)?9116510.1，公開了一種冶煉行業(yè)作為還原劑的石油焦粉末成塊方法及設備，雖提及了用成塊方式處理石油焦粉末，但沒有涉及石油焦體積密度問題，實際上作為還原劑也沒有必要要求石油焦的體積密度。

技術實現要素：

為解決上述現有的缺點，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實用的碳素材料及其生產方法，通過對鍛前石油焦進行壓密、煅燒、油浸生產出體積密度、真密度、耐壓強度、導電性普遍提高。

為達成以上所述的目的，本發(fā)明的一種碳素材料及其生產方法采取如下技術方案：

一種碳素材料及其生產方法,其特征在于,具有如下技術指標：瀝青浸漬前：體積密度1.45?1.80g/cm3；真密度2.05?2.15g/cm3；吸水率10?25%；顯氣孔率15?30%；粉末比電阻320?4600ω?mm2/m；瀝青浸漬后：體積密度1.6?1.90g/cm3；吸水率1?5%；顯氣孔率1.5?10%。

該方法包括以下步驟：

a、取鍛前石油焦為原料，用篩分設備進行篩分分級，篩下料控制臨界粒度尺寸為2?30mm，篩上料經破碎機再篩分；

b、篩下料進入壓力機或壓球機，使用壓球機時，調整壓輥液壓推力50?120噸，壓成28×25×15mm到100×75×40mm塊狀；

c、經過壓球后的石油焦用固定蓖條篩篩分，蓖條之間凈空寬度12?13mm，篩下料重新返回到壓球機儲料槽中，經過預壓螵旋，繼續(xù)壓塊；

d、篩上料送入罐式煅燒爐或回轉窯，在1280?1300℃溫度條件下進行煅燒；

e、煅燒后的石油焦分成二部分，一部分保持石油190?210℃條件下，裝入鐵籠中，直接進入油浸裝置進行真空、加壓瀝青浸漬，油浸后的石油焦送入230?250℃溫度的加熱槽中，控干石油焦表面多余瀝青后取出，成為塊狀浸漬壓密煅后石油焦，另一部分則降到室溫，直接生產石油焦粉料。

采用如上技術方案的本發(fā)明，具有如下有益效果：

1、壓密煅后石油焦產品質量均衡、穩(wěn)定，先后生產的產品技術指標一致；

2、壓密煅后石油焦體積密度增加20?40%；真密度增加0.5?1.5%；粉末比電阻降低5?20%；

3、減少了石油焦混捏過程中瀝青加入量，提高了混捏效率，同時減少了瀝青煙氣排放量對環(huán)境的影響；

4、壓密煅后石油焦具有石墨化各向異性特性。

具體實施方式

實施例一：

對鍛前石油焦原料，直接通過篩分設備進行篩分分級，篩分設備選單層篩網，機械篩分方式，可以是回轉篩、自定中心振動篩、電磁電機振動篩、直線篩等。按罐式煅燒爐生產能力2t/h設計，考慮篩上、篩下通過量，處理能力取10t/h。

篩上料直接進入罐式鍛燒爐煅燒，用于生產普通石油焦產品，保證普通石油焦穩(wěn)定的質量和生產能力。篩下料進入壓球機進行壓球，壓球機壓輥推力液壓調整范圍50?120噸，主機轉速可調，主電機功率>36kw，帶螺旋預壓裝置，屬標準設備。

根據壓球機壓球大小，來調整篩分設備篩下料最大顆粒尺寸，壓球機壓球形尺寸范圍：最大100×75×40mm，最小28×25×150mm,相應要求篩下料控制最大臨界粒度尺寸2?30mm。根據石油焦要達到的體積密度、壓球機生產能力、壓球機壓輥最大推力等條件在上述范圍內選擇篩下料粒度。

經過壓球后的石油焦用固定蓖條篩篩分，蓖條篩采用普通鋼焊制，要求長度1.5?2.0mm，寬度0.6?1.0mm，蓖條之間凈空寬度12?13mm。篩下料重新返回到壓球機儲料槽中，經過預壓螺旋，繼續(xù)壓球。篩上料為合格品，直接送到鍛燒設備中煅燒。鍛燒設備采用罐式鍛燒爐或回轉窯，在1280?1300℃溫度條件下進行煅燒，煅燒后的石油焦分成二部分，一部分保持石油焦在200℃溫度下，裝入鐵籠中，進入5m3油浸裝置進行真空、加壓瀝青浸漬。瀝青真空油浸裝置由真空、導熱油加熱、瀝青加壓等系統(tǒng)組成。按罐式煅燒爐生產能力2t/h計算，取5m3立式油浸罐。導熱油加熱系統(tǒng)利用煅燒爐的熱源，保持導熱油溫度200?220℃之間，要求真空度>0.09mpa,瀝青加壓壓力0.4?0.8mpa。油浸周期30?40min，處理能力2?5t/h。油浸后的石油焦送入240℃溫度的加熱槽中，加熱槽可以單獨設立，也可利用油浸裝置中的油浸槽代替。在加熱槽中控干石油焦表面多余瀝青后取出，成為浸漬壓密煅后石油焦。另一部分將鍛燒后的石油焦降到室溫，直接生產<0.08mm石油焦粉料。

實施例二：該方案采用連續(xù)生產方式。煅前石油焦原料用破碎機進行破碎，按罐式煅燒爐生產能力2t/h設計,根據煅前石油焦粒度狀況和壓球機所需石油焦粒度進行考慮，破碎機生產能力5?10t/h。按進出料破碎比1：5?10進行選擇，可以是錘式破碎機、反擊式破碎機、齒輥式破碎機、細齒顎式破碎機或焦炭專用破碎設備。破碎后的石油焦通過篩分設備進行篩分，篩上料回到破碎機從新破碎，篩下料進入壓球機進行壓球，形成破碎、篩分閉路循環(huán)系統(tǒng)。根據壓球機壓球大小來調整破碎機出料口和篩分設備篩網尺寸，壓球機壓球形尺寸范圍：最大100×75×40mm，最小28×25×15mm，相應控制破碎機和篩下料顆粒尺寸2?30mm。生產壓密石油焦的余下工藝過程與設備同實施例一。

實施例三：

鍛前石油焦的破碎與篩分閉路循環(huán)系統(tǒng)與方案二相同，但要求篩下料最大粒度控制在0.5?3.0mm之間。篩下料進入儲料槽保溫，然后與液體瀝青結合劑、鍛前石油焦粉料一起投入到高速混合機中混合。高速混合機有效容積1.0m3,具有導熱油保溫夾套?；旌蠝囟仍?40?160℃，混合機轉速可以調整和控制。采用飛機翅膀結構的攪拌器，使石油焦在混合過程中懸浮在空氣中，進行髙速混合。電機功率30kw，設備處理能力2t/h，目前已定型為標準設備。

高速混合機釆用保溫夾套結構。由于高速混合機是間歇工作的，進出料必須釆用儲料槽進行過度，儲料槽為恒溫保溫裝置，要求槽內溫度150?180℃，進入帶保溫夾套的高速混合機共三種原料，石油焦篩下料、鍛前石油焦粉和液體瀝青結合劑。煅前石油焦粉是釆用煅前石油焦進行粉磨，細度要求80μm時篩上料量<5%，其中<40μm含量>50%。瀝青結合劑的技術指標和溫度與粘度關系見表4所示：

表4瀝青結合劑指標：

瀝青結合劑溫度與粘度的關系（單位map?s）

三種原料的配合比例是：自然破碎粒度0.5?3.mm的煅前石油焦74?79%；<80μm煅前石油焦粉20%；瀝青結合劑1?6%，一次混合量800?600kg，混合周期為20?30min?；旌虾玫奈锪纤偷?50℃保溫儲料槽中，該料槽既是高速混合機出料槽，也是壓密設備的供料槽。把保溫儲料槽中物料取出送入真空壓力機壓密，也可直接采用壓球機壓密。真空壓力機釆用壓制耐火材料鎂碳磚的750?1600t油壓式壓力機，屬標準壓磚設備?？梢葬娪萌斯せ蜃詣咏o料和出料，生產能力1?5t/h。后續(xù)工藝過程與設備與實施例一、二相同。

天然石墨或人造石墨、石墨化坩堝、預焙陽極、碳磚制品等高體積密度顆粒原材料，也可以參照壓密煅后石油焦生產方法生產。